کپسول‌هایی که هوشمند عمل می‌کنند
بسیاری از داروهایی که می‌خوریم تحت تاثیر واکنش‌های مختلفی که در مسیر عبور دارو در دستگاه گوارش اتفاق می‌افتد، تاثیر اولیه خود را از دست می‌دهد. این در حالی است که اگر بتوان تا زمان رسیدن دارو به محل مورد نظر آن را از این واکنش‌ها و فعل و انفعالاتی که در بدن اتفاق می‌افتد دور نگه داشت، دارو از اثرگذاری بیشتری برخوردار خواهد بود.
گروهی از محققان آمریکایی به سرپرستی دکتر بابک ضیایی، کپسول های هوشمندی طراحی کرده اند که تا رسیدن به اندام مورد نظر در بدن، دارو را درون خود نگه می دارد و از تجزیه و تخریب آن جلوگیری می کند. زمانی که کپسول به نقطه مورد نظر رسید، محتویات دارو آزاد شده و به این ترتیب اثرگذاری دارو در نقطه هدف افزایش پیدا می کند. این طرح تحقیقاتی به سرپرستی دکتر بابک ضیایی از محققان دانشگاه پوردو در ایالت ایندیانا انجام شده است. دکتر بابک ضیایی سال 1994 در مقطع دکترای رشته الکترونیک از دانشگاه میشیگان آمریکا فارغ التحصیل شد. وی در یک دوره زمانی پنج ساله به عنوان استادیار دانشگاه مینه سوتا آمریکا فعالیت داشت و از سال 2005 به عنوان عضو هیات علمی دانشگاه پوردو منصوب شد. با این محقق ایرانی درباره این طرح و طرح های مشابهی که با هدف بهبود روش های تشخیص و درمان بیماری ها انجام داده است گفت وگو کرده ایم.
فرآیند دارو رسانی در کپسول های هوشمند چگونه انجام می شود؟
همه ما در دوره ای از زندگی استفاده از داروها را تجربه کرده ایم. خوردن دارو از یک سو به درمان بیماری منجر می شود و از سوی دیگر می تواند با عوارض جانبی در دیگر قسمت های بدن از جمله روده و معده همراه باشد. در حقیقت بسیاری از داروها پیش از این که بتواند عضو آسیب دیده را هدف قرار دهد در مسیر گوارش در معده و روده جذب می شود و بر این اساس اثرگذاری دارو به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می کند.
بر این اساس، ما کپسول های هوشمندی را طراحی کرده ایم که تا رسیدن به مقصد موردنظر دارو را در خود نگه می دارد. به این ترتیب دارو به مقصد نهایی تحویل داده می شود. این کپسول ها به نوعی یک داروی هوشمند است که علاوه بر افزایش اثرگذاری دارو، عوارض جانبی مصرف دارو را نیز کاهش می دهد.
چه ساختار متفاوتی برای این کپسول طراحی شده است که امکان هدایت آن تا نقطه هدف را فراهم می کند؟
ابعاد این کپسول 26×9 میلی متر است. یک بخش از این کپسول حاوی خازن و بخش دیگر حاوی داروست. در حالی که این کپسول مسیر خود را در بدن طی می کند تا به نقطه هدف برسد، باید در نزدیکی دریچه ایلئوسکال یک آهن ربا قرار داد. دریچه ایلئوسکال در محل اتصال روده کوچک به روده بزرگ قرار دارد که وظیفه اصلی آن جلوگیری از پس زدن محتویات دفع شده از کولون به روده کوچک است. با استفاده از این آهن ربا مکانیسمی در داخل کپسول دارو فعال می شود که کپسول به کمک آن باز شده و محتویات دارویی در نقطه مورد نظر آزاد می شود.
پس به این ترتیب باید برای تامین انرژی مورد نیاز این کپسول چاره ای در نظر گرفته شده باشد.
