11 ایده‌ای که در صنعت پزشکی انقلاب می کنند

گروه علم و فناوری جی پلاس: کارشناسان معتقدند که در طول دهه آینده، همزمان با ادغام و سرعت بخشیدن به فناوری‌های قرن بیست و دوم، علم پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی خود را برای یک انقلاب بزرگ آماده خواهد کرد. دسترسی به پهناد باند، پیشرفت هوش مصنوعی و دستاوردهای ژنتیکی، نوآوری‌هایی هستند که هر کدام به نوبه خود علم پزشکی را دچار تحول کرده‌اند و این تحول همچنان نیز ادامه دارد.

در ادامه به معرفی 11 نوآوری می‌پردازیم که در آینده‌ای نزدیک مسیر پزشکی را تغییر می‌دهند:

1- دی‌ان‌ای اوریگامی

دی‌ان‌ای اوریگامی به فناوری ساخت اشکالی خاص از مولکول دی‌ان‌ای در فضای دو یا سه‌بعدی در مقیاس نانو گفته می‌شود. واژه اوریگامی در عنوان یادآور هنر ساختن اشکال گوناگون با استفاده از کاغذ است با این تفاوت که در دی‌ان‌ای اوریگامی ماده اصلی‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد، رشته دی‌ان‌ای است. علت استفاده از رشته دی‌ان‌ای در این فناوری آن است که اجزا تشکیل‌دهنده دی‌ان‌ای که همان نوکلئوتید‌های A، T، C و G می‌توانند دو به ‌دو با یکدیگر پیوندهای هیدروژنی مستحکمی تشکیل دهند. این خاصیت مهم رشته دی‌ان‌ای در طراحی توالی‌های از آنکه در دی‌ان‌ای اوریگامی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار حائز اهمیت است.

فرایند ساخت اشکال دی‌ان‌ای اوریگامی شامل پیچ و تاب دادن به یک رشته بلند دی‌ان‌ای ویروس که معمولا دارای بلندی حدود 7 هزار و 300 زوج نوکلئوتید است و تعدادی رشته‌های کوتاه‌تر از دی‌ان‌ای که به عنوان «ستون» یا کمک برای حفظ شکل و ساختار رشته بلند مورد استفاده قرار می‌گیرند. این رشته‌های کوتاه‌تر به نواحی مختلف رشته دی‌ان‌ای بلندتر متصل می‌شوند و به عنوان پایه و ستون استفاده می‌شوند و در نتیجه این کار اشکال و ساختارهای متفاوتی را در فضاهای دو یا سه‌بعدی ایجاد می‌کنند.

دی‌ان‌ای اوریگامی کاربردهای بسیاری در پزشکی دارد که از بین آنها می‌توان به سیستم انتقال دهنده دارو در بدن بیمار یا کاربرد آن در مدارات انتقال‌ دهنده جریان در سیستم‌های پلاسمونی اشاره کرد.

محققان دانشگاه هاروارد با استفاده از تکنولوژی دی‌ان‌ای اوریگامی قادر به ساخت سیستم انتقال‌دهنده دارویی خودسامان‌ده و خود تخریب‌گر در آزمایشگاه شده‌اند. این سیستم انتقال‌دهنده به شکلی کار می‌کند که پروتئینی که باعث بیماری شده ‌است را جست‌وجو و تشخیص می‌دهد و به محض تشخیص درست آن دارو را منتشر می‌کند. اولین بیماری‌هایی که محققان روی آن آزمایش کردند سرطان خون و لنفوم بود.

علاوه براین، دانشمندان با کمک روش دی‌ان‌اوریگامی دست به ساخت نانوبات‌هایی زده‌اند که قابلیت برنامه‌ریزی دارند و می‌توانند بر اساس برنامه‌ریزی‌های از پیش‌ تعیین شده در داخل ارگانیسم‌های زنده حرکت کنند و ماموریت خود را انجام دهند. محققان دانشگاه هاروارد و دانشگاه برایلان نانوبات‌هایی را وارد بدن سوسک زنده‌ای کردند و مسیر حرکت نانوبات‌های را مشخص کردند. این مسیرها دقیقا به سلول هدف می‌رسیدند. تعاملات بین این نانوبات‌ها و کنترل آنها معادل با سیستم‌های کامپیوتری است.

