تطوير جهاز قابل للزرع يشبه الزهرة يمكنه أن يغير طريقة دراسة وعلاج عدم انتظام ضربات القلب
إن النبض الثابت لنبضات القلب هو شيء يمكن أن يتلاشى بسهولة في خلفية حياتنا اليومية، مع القليل من التفكير في موثوقية النبض. ولكن بالنسبة لأولئك الذين يصابون باضطراب في ضربات القلب، فإن الوضع أكثر خطورة – يتم مراقبة نبضات قلبهم والتحكم فيها بواسطة أجهزة إنقاذ الحياة تسمى أجهزة تنظيم ضربات القلب، والتي توفر صدمات محكومة للقلب لوقف ارتجافه وإعطائه فرصة للعثور على إيقاعها مرة أخرى .
إن دراسة مجموعة متنوعة من الطرق التي يمكن للقلب أن يتعثر بها ويتلعثم في طريقه إلى فوضى مرتجفة غالبًا ما تستخدم الحيوانات الصغيرة كنماذج. ولكن على الرغم من مزاياها المريحة والأخلاقية، فإن حجمها يمكن أن يجعل من الصعب مراقبة التغييرات في قلوبهم الصغيرة والاستجابة لها.
الآن، قام فريق من العلماء بقيادة مهندس الطب الحيوي فيليب جوتروف من جامعة أريزونا بتطوير جهاز قابل للزرع يجعل دراسة أمراض القلب للحيوانات الصغيرة أسهل كثيرًا. كمكافأة، يمكن أن يكون يومًا ما أساسًا لطريقة جديدة تمامًا لعلاج أمراض القلب لدى البشر.
تم تصميم الجهاز ليكون مرنًا بدرجة كافية للأشخاص الخاضعين للاختبار الأصغر، مما يوفر دقة أفضل لمراقبة الفيزيولوجيا الكهربية للقلب. باستخدام الضوء بدلاً من الإشارات الكهربائية، يقوم بإصدار اهتزازات أخف عند اكتشاف إيقاعات غير طبيعية.
على عكس الإشارات الكهربائية لأجهزة تنظيم ضربات القلب الحالية، والتي يمكن أن تتداخل مع قدرات التسجيل وتترك للأطباء صورة غير مكتملة للحلقات القلبية، فإن استخدام الضوء لتحفيز القلب يعني أن النظام يمكنه توفير تسجيلات مستمرة لأنماط ضربات القلب – حتى عندما يحتاج إلى إزالة الرجفان.
يوضح غوتروف: “تسجل أجهزة تنظيم ضربات القلب الحالية أساسًا حدًا بسيطًا ، وسوف تخبرك، “هذا يؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب، والآن صدمة! “
“لكن هذا الجهاز يحتوي على جهاز كمبيوتر على متنه حيث يمكنك إدخال خوارزميات مختلفة تسمح لك بالسير بطريقة أكثر تعقيدًا. إنه مصمم للبحث.”
لم يتم اختبار الجهاز حتى الآن إلا على الفئران، لكن الباحثين صمموه لتقديم تحفيز أكثر دقة – وربما أقل إيلاما – للقلب.
إنه يعمل باستخدام تقنية تسمى علم البصريات الوراثي، حيث يمكن تنشيط الخلايا القابلة للإثارة مثل تلك الموجودة في القلب أو الدماغ عند الطلب باستخدام الضوء. في هذه الحالة، تم تصميم خلايا عضلة القلب بالفأر (خلايا عضلة القلب) وراثيًا للتعبير عن بروتين مرتبط بالغشاء حساس للضوء الأزرق. قم بتشغيل الضوء، وتنتقل الخلايا إلى العمل.
يكمن جمال الجهاز في مصفوفاته الرقيقة الناعمة، التي تنتشر مثل بتلات الزهور وتغلف القلب. يختلف هذا التوافق المحكم إلى حد ما عن كيفية اتصال أجهزة تنظيم ضربات القلب الحالية بالقلب من خلال واحد أو اثنين من الخيوط المزروعة في العضو.