نیروی مورد نیاز این کپسول از طریق یک خازن کوچک تامین می شود که از قبل شارژ شده است. داخل کپسول کلیدی تعبیه شده است که از طریق آهن ربایی که روی کمر بیمار قرار می گیرد این کلید فعال خواهد شد. با عبور دارو از روده بزرگ این کپسول در مجاورت آهن ربا قرار می گیرد. در نتیجه این کلید فعال شده و مکانیسم فنری شکل داخل کپسول موجب باز شدن کپسول و ورود دارو به داخل روده می شود.
آیا عبور این کپسول دارویی از مسیر دستگاه گوارش می تواند به ایجاد اختلال در عملکرد آن منجر شود؟
تحقیقات انجام شده نشان داده است کپسول هوشمند می تواند به راحتی و بدون مواجه شدن با مشکلی از مسیر دستگاه گوارش عبور کند و در برابر شرایطی که در بدن وجود دارد مقاوم باشد. برای بررسی عملکرد کپسول داخل روده به حدود 12 ساعت زمان نیاز داریم. یعنی از زمانی که بیمار این کپسول را می خورد حدود 12 ساعت طول می کشد تا به روده بزرگ برسد. پس از این مدت می توان مطمئن شد که این کپسول هوشمند می تواند شرایط موجود در دستگاه گوارش را تحمل کند.
در درمان چه بیماری هایی می توان از این فناوری در دارورسانی استفاده کرد؟
این کپسول می تواند در درمان انواع مختلفی از بیماری ها مانند بیماری کرون (Crohn's disease) که نوعی بیماری التهابی روده است تاثیرگذار باشد. بیماری کرون می تواند هر قسمتی از لوله گوارش را درگیر کند. در اثر ابتلا به بعضی بیماری های عفونی، بدن در مبارزه با آلودگی و عفونت، میکروارگانیسم های ضروری را از دست می دهد. این کپسول هوشمند به طور مستقیم دارو را به روده بزرگ می رساند.
دکتر ضیایی: این نوآوری می تواند راهکار مناسبی برای درمان سندرم روده تحریک پذیر و بیماری کرون و همچنین بسیاری از دیگر بیماری های عفونی باشد |
معمولا دارویی که می خوریم پیش از رسیدن به روده بزرگ در معده و روده کوچک جذب می شود. در بسیاری از بیماری ها لازم است دارو به طور خاص به روده بزرگ منتقل شود و کپسول هوشمند یک وسیله حمل و نقل ایده آل برای رساندن دارو به مقصد موردنظر است. این نوآوری می تواند راهکار مناسبی برای درمان سندرم روده تحریک پذیر و بیماری کرون و همچنین بسیاری از دیگر بیماری های عفونی باشد. کلستریدیوم کولیت سخت یکی از انواع این بیماری هاست.
در اثر ابتلا به این بیماری میکروارگانیسم های طبیعی که بدن برای مبارزه با عفونت از آنها استفاده می کند در بدن از بین می رود. این بیماری در افرادی که دچار نقص سیستم ایمنی هستند به مرگ و میر بیماران منجر می شود. بیماری کلستریدیوم کولیت سخت موجب کاهش فعالیت پیش رونده روده و از عفونت های شایع بیمارستانی ناشی می شود و بسیاری از افراد بعد از عمل جراحی به این بیماری دچار می شوند. یکی از راه ها برای درمان این بیماری تامین میکروب های مورد نیاز روده بزرگ برای فرد بیمار است. می توان این میکروب ها را از طریق فرآیند انجماد و خشک کردن به یک پودر تبدیل کرد که از طریق کپسول هوشمند به روده بزرگ می رسد. این دارو می تواند در درمان طیف وسیعی از بیماری ها از بیماری کرون تا سندرم روده تحریک پذیر کاربرد داشته باشد.
از دیگر بیماری هایی که این کپسول هوشمند می تواند راهکار مناسبی برای درمان آن باشد، می توان به بیماری های کبدی اشاره کرد. در این افراد با مسدود کردن موقتی روده دارو رسانی هدفمند به کبد انجام می شود.
