ایمپلنت‌های مغزی نرم و بدون جای زخم

 انقلاب Axoft در علوم اعصاب

از هاروارد تا بالین بیمار، استارتاپ Axoft با ماده انقلابی Fleuron، آینده نظارت بر آسیب‌های مغزی را با ایمپلنت‌های نرم و هوشمند بازتعریف می‌کند

یک استارتاپ برخاسته از دانشگاه هاروارد به نام Axoft، با توسعه نوعی جدید و انقلابی از ایمپلنت‌های مغزی، در حال حل یکی از بزرگترین چالش‌های علوم اعصاب است. مشکل اصلی ایمپلنت‌های سنتی، سخت و صلب بودن آنهاست که هنگام قرارگیری در بافت نرم و ژل‌مانند مغز، باعث آسیب و ایجاد بافت اسکار می‌شود. این بافت اسکار، کارایی و طول عمر ایمپلنت را به شدت کاهش می‌دهد.

راه‌حل Axoft، ماده‌ای جدید و انحصاری به نام “Fleuron” است؛ یک پلیمر فوق‌العاده نرم که هزاران تا میلیون‌ها برابر انعطاف‌پذیرتر از مواد رایج است و می‌تواند بدون آسیب رساندن به بافت مغز، در آن قرار گیرد. نوآوری کلیدی این است که Fleuron با فرآیندهای استاندارد ساخت تراشه سازگار است و به محققان اجازه می‌دهد بیش از ۱۰۰۰ سنسور را روی یک پروب نرم و زیست‌سازگار تعبیه کنند. این ترکیب بی‌نظیر از نرمی و قدرت سنجش بالا، یک پیشرفت بزرگ محسوب می‌شود.

کاربرد اولیه این فناوری، نظارت دقیق بر بیماران دچار آسیب مغزی تروماتیک (TBI) است. ایمپلنت Axoft می‌تواند در عرض چند دقیقه، وضعیت هوشیاری مغز را با دقتی مشابه fMRI (که ساعت‌ها طول می‌کشد) ارزیابی کند و به پزشکان در تصمیم‌گیری‌های حیاتی کمک کند.

این شرکت که بیش از ۱۸ میلیون دلار سرمایه جذب کرده، اولین آزمایش انسانی موفق خود را در سال ۲۰۲۵ انجام داده و قصد دارد تا سال ۲۰۲۷ یک کارآزمایی بالینی تحت نظارت FDA را آغاز کند. با این روند، این فناوری انقلابی می‌تواند تا سال ۲۰۲۸ در دسترس پزشکان قرار گیرد و آینده نظارت عصبی را متحول سازد.

سایبرکست قسمت 26 : ایمپلنت‌های مغزی نرم و بدون جای زخم

انقلاب در رابط‌های مغز و کامپیوتر ؛ ایمپلنت‌هایی که جای زخم نمی‌گذارند

دستاورد جدید استنفورد، توازنی هوشمندانه بین توانایی‌های شگفت‌انگیز فناوری ذهن‌خوان و ضرورت حیاتی حفظ حریم خصوصی ایجاد می‌کند.

مقدمه:

درود بر همراهان عزیز سایبرمگ! دنیای علم و فناوری هر روز با شگفتی‌های تازه‌ای روبرو می‌شود و این بار، خبری از دل دانشگاه هاروارد، افق‌های جدیدی را در زمینه علوم اعصاب و درمان آسیب‌های مغزی می‌گشاید. محققان و مهندسان هوشمند، با رویکردی نوآورانه، در حال توسعه ایمپلنت‌های مغزی هستند که برخلاف نمونه‌های سنتی، بدون آسیب رساندن به بافت حساس و ژل‌مانند مغز، قادر به جمع‌آوری دقیق‌ترین داده‌های عصبی هستند. این پیشرفت خارق‌العاده، نویدبخش آینده‌ای است که در آن تشخیص و نظارت بر آسیب‌های مغزی، دقیق‌تر، ایمن‌تر و موثرتر از همیشه خواهد بود.