2- چشم بیونیکی

یکی از مواردی که پزشکی تقریبا در درمان آن هنوز ناتوان است، نابینایی است. البته ساخت چشم بیونیک تا حدود بسیاری این مسیر را برای پزشکی باز کرده است. ساخت چشم بیونیک به دلیل ظرافت بسیار زیادی که دارد، با چالش‌های بسیار بزرگی مواجه است، اما محققان به تازگی روشی برای این مشکل ابداع کرده‌اند و آن استفاده از فناوری سه‌بعدی است.

آنها از پرینتر سه‌بعدی استفاده کردند و با گذاشتن آرایه‌ای از گیرنده‌های نوری روی یک شیء شفاف به شکل چشم، یک چشم بیونیک چاپ کردند. ذرات نقره‌‌ای که روی این چشم به عنوان «جوهر» وجود دارند، با وجود سطح خمیده‌ای که دارد، با کمک فتودیودها نور را با کارآیی 25 درصد به جریان الکتریسیته تبدیل می‌کنند.

محققان قصد دارند در آینده چشم‌های بیونیکی طراحی کنند که هم گیرنده‌های نوری بیشتری دارند و هم سطح نرم‌تری دارند که این امر کاشت آنها را راحت‌تر می‌کند.

3- ابزارهای پوشیدنی ناظر بر سلامت

در مدل قدیمی پزشکی، سوابق بیماری و داده‌های مربوط به وضعیت جسمانی بیمار به طور عمده در برگه‌های دفترچه و به طور کلی در ویزیت‌های کلینیک جمع‌آوری می‌شد. بعد از آن هم با الکترونیک شدن سیستم‌ها، این پرونده‌ها به صورت دیجیتال به ثبت می‌رسند. اما چیزی که در آینده‌ای نزدیک اتفاق خواهد افتاد، بروز فناوری‌هایی است که به صورت شخصی علائم حیاتی را به طور مداوم رصد و داده‌های سلامت را به طور جامع ثبت می‌کند. البته این فناوری‌ها هم‌اکنون نیز ساخته شده‌اند، اما در آینده به صورت همه‌گیر مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

فقط یک دهه از اولین محصول پوشیدنی انقلابی شرکت فیت‌بیت گذشته و این دستگاه‌ها با سرعت بسیاری در حال همه‌گیر شدن هستند. بیشتر این ابزارها برای اندازه‌گیری و مستندسازی فعالیت‌های فیزیکی و تناسب اندام استفاه می‌شوند. این محصولات قادرند تعداد قدم‌های برداشته شده در روز، ضربان قلب، کیفیت خواب، تعداد پله‌های بالا و پایین رفته و بسیاری دیگر از فعالیت‌های فیزیک کاربران را شناسایی و پردازش کنند. در آینده این فناوری‌های حساس برای پیشگیری از بیماری، تشخیص و درمان نقش بسزایی ایفا خواهند کرد. آنها وضعیت جسمانی کاربر خود را تخمین می‌زنند و اطلاعات مربوط به کاربر را برای پزشکش می‌فرستند.

تاتوهای الکترونیک و حسگرهای قابل انعطاف نیز جزو این ابزارهای آینده‌گرا هستند که می‌توانند حتی کارهایی مثل الکتروکاردیوگرافی انجام دهند، میزان تنفس را اندازه بگیرند، قند خون را بررسی کنند و نتایج را به صورت بی‌سیم از طریق بلوتوث منتقل کنند.

سمعک یا گوشواره‌هایی که نه تنها باعث تقویت صدا می‌شوند، بلکه ضربان قلب و حرکت آنها را نیز ردیابی می‌کنند، جزو این ابزار به شمار می‌آیند. چنین سمعک‌های هوشمندی حتی می‌توانند به عنوان یک مربی دیجیتال برای تشویق دونده یا راهنمای کمک به بیماران زوال عقل کاربرد داشته باشند.