آیا پیش از این نیز در حوزه مهندسی پزشکی تحقیقاتی انجام داده اید؟
بله، از کودکی به رشته مهندسی پزشکی علاقه مند بودم. از زمانی که وارد رشته الکترونیک شدم همزمان در زمینه کاربرد الکترونیک در حوزه پزشکی تحقیقاتی را انجام دادم. یکی از طرح های تحقیقاتی ام با هدف کمک به سالمندانی انجام شده است که به دلیل کهولت سن به زمین می خورند و همین اتفاق می تواند موجب مرگ آنها شود. در این طرح تحقیقاتی از دوربین تلفن همراه برای بررسی چگونگی قدم برداشتن سالمندان استفاده شده است تا به این ترتیب افرادی که بیشتر در معرض خطر هستند شناسایی شوند. اطلاعات ثبت شده به سیستم کنترل ارسال می شود و به این ترتیب پزشک وضع آینده بیمار را پیش بینی می کند تا از طریق تجویز دارو، ورزش یا فیزیوتراپی از این حادثه پیشگیری کند. درباره تاثیر افزایش اکسیژن در نابودی تومورهای سرطانی نیز تحقیقاتی انجام داده ایم. در بعضی از انواع سرطان مانند پانکراس سطح اکسیژن در سلول های سرطانی کاهش پیدا می کند. اثرگذاری پرتودرمانی به عنوان یک روش درمانی نیازمند وجود اکسیژن است. بنابراین توده هایی که اکسیژن کمتری دارند کمتر تحت تاثیر پرتودرمانی قرار می گیرند. یکی دیگر از کارهای تحقیقاتی ما ساخت حسگری برای سنجش میزان فشار داخل تومورهای سرطانی است.
معمولا فشار داخلی توده های سرطانی بالاست. بنابراین گاهی داروها به تومورها نمی رسد. می توان برای بیمار دارویی تجویز کرد که برای مدت زمانی حدود دو تا سه ساعت فشار داخلی تومورها را کاهش دهد. با استفاده از حسگر طراحی شده می توان فشار داخلی تومورها را سنجید. به این ترتیب شیمی درمانی با موفقیت بیشتری انجام می شود.
به نظر شما آینده علم پزشکی در چه مسیری پیش خواهد رفت؟
علم پزشکی در آینده در مسیری پیش می رود که بتوان با گرفتن نمونه خون از بیمار، براحتی انواع مختلف بیماری هایی که در معرض خطر ابتلا به آن قرار دارد را پیش بینی کرد. در بسیاری از بیماری های سرطانی مانند سرطان تخمدان یا لوزالمعده اگر بموقع تشخیص داده نشود بیمار محکوم به مرگ خواهد شد. میزان ابتلا به بسیاری از بیماری ها مانند دیابت در سطح دنیا رو به افزایش است. می توان حسگری را داخل بدن قرار داد که به کمک آن میزان قند خون کنترل شود. حسگرها در دنیای امروز پزشکی کاربرد گسترده ای دارند و علاوه بر این می توان از حسگرهای زیستی برای تشخیص سطح سلامت افرادی که بیمار هم نیستند استفاده کرد. هرچند اکنون نقش حسگرهای زیستی در تشخیص بیماری ها آن طور که باید جدی گرفته نشده است، پیش بینی می شود در آینده ای نه چندان دور بتوان از این فناوری برای تشخیص و پیشگیری از بیماری ها استفاده کرد. به نظر من در دنیای امروز پیشرفت های زیادی در عرصه الکترونیک و ساخت حسگرها رخ داده است که در آینده ای نه چندان دور به وقوع انقلاب بزرگی در عرصه سیستم های پیشرفته در حوزه علم پزشکی منجر خواهد شد.
منبع:جام جم آنلاین