چالش همیشگی: چرا ایمپلنت‌های مغزی سنتی مشکل‌ساز بودند؟

آسیب‌های مغزی تروماتیک (TBI) طیف وسیعی از شدت‌ها را شامل می‌شوند، از خفیف تا تهدیدکننده زندگی، اما ابزارهای نورولوژیست‌ها برای ارزیابی دقیق میزان آسیب، محدود بوده است. با وجود کمک‌هایی که معاینات بالینی و تصویربرداری خارجی (مانند MRI) ارائه می‌دهند، پروب‌های عصبی – دستگاه‌هایی که رابط‌های مغز و کامپیوتر (BCI) ایجاد می‌کنند – دقت بسیار بالاتری دارند. مشکل اساسی اینجاست که پروب‌های عصبی سنتی، از مواد سفت و سخت ساخته شده‌اند که هنگام قرار گرفتن در بافت بسیار منعطف مغز، به آن آسیب می‌رسانند و باعث ایجاد بافت اسکار (جای زخم) می‌شوند.

تصور کنید تیغ‌های تیز را در یک ژل قرار دهید؛ این دقیقا همان اتفاقی است که برای مغز می‌افتد. پل لو فلک (Paul Le Floch)، یکی از بنیانگذاران و مدیرعامل شرکت Axoft، این وضعیت را به خوبی تشریح می‌کند. این آسیب، نه تنها اثربخشی پروب‌ها را کاهش می‌دهد، بلکه مغز نیز در واکنش به این تحریک، بافت اسکار را در اطراف پروب‌ها تشکیل می‌دهد. این بافت اسکار که سفت‌تر است، ارتباط پروب‌ها را با نورون‌های اطراف مختل کرده و توانایی آن‌ها در جمع‌آوری داده‌ها را به شدت کاهش می‌دهد. علاوه بر این، دستگاه‌های سفت و سخت تنها می‌توانند برای مدت کوتاهی در مغز باقی بمانند پیش از اینکه آسیب قابل توجهی ایجاد کنند. هر چه حسگرهای بیشتری به یک پروب عصبی اضافه شود – که برای جمع‌آوری حداکثر داده از فعالیت مغز ضروری است – پروب سفت‌تر شده و این مشکل تشدید می‌شود.

راهکار Axoft: انعطاف‌پذیری هوشمندانه با Fleuron

شرکت Axoft که در سال ۲۰۲۱ از دل هاروارد متولد شده، راهکاری انقلابی برای این چالش ارائه داده است. این استارتاپ در حال توسعه جایگزینی نرم‌تر است که به گفته محققان شرکت، می‌تواند بدون برهم زدن قوام ژل‌مانند مغز، در آن قرار گیرد و در عین حال، به اندازه کافی بادوام باشد تا داده‌های عصبی دقیق را ارائه دهد. پل لو فلک و همکارانش به خوبی دریافته بودند که نیاز به جایگزینی نرم‌تر برای پروب‌های عصبی موجود دارند، اما مشکل اینجا بود که “مواد نرم عملکرد بسیار بالایی ندارند“.

اینجا بود که نوآوری خود را نشان داد: ماده جدید Axoft به نام “Fleuron“، هزاران تا میلیون‌ها برابر نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر از موادی است که در پروب‌های عصبی مدرن استفاده می‌شود. در عین حال، Fleuron یک فوتورزیست (photoresist) است که برای فرآیند ساخت تراشه قابل استفاده است. در نتیجه، این پروب می‌تواند به راحتی بیش از ۱۰۰۰ حسگر را در خود جای دهد و داده‌های دقیق سیگنال‌های مغزی را به پزشکان ارائه دهد. لو فلک توضیح می‌دهد که این پروب “بسیار زیست‌سازگار (biocompatible) است، زیرا هم بسیار کوچک است و هم بسیار نرم” و “با گذشت زمان، آسیب کمتری در بافت‌ها ایجاد می‌کند”.

تیم و روند توسعه: نبوغی از هاروارد

این دستاورد بزرگ نتیجه همکاری تیمی از محققان برجسته هاروارد است. پل لو فلک، که دکترای خود را در رشته علم مواد از هاروارد دریافت کرده است، در طول دوره دکترای خود در زمینه علم مواد و پلیمرها، کار خود را به عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه جیا لیو (Jia Liu)، استادیار مهندسی زیستی در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان آ. پاولسون، آغاز کرد. لو فلک و لیو بر روی حل یک مشکل دشوار تمرکز کردند: طراحی پروب‌های عصبی که برای مغز عملکرد بهتری داشته باشند.