ابزارهای انقلابی موجب خواهند شد که دیگر در آینده خبری از آزمایشگاه و گرفتن تست خون به فراموشی سپرده شود. محققان کره جنوبی به تازگی توانسته‌اند یک لنز تماسی چشم شفاف و منعطف طراحی کنند که بدون اینکه خللی در دید کاربر ایجاد کنند، سطح گلوکز خون کاربر را از روی اشکش اندازه‌گیری می‌کند و این اطلاعات را به صورت بی‌سیم منتقل می‌کند. این ابزارها به دیابتی‌ها کمک کنند تا رژیم و داروهایشان را مدیریت کنند. این لنزهای تماسی هوشمند در آینده مملو از هزاران حسگر زیستی خواهند بود و برای شناسایی شاخص‌های اولیه سرطان به کار خواهند رفت.

ابزارهای قابل کاشت نیز در آینده زیر پوست جاسازی می‌شوند و به کمک تراشه‌ای که به همراه دارند، اطلاعات فیزیکی کاربر را با فرکانس رادیویی منتقل می‌کنند. این ابزارها همچنین یک سنسور زیر جلدی دارند که مواد شیمیایی خون را به طور مداوم کنترل می‌کنند.

4- روبات‌های قابل بلع

روبات‌های قابل بلع یکی از نوآوری‌ها یا بهتر بگوییم فناوری‌هایی است که آینده را متحول خواهد کرد. محققان موسسه فناوری ماساچوست یا MIT به کمک محققان دانشگاه توکیو و دانشگاه شفیلد یک روبات کوچک قابل بلع ابداع کرده‌اند که درون معده باز می‌شود.

این ربات که از یک آهنربای متصل به گوشت خشک شده مورد استفاده در تولید روکش سوسیس ساخته شده، می‌تواند با بیرون کشیدن اجسام بلعیده شده از بدن انسان و قابل بلع بودنش، علم پزشکی را متحول کرده و همچنین اجسام بلعیده شده را بدون جراحی از بدن خارج کند.

نکته جالب توجه اینجاست که این ربات نیازی به منبع نیرو ندارد و درون یک قرص یخی فشرده می‌شود تا در درون معده پس از ذوب شدن باز شود. هدف اصلی این ربات اوریگامی، بیرون کشیدن سریع اجسام بلعیده شده یا ترمیم زخم در پوشش معده است. در نهایت می‌توان از این ربات‌های اوریگامی برای ترمیم زخم‌ها یا انتقال دارو نیز استفاده کرد. دانشمندان قصد دارند حسگرهایی را به این ربات گوشتی بیفزایند و آن را مجددا طراحی کنند تا بتواند بدون نیاز به آهنربا درون بدن حرکت کند.

5- ابزارهای نظارت بر جنین در شکم مادر و نوزاد

یکی از چالش‌هایی که زنان باردار با آن مواجه هستند، زمان به دنیا آمدن نوزاد آنهاست. از این رو، محققان یک پچ طراحی کرده‌اند که روز شکم مادر قرار می‌گیرد و حرکات عضلات رحم را شناسایی می‌کند و زمان واقعی زایمان را اعلام می‌کند.

در بیشتر کشورهای جهان مشاهده شده که در ۲۰ سال گذشته، زایمان زودرس در ۳۷ هفتگی یا قبل از آن افزایش یافته است. این زایمان زودرس و جدا شدن جنین از شرایط داخل رحم و عدم تغذیه درست در خارج از آن موجب می‌شود تا مدت‌ها نوزاد در بخش مراقبت‌های ویژه نوزادان بیمارستان یا NICU بستری شوند.

از این رو در بیمارستان دانشگاهی در ژنو سوئیس، ابزاری طراحی شده که سه موسیقی خاص را برای نوزادان از طریق هدفون‌های مخصوص پخش می‌کند. این هدفون‌ها به گونه‌ای هستند که سرهای حساس کودک فشاری وارد نمی‌کند. این موسیقی‌ها بخشی از یک مطالعه در حال انجام است که هدف از آن درک تاثیر موسیقی روی مغز نوزاد نارس و عملکرد مغز او در شناخت ملودی و ریتم آن است. زیرا این عملکردها کاملا به مهارت‌های پردازش زبان در ماه‌های بعد تکامل رشدی نوزاد مربوط می‌شود.

