يعمل نظام روبوتي متقدم في مستشفى الأطفال المرضى (SickKids) على تغيير أساليب الأطباء والعلماء في معالجة أمراض القلب.
يُعتبر اعتلال عضلة القلب الناتج عن عدم انتظام ضربات القلب (ACM) السبب الرئيسي للوفاة القلبية المفاجئة بين الشباب البالغين. وفي ظل عدم وجود علاج فعال، تظل زراعة القلب الخيار العلاجي الوحيد المتاح للمصابين بهذه الحالة الوراثية.
لأول مرة، قام فريق بحثي بقيادة الدكتور جيسون ماينز من مركز SickKids، بالتعاون مع الدكتورين يو صن وشينيو ليو من معهد الروبوتات بجامعة تورنتو (U of T)، بتطوير تقنية روبوتية تتيح للعلماء اختبار مجموعة من العلاجات المحتملة في آن واحد.
يقول ماينز، رئيس قسم التخدير وطب الألم، والرئيس المساعد للأبحاث في الخدمات المحيطة بالجراحة وكبير العلماء في برنامج الطب الجزيئي: “ستتيح لنا هذه التقنية توصيل الدواء المناسب للشخص المناسب في الوقت المناسب”.
نظام روبوتي للحقن المجهري في أنسجة القلب النابض
أسهمت التطورات التكنولوجية في تعزيز الفحص عالي الإنتاجية، مما يتيح اختبار عدد كبير من العلاجات المحتملة في وقت واحد لمجموعة متنوعة من الحالات الصحية، بما في ذلك علم الأورام. ومع ذلك، يواجه العلماء الذين يدرسون حالات القلب تحديًا فريدًا يتمثل في الحركة الديناميكية ثلاثية الأبعاد لخلايا القلب. هذه الحركة تجعل من الصعب على تقنيات فحص الأدوية التقليدية حقن الجزيئات بسرعة ودقة في أنسجة عضلة القلب النابضة دون التسبب في تلفها.
لمواجهة هذا التحدي، طور الفريق البحثي حلاً يتمثل في روبوت صغير مزود بماصة دقيقة على شكل حرف Z ونظام تصوير ثلاثي الأبعاد. يمكن لهذا الروبوت إدخال جزيء فلوري في خلايا القلب النابضة المعالجة بالعقاقير بسرعة ودقة، مما يتيح للعلماء تحليل فعالية العلاجات بشكل أفضل.
نتائج التجربة
تم نشر النتائج في مجلة Science Robotics، حيث تبرز هذه النتائج التقنية المبتكرة وقدرتها على إحداث تحول في العلاجات المتقدمة لأمراض القلب.
يقول الدكتور وينكون دو، المؤلف الرئيسي وزميل ما بعد الدكتوراه في SickKids وجامعة تيريزا: “من خلال هذا النظام، استطاع فريقنا تحديد خمسة علاجات محتملة لمرض التصلب اللويحي.” ويضيف: “هذا النوع من الاكتشافات لا يمكن أن يتحقق إلا من خلال تعاون خبراء من مجالات متنوعة.”
بالتعاون مع الباحثين في المركز الوطني لبحوث القلب والأوعية الدموية (CNIC) في إسبانيا، تم إثبات فعالية أحد الأدوية المرشحة في تقليل عدم انتظام ضربات القلب في نموذج ما قبل السريرية لداء التصلب اللويحي الوعائي القلبي الضموري.
يتعلق هذا البحث بالمرضى وعائلاتهم المتأثرين بمرض التصلب اللويحي التاجي الحاد (ACM)، حيث يتيح إمكانية تسريع اكتشاف علاجات جديدة وقد يلغي الحاجة إلى جراحة القلب التقليدية.
بفضل النهج المخصص للفحص عالي الإنتاجية، يعتقد فريق البحث أن تأثيرات هذا العمل يمكن أن تمتد إلى مجالات أخرى تتجاوز التصلب العضلي التاجي، كجزء من رؤية SickKids لصحة الأطفال الدقيقة.
تسعى هذه المبادرة إلى تقديم رعاية مخصصة لكل مريض. ويشير ماينز إلى أن “القدرة على نمذجة حالات مرضية محددة واختبار العلاجات بسرعة وبكميات كبيرة تعني أنه يمكن تصميم العلاجات لتلبية الاحتياجات الفردية لكل مريض”.
وقد تم تمويل هذه الدراسة من قبل المعاهد الكندية للأبحاث الصحية (CIHR)، ومجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا (NSERC)، وصندوق أونتاريو للأبحاث – برنامج التميز البحثي، والوحدة المتوسطة في مقاطعة مونتغمري (MCIU) ومؤسسة SickKids.
نظام روبوتي يحاكي حركة القلب
في عام 2023، قام مهندسون بتطوير نموذج روبوتي مطابق تمامًا للبطين الأيمن للقلب، والذي يحاكي وظيفة القلب الحي من حيث النبض وضخ الدم. يمكن استخدام هذا الجهاز لدراسة الاضطرابات المتعلقة بالبطين الأيمن.
يجمع البطين الآلي بين أنسجة القلب الحقيقية وعضلات اصطناعية تشبه البالون، مما يتيح للعلماء التحكم في انقباضات البطين ومراقبة كيفية عمل صماماته الطبيعية والهياكل المعقدة الأخرى.
يمكن ضبط البطين الاصطناعي لمحاكاة حالات صحية ومرضية مختلفة. وقد قام الفريق بتعديل النموذج لمحاكاة حالات ضعف البطين الأيمن، بما في ذلك ارتفاع ضغط الدم الرئوي واحتشاء عضلة القلب.
كما استخدموا النموذج لاختبار الأجهزة القلبية. على سبيل المثال، قام الفريق بزرع صمام ميكانيكي لإصلاح صمام طبيعي معطل، ولاحظوا كيف تغيرت عملية ضخ البطين استجابة لذلك.
ويشير الباحثون إلى أن البطين الأيمن الروبوتي الجديد، المعروف باسم RRV، يمكن أن يُستخدم كمنصة واقعية لدراسة اضطرابات البطين الأيمن واختبار الأجهزة والعلاجات التي تهدف إلى علاج هذه الاضطرابات.
يمكن أيضًا الاستفادة من جهاز محاكاة البطين الأيمن في المستقبل لدراسة تأثير التهوية الميكانيكية على البطين الأيمن، وتطوير استراتيجيات للوقاية من فشل القلب الأيمن لدى المرضى المعرضين للخطر.
وقد أظهرت النتائج أن قوة ضخ البطين الاصطناعي ووظائف هياكله الداخلية تتشابه مع ما تم ملاحظته سابقًا في الحيوانات السليمة. وهذا يشير إلى أن النموذج قادر على محاكاة عمل البطين الأيمن وتشريحه بشكل واقعي.
كما استطاع الباحثون ضبط تردد وقوة أنابيب الضخ لمحاكاة حالات قلبية متنوعة، مثل عدم انتظام ضربات القلب، وضعف العضلات، وارتفاع ضغط الدم.