آن‌ها با تیانیانگ یه (Tianyang Ye)، فارغ‌التحصیل دکترای ۲۰۲۰ و محقق فوق‌دکترای هاروارد در زمینه نانوالکترونیک، همکاری کردند. یه که در دفتر توسعه فناوری (OTD) نیز فعالیت داشت و روی استراتژی‌های تجاری‌سازی نوآوری‌های دانشگاهی کار می‌کرد، اکنون مدیر ارشد فناوری و یکی از بنیانگذاران Axoft است. در حالی که لو فلک ماده نرم و با عملکرد بالا را مهندسی کرد که می‌توانست بدون آسیب رساندن به مغز وارد آن شود، یه الکترونیک‌هایی را طراحی کرد که قادر به انتقال داده‌ها برای تجزیه و تحلیل بودند. لیو نیز در تأسیس شرکت کمک کرده و به عنوان مشاور علمی به Axoft پیوسته است.

کاربردهای بالینی و نیاز مبرم

ایمپلنت‌های مغزی برای هر بیمار دچار آسیب عصبی ضروری نیستند. با این حال، همانطور که پل لو فلک اشاره می‌کند، شرکت Axoft از همان ابتدا علاقه قابل توجهی از سوی نورولوژیست‌هایی دریافت کرده است که برای اندازه‌گیری فعالیت مغز بیماران بی‌هوش یا دچار آسیب‌های مغزی حاد و تروماتیک، با مشکل مواجه بوده‌اند. او می‌گوید: “ما نیاز بزرگی را از دیدگاه بیمار می‌بینیم“.

با استفاده از رابط مغز و کامپیوتر (BCI)، پزشکان می‌توانند به دقت بسیار بالایی وضعیت مغز بیماران را تعیین کنند؛ اینکه آیا آن‌ها هوشیار هستند یا خیر، در حالت نباتی قرار دارند، در حال بهبودی هستند یا وضعیتشان رو به وخامت است. این توانایی در تشخیص و نظارت دقیق، می‌تواند به پزشکان کمک کند تا تصمیمات درمانی بهتری بگیرند و روند بهبودی بیماران را با دقت بیشتری پیگیری کنند. لو فلک می‌افزاید که “در چند دهه اخیر، ما از اندازه‌گیری یک نورون، به ۱۰ نورون، به صدها نورون رسیده‌ایم – اکنون به هزاران نورون می‌رسیم“. این افزایش چشمگیر در تعداد نورون‌های قابل اندازه‌گیری، به محققان امکان می‌دهد تا “درباره مغز بیشتر بیاموزند و تشخیص‌ها و درمان‌های جدیدی را توسعه دهند”. Axoft قصد دارد هر سال تعداد الکترودهایی که پروب‌هایش می‌تواند پشتیبانی کند را دو برابر کند، که این امر “تعداد نورون‌هایی که پروب‌های Axoft می‌توانند اندازه‌گیری و تحریک کنند را به طور قابل توجهی افزایش خواهد داد“.

مسیر تجاری‌سازی و نقاط عطف حیاتی

اثرگذاری کار این استارتاپ از همان ابتدا واضح بود. کریستوفر پتی (Christopher Petty)، مدیر توسعه کسب‌وکار در علوم فیزیکی در OTD، می‌گوید: “از دیدگاه ما، همیشه در مورد ماموریت تبدیل دانش تولید شده دانشگاهی به تفاوت در جهان صحبت می‌کنیم. این دقیقا همان چیزی است که به بهترین شکل در اینجا اتفاق افتاده است”. OTD نقش کلیدی در حفاظت از مالکیت فکری اکتشافات اصلی، ارتباط تیم Axoft با سرمایه‌گذاران بالقوه و ساختاردهی مجوز استارتاپ برای توسعه بیشتر فناوری ایفا کرد، در حالی که به محققان بنیانگذار کمک می‌کرد تا در مورد کاربردهای واقعی و مسیر از آزمایش تا تجاری‌سازی فکر کنند.

کمک به یک استارتاپ دستگاه پزشکی برای شکوفایی، با فرآیند یک استارتاپ نرم‌افزاری متفاوت است. آزمایش‌های بالینی لازم برای تأیید می‌تواند زمان قابل توجهی ببرد و هزینه زیادی داشته باشد، اما مسیر بسیار واضح‌تری برای ورود به بازار وجود دارد. پتی اشاره می‌کند که “مجموعه‌ای روشن از نقاط عطف وجود دارد”.

