پروفسور «وی گائو» (Wei Gao)، استاد مهندسی پزشکی در مؤسسه فناوری کلتک (Caltech)، همراه با تیمش در حال توسعه نسل جدیدی از بانداژهای هوشمند است؛ بانداژی که همچون یک «آزمایشگاه روی پوست» عمل میکند و میتواند به بیماران و مراقبین آنها در پایش زخمهای مزمن، رساندن درمان، و تسریع فرایند ترمیم کمک کند. این بانداژ برای زخمها، برشها، خراشها و سوختگیهایی طراحی شده که به کندی بهبود مییابند و هدف آن، هم پایش وضعیت زخم و هم حمایت فعال از فرایند بهبودی است.
در سال ۲۰۲۳، تیم گائو موفق شد مرحلهای کلیدی را پشت سر بگذارد: آنها توانستند نشان دهند که بانداژ هوشمندشان قادر است دادههای لحظهای از زخمهای مزمن در مدلهای حیوانی جمعآوری کند. افزون بر آن، این بانداژ با رساندن درمانهای هدفمند مانند دارو یا تحریک الکتریکی به بافتها، فرایند ترمیم را تسریع میکرد.
اکنون، گائو و همکارانش در کلتک و دانشکده پزشکی کک (Keck School of Medicine) دانشگاه USC گام بزرگی به جلو برداشتهاند. آنها نسخه بهروزشدهای از این بانداژ، موسوم به iCares را بر روی ۲۰ بیمار انسانی که از زخمهای مزمن ناشی از مشکلاتی چون دیابت یا اختلالات گردش خون رنج میبردند، آزمایش کردند. این دستگاه جدید بهطور پیوسته مایع ترشحشده طی واکنش التهابی بدن را نمونهبرداری کرد. همچنین پژوهشگران iCares را بر گروهی از بیماران پیش و پس از جراحی نیز مورد ارزیابی قرار دادند تا کاربردهای بالینی گستردهتری را بررسی کنند.
بانداژ هوشمند مورد نظر به سه جزء میکروسیال (microfluidic) مجزا مجهز است—ماژولهایی مینیاتوری که جریان مایعات را هدایت و کنترل میکنند. این اجزا، ضمن خارج کردن رطوبت اضافی از زخم، دادههای لحظهای در مورد نشانگرهای زیستی موجود در زخم ارائه میدهند.
گائو که همچنین از محققان مؤسسه Heritage Medical Research است، توضیح میدهد: «میکروسیالهای نوآورانه ما، رطوبت اضافی زخم را خارج میکنند که به بهبود زخم کمک میکند. همچنین تضمین میکنند که نمونههای تحلیلی بانداژ تازه هستند و شامل ترکیبی از مایعات قدیمی و جدید نیستند. برای اندازهگیری دقیق، باید فقط مایع تازه از محل زخم نمونهبرداری شود. بدین ترتیب، iCares قادر است بهصورت لحظهای نشانگرهای مهمی از التهاب و عفونت را رصد کند.»
در واقع، در مقالهای که بهتازگی در نشریه Science Translational Medicine منتشر شده، گائو و همکارانش نشان دادهاند که این بانداژ هوشمند میتواند مولکولهایی نظیر نیتریکاکسید (نشانگر التهاب) و هیدروژن پراکسید (نشانگر عفونت) را شناسایی کند—حتی یک تا سه روز پیش از آنکه بیمار علائمی بروز دهد.
در پیشرفتی دیگر، تیم تحقیقاتی یک الگوریتم یادگیری ماشین توسعه داده است که میتواند زخمهای بیماران را با دقتی همتراز با پزشکان متخصص دستهبندی کرده و زمان بهبودی آنها را پیشبینی کند.
این بانداژ از یک نوار پلیمری انعطافپذیر و سازگار با بدن تشکیل شده که میتوان آن را با هزینه پایین بهصورت سهبعدی چاپ کرد. این سیستم یک آرایه حسگر نانوطراحیشده برای سنجش نشانگرهای زیستی دارد که یکبار مصرف بوده و رعایت بهداشت را تضمین میکند. همچنین، یک برد مدار چاپی قابل استفاده مجدد نیز در آن بهکار رفته که مسئول پردازش سیگنالها و ارسال بیسیم دادهها به رابط کاربری مانند تلفن هوشمند است.
در دل iCares، سه ماژول میکروسیال بهطور هماهنگ کار میکنند: غشایی که مایع زخم را از سطح پوست مکش میکند؛ بخشی زیستالهامگرفته که مایع را بهسوی آرایه حسگر منتقل میکند تا آنالیز شود؛ و در نهایت، ماژولی شامل ستونهای میکروسکوپی (micropillar) که مایع نمونهبرداریشده را به بیرون بانداژ هدایت میکند.
منبع:
«یک دستگاه پوشیدنی میکروسیال برای مدیریت و آنالیز مایع زخم در زخمهای مزمن انسانی»، نوشتهی کانران وانگ، کِکسین فن، احسان شیرزایی ثانی، خوزه لاسالده رامیرز، و دیگران، ۲۳ آوریل ۲۰۲۵، نشریه Science Translational Medicine
DOI: 10.1126/scitranslmed.adt0882
این پژوهش با حمایت مالی از سوی موسسات ملی سلامت آمریکا (NIH)، بنیاد ملی علوم (NSF)، انجمن سرطان آمریکا، دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده، اداره تحقیقات پزشکی ارتش آمریکا، و مؤسسه Heritage Medical Research انجام شده است. همچنین مؤسسه نانوعلوم کَولی (Kavli Nanoscience Institute) در Caltech پشتیبانی زیرساختی حیاتی را فراهم کرده است.