این پروژه شامل اسکن مغز نوزادان از طریق MRI نیز هست و قرار است که محققان اسکن مغز نوزادانی که برای آنها موسیقی پخش می‌شود را با نوزادان دیگر مقایسه کنند. آنها معتقدند که موسیقی‌های کوتاه و ساده شده موتزارت به خواب، بیدار شدن و تعامل بهتر نوزادان کمک می‌کند.

به غیر از این، والدین می‌توانند از طریق ابزارهای دیگر از نوزاد خود مراقبت کنند. این ابزارها شامل یک دوربین دیجیتال است که تنفس نوزاد را مانیتور می‌کند و در صورتی که اختلالی در تنفس او ایجاد می‌شود، بلافاصله این موضوع را هشدار می‌دهد.

6- چسبی که علائم حیاتی را از روی پوست تشخیص می‌دهد

محققان یک وصله پوشیدنی فراصوت را ابداع کرده‌اند که بدون اینکه مزاحمتی برای کاربر ایجاد کند، فشار خون شریان‌های عمیق زیر پوست را اندازه‌گیری می‌کند و  می‌تواند به افراد در شناسایی مشکلات قلبی عروقی در مراحل اولیه و با دقت بیشتر کمک کند. این وصله ازف راصوت استفاده می‌کند تا بتوان از آن برای دنبال‌کردن غیرمزاحم علائم حیاتی و سیگنال‌های فیزیولوژیکی از اعماق بدن استفاده کرد. محققان با ادغام تکنولوژی فراصوت به لوازم پوشیدنی، توانسته‌اند سیگنال‌های بسیار زیاد، رویداد‌های بیولوژیکی و فعالیت‌هایی را که تاکنون از آنها خبر نداشتیم، دریافت کنند. این نوآوری در پزشکی قلب و عروق کاربرد بسیاری دارد. در اتاق عمل، مخصوصا در عمل‌های پیچیده قلب و عروق، ارزیابی دقیق فشار خون مرکزی نیاز است؛ در این موارد، این دستگاه می‌تواند جایگزین روش‌های سنتی شود.

این وصله ورق نازکی از جنس الاستومر سیلیکون است که طرحی تحت عنوان ساختار «پل جزیره» دارد؛ به عبارت دیگر، آرایه‌ای از قطعات الکترونیکی کوچک (جزیره) که هر کدام با سیم‌های فنر شکل به هم متصل شده‌اند (پل). هر جزیره شامل چند الکترود و دستگاه‌هایی به نام مبدل پیزوالکتریک است که در صورت عبور جریان الکتریسیته، امواج فراصوت را تولید می‌کنند. پل‌هایی که آنها را به هم متصل می‌کند، از سیم‌های نازک و فنرمانند مسی ساخته شده‌اند. ساختار جزیره- پل این امکان را فراهم می‌کند که کل وصله با پوست همسان شده و بدون لطمه زدن به عملکرد الکترونیکی، کشیده یا خم شوند.

7- ضربان‌ساز مغز

محققان دانشگاه جان هاپکینز دستگاهی را به عنوان ضربان‌ساز مغز ابداع کرده‌اند که در مغز کاشته می‌شود و موجب تحریک الکتریکی مناطق خاصی از مغز می‌شود و به این ترتیب از زوال حافظه در بیماران مبتلا به آلزایمر جلوگیری می‌کند. تحریک عمیق مغزی از طریق ضربان ساز همچنین برای مبتلایان به صرع، اختلال وسواس و حتی برای درمان چاقی نیز استفاده می‌شود و محققان برای نخستین بار از این دستگاه برای بیماران مبتلا به آلزایمر استفاده کردند. در هر یک از بیماری‌ها، الکترودها در مناطق مشخصی از مغز کاشته و برای مبتلایان به آلزایمر، ضربان‌ساز یا pacemaker در مناطق درگیر یادگیری و حافظه جاسازی می‌شوند.

به گفته محققان، شوک‌های الکتریکی این دستگاه باعث تحریک شبکه‌های عصبی می‌شود و ضربان ساز قابل کاشت با فعال نگه داشتن نورون‌ها، مانع از بروز زوال شناختی در بیماران مبتلا به آلزایمر می‌شود.