Axoft از زمان تأسیس خود برای غلبه بر این نقاط عطف تلاش کرده است. این شرکت تاکنون بیش از ۱۸ میلیون دلار سرمایه جذب کرده است. در سال ۲۰۲۵، اولین آزمایش انسانی خود را در کلینیک پاناما انجام داد، که نشان داد ایمپلنت‌ها برای کاشت و خارج کردن ایمن هستند و خطرات اضافی برای مغز ایجاد نمی‌کنند. تیم همچنین دریافت که پروب می‌تواند تفاوت بین هوشیاری و بی‌هوشی (ناشی از بیهوشی) بیماران را تشخیص دهد، که مورد دوم شبیه به حالت کما است. در عرض چند دقیقه، تیم توانست وضعیت‌های مغزی را به همان شیوه‌ای که یک MRI عملکردی ممکن است در چندین ساعت اندازه‌گیری کند، اندازه بگیرد.

اکنون، Axoft در حال همکاری با پزشکان در بیمارستان عمومی ماساچوست بر روی مدل‌های خوکی آسیب مغزی تروماتیک برای تولید داده‌های پیش‌بالینی بیشتر است. لو فلک انتظار دارد که Axoft بتواند مطالعه انسانی دیگری را با این بیمارستان در سال آینده آغاز کند. در سال ۲۰۲۷، Axoft یک آزمایش بالینی تحت نظارت FDA را هدف قرار داده که بر روی افرادی با آسیب‌های مغزی تروماتیک متمرکز خواهد بود، جایی که دستگاه می‌تواند بهبودی و هوشیاری را اندازه‌گیری کند. اگر همه چیز خوب پیش برود، این دستگاه‌ها می‌توانند تا سال ۲۰۲۸ در دسترس پزشکان قرار گیرند. لو فلک معتقد است که ایمپلنت‌ها می‌توانند به سرعت به صدها بیمار خدمات‌رسانی کنند.

جمع‌بندی : 

همانطور که لو فلک می‌گوید: “ما نیاز بزرگی را از دیدگاه بیمار می‌بینیم و اکوسیستم استفاده از دستگاه‌های نظارت عصبی در بیمارستان‌ها از قبل وجود دارد”. این تحقیق که بودجه فدرال را از بنیاد ملی علوم دریافت کرده است، نشان‌دهنده یک جهش بزرگ در درک و درمان آسیب‌های مغزی است. Axoft با رویکردی مهندسی‌شده و هوشمندانه، در حال هموار کردن مسیری است که نه تنها دقت تشخیص را افزایش می‌دهد، بلکه رنج بیماران را کاهش داده و امید تازه‌ای برای بهبود کیفیت زندگی آن‌ها به ارمغان می‌آورد. این واقعا یک خبر جذاب و پرامید است و ما در سایبرمگ افتخار می‌کنیم که پیشرفت‌های این چنینی را به مخاطبان هوشمندمان معرفی کنیم.

———————————————————————————

• نکات کلیدی:

• حل یک چالش بزرگ: استارتاپ Axoft ایمپلنت مغزی نرمی ساخته که مشکل آسیب و ایجاد بافت اسکار ناشی از پروب‌های سفت سنتی را حل می‌کند.
• ماده انقلابی Fleuron: این ایمپلنت از یک ماده جدید فوق‌العاده نرم و انعطاف‌پذیر به نام Fleuron ساخته شده است.
• سنسورهای با چگالی بالا: با وجود نرمی، این فناوری امکان تعبیه بیش از ۱۰۰۰ سنسور روی یک پروب را فراهم می‌کند که جمع‌آوری داده‌های دقیق عصبی را ممکن می‌سازد.
• کاربرد اصلی: نظارت دقیق و سریع بر بیماران دچار آسیب مغزی تروماتیک (TBI) برای ارزیابی سطح هوشیاری و روند بهبودی.
• خاستگاه معتبر: Axoft یک شرکت اسپین‌آف از دانشگاه هاروارد است که توسط تیمی از محققان برجسته این دانشگاه تأسیس شده.
• مسیر تجاری‌سازی روشن: این شرکت با جذب سرمایه ۱۸ میلیون دلاری و انجام موفق اولین آزمایش انسانی، در مسیر دریافت تأییدیه FDA تا سال ۲۰۲۷ و عرضه به بازار تا ۲۰۲۸ قرار دارد.
• سرعت تشخیص بالا: این ایمپلنت می‌تواند در چند دقیقه اطلاعاتی از وضعیت مغز ارائه دهد که fMRI برای ارائه آن به چندین ساعت زمان نیاز دارد.

