ایمپلنت مغز برای پیشرفت در درمان بیماریهایی از قبیل پارکینسون و صرع تا افسردگی بسیار مهم است. آنها همچنین برای کمک به افراد فلج و سندرم قفل شدگی حرکتی برای بازیابی حرکات و ارتباطات اساسی هستند.
با این حال، ایمپلنت های فعلی از مواد سفت و سختی ساخته می شوند که با بافت نرم مغز در تضاد است و می تواند با گذشت زمان باعث ایجاد التهاب و زخم شود.
اکنون، تیمی از مهندسان MIT یک ایمپلنت عصبی نرم و قابل انعطاف ساخته اند که بدون آسیب رساندن به بافت، انعطاف پذیر شده و به سمت بافت های اطراف خم می شود. الکترودهای نرم می توانند برای ثبت فعالیت مغز و تحریک سلولهای مغزی درست مانند الکترودهای موجود فلزی، استفاده شوند.
در مقاله ای که این هفته در مجله Nature Communications منتشر شد، تیم MIT بیان کرده است که چگونه دستگاههای عصبی می توانند به صورت سه بعدی چاپ شوند و ساختاری نرم و انعطاف پذیر مانند لاستیک داشته باشند.
این تیم برای ساخت الکترودها از یک پلاستیک نرم رسانای الکتریکی استفاده کردند. معمولاً این پلیمر به صورت مایع است، با این حال، این تیم راهی را برای ساخت هر چه بیشتر این ماده با ویسکوزیته خمیر دندان ابداع کرده است که می تواند در چاپگرهای معمولی سه بعدی استفاده شود.
در این مقاله مهندسین درحال ساخت بسیاری از وسایل الکترونیکی نرم از مواد هستند. یکی از این دستگاهها، الکترود لاستیکی می باشد که در مغز موش کاشته می شود، جایی که می تواند فعالیت یک نورون واحد را ثبت کند، بنابراین استفاده بالقوه خود را در روش های ابداع برای درمان اختلالات عصبی در انسان نشان می دهد.
ایجاد پلیمر جهت استفاده در چاپگرهای سه بعدی
دانشمندان چندین سال است که به دلیل خاصیت منحصر به فرد از قبیل درجه انعطاف پذیری بالای آنها همراه با رسانایی الکتریکی عالی، در حال کار بر روی پلیمرها هستند. در حال حاضر، پلیمرهای رسانا کاربردهای مختلفی از جمله پوشش های ضد الکتریسیته ساکن، حسگرها، ماهیچه های مصنوعی و حتی تبدیل انرژی خورشیدی را یافته اند.
در حالی که محلول های پلیمری به راحتی به صورت اسپری مورد استفاده قرار می گیرند و باعث می شود پبه راحتی به عنوان یک پوشش همگن مورد استفاده قرار گیرد، اما تاکنون استفاده از آن در ساختارهای 2D یا 3D به سختی ثابت شده است.
این تیم مشاهده کردند که چگونه توسعه پلیمر هادی قابل چاپ باعث می شود که نه تنها الکترودهای تک نورونی و الکترودهای مغزی، بلکه بسیاری از دستگاههای الکترونیکی را بتوان ایجاد کرد.
برای انجام این کار، تیم اصلاح شده پلی سولفونات پلی استایرن (3،4-اتیلن دی اکسید تیتوفن) معروف به PEDOT: PSS را تولید کردند تا یک پلیمر رسانا ایجاد شود که به صورت سه بعدی قابل چاپ باشد. معمولاً این ماده به صورت مایع است زیرا ترکیبی از نانوالیاف و آب می باشد. این نانوالیاف است که به ماده خاصیت هادی بودن بخشیده.
پرینترهای سه بعدی نمی توانند با بسترهای مایع کار کنند، بنابراین این تیم راهی برای غلیظ شدن مواد بدون کاهش رسانایی آن ابداع کرده است. تیم برای غلیظ کردن بستر، مواد را منجمد کرده و مایع را از بین می برد. در مرحله بعد، این تیم نانوالیاف را با آب و محلول حلال آلی مخلوط کردند و یک هیدروژل، ماده ای لاستیکی با نانوالیاف تعبیه شده ایجاد کردند.
غلظت های مختلفی از نانوالیاف برای ایجاد تعدادی هیدروژل استفاده شد. تجزیه و تحلیل نشان داد که غلظت 5 تا 8٪ نانوالیاف مطلوب است و یک بستر با قوام خمیردندان را ایجاد می کند که می تواند در یک چاپگر سه بعدی مورد استفاده قرار گرفته و هدایت الکتریکی عالی را حفظ کند.
دستگاههای عصبی چاپ سه بعدی
تیم MIT روشی را برای ایجاد طیف گسترده ای از دستگاه های عصبی از این بستر ایجاد کرده است که نه تنها از نظر الکتریکی بسیار رسانا بلکه مانند لاستیک نیز منعطف است. این ماده بر محدودیتهای دستگاههای سفت و سخت قبلی غلبه خواهد کرد، و اثرات مضر بر بافت اطراف مغز را کاهش می دهد.
همچنین در استفاده از تکنیک های چاپ سه بعدی، ابزارها با استفاده از روشی ساده و مقرون به صرفه قادر به عرضه در مقیاس بالاتری خواهند بود.
برای اطلاعات بیشتر به موسسه سلامت مغز دانا مراجعه کنید.
منبع:
Engineers 3D print soft, rubbery brain implants. Available at: https://www.eurekalert.org/pub
درباره نویسنده
دکتر علی محمد کمالی فارغ التحصیل دکترای تخصصی علوم اعصاب از دانشگاه علوم پزشکی شیراز، بیش از 15 سال است که در زمینه پژوهش، تدریس و فعالیت های اجرایی در حوزه علوم اعصاب فعالیت و تجربه دارد. وی همچنین در ارتقا عملکرد های شناختی با استفاده از نوروتکنولوژی و مطالعات خواب تخصص ویژه ای دارد. او یکی از بنیانگذاران انستیتو سلامت مغز دانا است، (گروهی که سلامت مغز را اولویت جامعه می داند).