يمكن للأشخاص الذين تم إدخال أجهزة تنظيم ضربات القلب أن يشعروا بعدم الراحة والألم المغص حول موقع الزرع. في بعض الحالات النادرة، قد يصابون بمتلازمة الألم الإقليمية المعقدة في الصدر.
كما أن تحفيز القلب من خلال نقطة اتصال أو نقطتين يجعل إزالة رجفان القلب أقل دقة مما هو مثالي.
يوضح غوتروف: “تتعرض جميع الخلايا الموجودة داخل القلب للضرب في وقت واحد، بما في ذلك مستقبلات الألم، وهذا ما يجعل الانظام أو جهاز إزالة الرجفان مؤلمًا”. “إنه يؤثر على عضلة القلب ككل.”
بدلاً من ذلك ، مع هذا الجهاز الجديد الذي ينشط فقط خلايا عضلة القلب التي تؤدي إلى الانقباض وتجاوز مستقبلات الألم ، يأمل الباحثون أن يقدم طريقة أكثر راحة ودقة لمزامنة ضربات القلب غير المنتظمة.
يقول إيغور إيفيموف، مهندس الطب الحيوي في جامعة نورث وسترن: “في الوقت الحالي، يتعين علينا صدمة القلب بالكامل للقيام بذلك، يمكن لهذه الأجهزة الجديدة القيام باستهداف أكثر دقة، مما يجعل إزالة الرجفان أكثر فعالية وأقل إيلامًا” .
كما يصف الفريق في ورقتهم البحثية، تم زرع النموذج الأولي للجهاز خارج القفص الصدري للفأر باستخدام قضيب مصنوع خصيصًا وخياطة واحدة، وتبادل بيانات معدل ضربات القلب عبر وصلة الأشعة تحت الحمراء.
قام الباحثون أولاً بتحليل هندسة وميكانيكا قلب فأر نابض، مستخدمين هذه المعلومات لتصميم وتصنيع الليزر للشبكة المرنة ذات الأربع شعب بحيث يمكن أن تتحرك مع القلب بينما ينبض بإيقاع.
أظهر الباحثون اختبار الجهاز اللاسلكي في فئران تتحرك بحرية، وأظهروا أن الجهاز يمكنه اكتشاف الإيقاعات غير الطبيعية وتحفيز القلب أو “إيقاعه” بدقة ملي ثانية – وبدون حرارة النبضات الضوئية التي تضر بأنسجة القلب.
أفاد الباحثون أن دقة الجهاز في الكشف عن دقات القلب غير الطبيعية يمكن مقارنتها أيضًا بأجهزة مراقبة معدل ضربات القلب اللاسلكية المتوفرة تجاريًا.
على الرغم من أن نتائج الدراسات التي أجريت على الحيوانات مثل هذه واعدة، إلا أنه لا يزال من المبكر جدًا استخدام علم البصريات الوراثي في البشر. تتطلب هذه التقنية علاجًا جينيًا (لجعل الخلايا حساسة للضوء) بالإضافة إلى جهاز إلكتروني قابل للزرع لتحفيزها بطريقة محكومة.
بينما تم استخدام علم البصريات الوراثي في التجارب السريرية لعلاج أمراض العيون الوراثية النادرة، فإن استخدام هذه التقنية لمراقبة وربما علاج اضطرابات القلب لا يزال نهجًا ناشئًا يحتاج إلى المزيد من البحث على الحيوانات أولاً.
هناك مجموعة من التحديات التي يجب التغلب عليها، بما في ذلك التسليم الآمن والفعال للتعليمات الجينية التي تشفر البروتينات الحساسة للضوء إلى خلايا القلب.
لاحظ جوتروف وزملاؤه أن هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به لنمذجة تعقيدات اضطرابات ضربات القلب ولتحسين طرائق هذا الجهاز المعين لاستشعار وتصحيح أنواع مختلفة من عدم انتظام ضربات القلب .
لذا، في الوقت الحالي ، يعد الجهاز الشبيه بالزهور واحدًا من العديد من الأدوات التي تقدم أداة بحث أنيقة لدراسة عدم انتظام ضربات القلب ومشاكل القلب الأخرى عند حدوثها، على الأقل في النماذج الحيوانية.