• نکات تکمیلی:

• بنیان‌گذاران: پل لو فلک (مدیرعامل) و تیانیانگ یه (مدیر ارشد فناوری) بنیان‌گذاران اصلی شرکت هستند.
• زیست‌سازگاری بالا: به دلیل نرمی و اندازه کوچک، پروب‌های Axoft آسیب بسیار کمتری در طول زمان به بافت مغز وارد می‌کنند.
• نقش دانشگاه: دفتر توسعه فناوری هاروارد (OTD) نقش کلیدی در حفاظت از مالکیت فکری و کمک به تجاری‌سازی این فناوری ایفا کرده است.

• نتیجه گیری:

توسعه ایمپلنت مغزی نرم مبتنی بر ماده Fleuron توسط Axoft، یک نقطه عطف در مهندسی عصبی است که به طور مستقیم چالش بنیادین عدم تطابق بین الکترونیک سخت و بافت بیولوژیک نرم را هدف قرار می‌دهد. این استارتاپ برخاسته از هاروارد با خلق یک آرایه سنسوری با چگالی بالا که زیست‌سازگار و کم‌آسیب است، راه را برای نسل جدیدی از رابط‌های مغز و رایانه هموار می‌کند. این نوآوری نه تنها نویدبخش تحول در نظارت بر آسیب‌های مغزی تروماتیک است، بلکه پتانسیل بلندمدت BCIها را برای طیف وسیعی از شرایط عصبی آزاد می‌کند.

• پرسش‌های تحقیقاتی بیشتر:

• در حالی که ایمنی کوتاه‌مدت نشان داده شده است، عملکرد و زیست‌سازگاری بلندمدت ماده Fleuron در مغز طی چندین سال، به ویژه از نظر تخریب ماده یا پاسخ ایمنی مزمن، چگونه خواهد بود؟

• کیفیت و وضوح سیگنال‌های دریافتی از ۱۰۰۰+ سنسور روی پروب نرم Fleuron، چگونه با داده‌های جمع‌آوری‌شده از آرایه‌های سنتی و سفت با چگالی بالا (مانند آرایه یوتا) قبل از تشکیل بافت اسکار، مقایسه می‌شود؟
• آیا الکترودهای مبتنی بر Fleuron می‌توانند علاوه بر سنجش، برای تحریک عصبی مؤثر و هدفمند نیز بدون ایجاد آسیب استفاده شوند و راه را برای درمان بیماری‌هایی مانند پارکینسون یا صرع باز کنند؟

• چالش‌های تولید انبوه این پروب‌های نرم و پیچیده و چندلایه، ضمن حفظ دقت بالای مورد نیاز برای الکترونیک و خواص مواد، چیست؟

• سخن پایانی نویسنده پیشنهادی :

این از آن دسته نوآوری‌هایی است که واقعاً من را به وجد می‌آورد. سال‌ها مشکل ایمپلنت‌های مغزی مانند تلاش برای هم زدن ژله با چاقو بود؛ همیشه به بافت آسیب می‌رساندید. تیم Axoft فقط یک چاقوی کمی بهتر نساخت؛ آنها راهی برای هم زدن ژله با رشته‌ای از خود ژله ابداع کردند. نبوغ ساخت ماده‌ای که هم فوق‌العاده نرم است و هم با فرآیند ساخت تراشه سازگار، یک جهش بزرگ است. این فقط یک بهبود تدریجی نیست؛ یک بازنگری بنیادین در مسئله است. این فناوری امیدی واقعی برای مراقبت بهتر از بیماران در آسیب‌پذیرترین لحظاتشان به ارمغان می‌آورد و این همان کاری است که تکنولوژی در بهترین حالتش باید انجام دهد.

منبع : به گزارش  Harvard 

 

در مجله سایبرلایف بخوانید