دانشمندان بریتانیایی قصد دارند به‌زودی نخستین آزمایش بالینی تراشه‌ای کاشتنی از جنس گرافن را انجام دهند که توانایی تشخیص سلول‌های سرطانی را دارد. این دستاورد مهم پزشکی می‌تواند انقلابی در جراحی تومورهای مغزی ایجاد کند.
گاردین روز یکشنبه ۱۳ آبان در گزارشی نوشت این تراشه مغزی می‌تواند از طریق تفاوت در امواج الکتریکی میان سلول‌های سرطانی و بافت‌های سالم عصبی، سلول‌های سرطانی را شناسایی کند.
نخستین آزمایش روی یک دستگاه پزشکی مبتنی بر گرافن
این دستگاه به اندازه یک تمبر پستی است و از گرافن (Graphene) ساخته شده است.
گرافن نوعی ماده دو‌بعدی، با قدرتی ۲۰۰ برابر بیش از فولاد و تنها به ضخامت یک اتم است که به خاطر ویژگی‌های منحصر به فردش، از جمله رسانایی بالا و استحکام زیاد، در فناوری‌های نوین کاربرد دارد.
حدود ۲۰ سال پیش آندره گایم و کنستانتین نووسلف، دانشمندان دانشگاه منچستر، موفق به ساخت این ماده شدند و در سال ۲۰۱۰ جایزه نوبل فیزیک را برای تحقیقاتشان دریافت کردند.
از آن زمان، دانشمندان برای بهره‌برداری از ویژگی‌های رسانایی شگفت‌انگیز گرافن به‌منظور توسعه حسگرهای الکتریکی و مغناطیسی جدید و سایر دستگاه‌ها تلاش کرده‌اند.
این تراشه مغزی انعطاف‌پذیر که اکنون در بیمارستان سالفورد رویال بریتانیا در حال آزمایش است، به‌عنوان نخستین دستاورد پزشکی از این نوع شناخته می‌شود.
کوستاس کوستارلوس، استاد نانوفناوری پزشکی در منچستر و یکی از مدیران این پروژه، به گاردین گفت: «این اولین آزمایش بالینی است که تاکنون در جهان با استفاده از یک دستگاه پزشکی مبتنی بر گرافن انجام می‌شود.»
کاربرد دستگاه رابط مغز و کامپیوتر
دستگاه رابط مغز و کامپیوتر (BCI) به دست تیمی بین‌المللی از دانشمندان، طراحی و ساخته شده تا امکان نظارت بر امواج الکتریکی سلول‌های مغز را با استفاده از فرکانس‌هایی فراهم کند که پیش‌تر قابل شناسایی نبودند.
کوستارلوس گفت: «کاربرد نخست آن، تشخیص سلول‌های سرطانی از سلول‌های سالم است تا مطمئن شویم جراحی تومورهای مغزی با دقت بسیار بالایی انجام می‌گیرد.»
پزشکان تاکید دارند که چنین هدفی، اهمیتی حیاتی دارد.
سالانه بیش از ۱۲ هزار و ۷۰۰ مبتلا به تومور مغزی در بریتانیا شناسایی می‌شوند و هر سال بیش از پنج هزار مورد مرگ به این بیماری نسبت داده می‌شود.
کوستارلوس افزود: «هر کاری که بتوانیم برای بهبود این آمار انجام دهیم، یک دستاورد بزرگ خواهد بود.»
تیم سازنده BCI همچنین معتقد است که این دستگاه به دانشمندان کمک می‌کند تا بسیاری از بیماری‌های دیگر مانند سکته مغزی و صرع را بهتر مطالعه کنند، چرا که درک عمیق‌تری از نحوه انتقال سیگنال‌های الکتریکی توسط سلول‌های سالم در مقایسه با سلول‌های آسیب‌دیده فراهم می‌کند.
کارولینا آگویلار، یکی از بنیان‌گذاران این‌برین نورو‌الکترونیکس (Inbrain Neuroelectronics) است که شرکتی جهانی برای بهره‌برداری از گرافن در پژوهش‌ها و درمان‌های مغزی به شمار می‌رود.
او به گاردین گفت: «این یک نقطه عطف بالینی است که راه را برای پیشرفت در رمزگشایی سیگنال‌های عصبی و کاربرد آن به‌عنوان یک روش درمانی هموار می‌کند.»
سلول‌های مغز از طریق تبادل امواج الکتریکی با یک‌دیگر تعامل می‌کنند؛ فرایندی که پایه و اساس افکار، رفتارها و ادراک ما از جهان است. با این حال، نظارت دقیق بر نحوه ارتباط این سلول‌ها همواره چالشی بزرگ برای دانشمندان بوده است.
کوستارلوس گفت: «ما می‌توانیم برخی از سیگنال‌های الکتریکی منتشر شده از سلول‌های مغز را مطالعه کنیم، اما شناسایی سیگنال‌هایی با فرکانس بسیار پایین یا بسیار بالا در مغز زنده، بسیار دشوار است.»
این پژوهش‌گر افزود: «در حال حاضر فقط سیگنال‌های با فرکانس متوسط قابل نظارت هستند.»
به گفته او، نکته کلیدی این است که تراشه BCI می‌تواند طیف وسیعی از سیگنال‌های الکتریکی با فرکانس‌های بسیار بالا یا پایین را در مغز شناسایی کند.
دستگاه BCI چگونه کار می‌کند؟
برای استفاده از این دستگاه، بخشی از جمجمه بیمار برداشته می‌شود و تراشه بسیار نازکی که هزاران اتصال الکتریکی دارد، روی سطح مغز او قرار می‌گیرد.
سپس فرستنده‌ها، سیگنال‌های الکتریکی را برای تحریک سلول‌های مغزی ارسال می‌کنند و گیرنده‌های کوچک، پاسخ آن‌ها را می‌گیرند.
کوستارلوس گفت: «سلول‌های سرطانی بر خلاف سلول‌های عصبی سالم، به تحریکات الکتریکی ایجاد شده از سوی تراشه واکنش نشان نمی‌دهند.»
او افزود: «این ویژگی به تیم جراحی اجازه می‌دهد تا سلول‌های عصبی نزدیک به تومور را شناسایی کنند و این، موضوعی بسیار مهم است.»
به گفته این پژوهش‌گر، اگر تومور در بخش‌هایی از مغز باشد که با عملکردهایی مانند گفتار در ارتباط است، تیم باید با دقت بیشتری عمل کند.
کوستارلوس تاکید کرد که با راهنمایی سیگنال‌های تراشه گرافنی، آن‌ها می‌توانند سلول‌های بیمار را با دقت و اطمینان بیشتری بردارند.
قابلیت تراشه BCI در تشخیص سیگنال‌های با فرکانس بسیار بالا و بسیار پایین از سلول‌های مغزی از جهات دیگر نیز اهمیت دارد.
مشخص شده است که در سکته‌های مغزی و حملات صرع، سلول‌های ناحیه آسیب‌دیده مغز سیگنال‌هایی با فرکانس بسیار پایین ارسال می‌کنند.
این فناوری، امکان جدیدی برای بررسی تحولاتی فراهم می‌کند که بلافاصله پس از وقوع این حوادث رخ می‌دهند.
کوستارلوس گفت این فناوری که به خواص شگفت‌انگیز گرافن متکی است، نه تنها به افزایش دقت جراحی‌های مغز کمک می‌کند، بلکه درک بنیادین و جدیدی نیز از چگونگی عملکرد و تعامل سلول‌های مغزی در شرایط بیماری ارائه می‌دهد.