8- اپلیکیشن تشخیص سرطان پانکراس

محققان دانشگاه واشنگتن اپلیکیشنی را توسعه داده‌اند که می‌تواند با بررسی وضعیت سفیدی چشم، ابتلا به سرطان پانکراس را تشخیص دهد. زردی چشم یکی از علائم ابتلا به سرطان پانکراس است و این برنامه موبایلی می‌تواند بسیار سریع و قبل از آنکه تشخیص زردی چشم توسط خود انسان ممکن شود، این مشکل را تشخیص دهد.

سرطان پانکراس یا لوزالمعده زمانی رخ می‌دهد که سلول‌های درون غده لوزالمعده که پشت معده قرار دارد، به صورت خارج از کنترلی شروع به تکثیر می‌کنند و یک توده تشکیل می‌دهند. ابتلا به این نوع از بیماری سرطان به علت استعمال دخانیات، مرض چاقی، دیابت و شرایط ژنتیکی خاص و نادر رخ می‌دهد و نجات از آن کار دشواری است؛ به گونه‌ای که تنها 9 درصد از مبتلایان به این سرطان در پنج سال گذشته بهبود یافته‌اند.

 در عین حال در صورتی که علائم ابتلا به این سرطان به موقع تشخیص داده شود می توان از پیشرفت آن جلوگیری کرد. محققان دانشگاه واشنگتن می‌گویند برنامه موبایلی BiliScreen با استفاده از دوربین گوشی و با استفاده از الگوریتم‌های هوشمند و پیشرفته، سطح بیلی روبین شیمیایی در بخش سفید چشم انسان را برآورد می‌کند.

9- چاپ سه‌بعدی اندام مصنوعی

یکی از چالش‌های علم پزشکی، ساخت اندام‌های مصنوعی سفارشی شده است. امروزه ساخت اندام‌های مصنوعی سفارشی با هزینه‌های گزاف همراه است و از همین رو، محققان چاپگرهای سه‌بعدی‌ای برای ساخت این اندام‌های مصنوعی ابداع کرده‌اند.

در این فناوری، به کمک دوربین تلفن همراه از بدن فرد دارای نقص عضو عکس گرفته می‌شود. این اطلاعات به یک چاپگر سه‌بعدی منتقل می‌شود تا چاپگر بتواند اندامی شبیه به اندام اصلی فرد بسازد. یکی از پیشگامان این فناوری آلبرت یو مین لین است که در سال ۲۰۱۶ یک پای خود را از دست داده و با کمک این چاپگر یک پای مصنوعی بسیار راحت برای خود طراحی و چاپ کرده است.

10- تشخیص سریع‌تر سرطان‌ها با چشمان تیز هوش مصنوعی

یکی از روش‌های شناسایی سلول‌های سرطانی، شناخت و تشخیص سلول‌های بیمار در تصاویر اسکن شده از بدن بیمار است. در واقع درست شناسایی این سلول‌های بیمار در نمونه بافت‌های بدن او کلید موفقیت درمان سرطان به شمار می‌رود. از این رو، محققان سعی کرده‌اند از هوش و تیزبینی هوش مصنوعی بهره ببرند.

در یک مطالعه، مشابه تحقیقی که گوگل از هوش مصنوعی برای شناسایی اشیای آنلاین استفاده کرده بود، هوش مصنوعی به‌ گونه‌ای آموزش داده شد تا قادر به تشخیص سلول‌های سرطانی باشد. هوش مصنوعی در عرض چند ثانیه، دو نمونه در یک بافت را به همان اندازه که یک پزشک متخصص می‌تواند سلول‌های سرطانی را تشخیص دهد، شناسایی کرد. استفاده از این فناوری باعث کاهش عوارض آسیب‌رسان جانبی برای نمونه‌برداری و مطالعه سرطان می‌شود.

11- روبات‌های حامی

روبات‌ها در آینده نقش بسزایی در درمان بیماری‌ها خواهند داشت. هم‌اکنون نیز دانشمندان در حال توسعه یک روبات هستند که به بیماران کمک می‌کند تا در صورت وجود مشکلات حرکتی مثل فلج ناشی از سکته مغزی، کارهای خود را انجام دهند و حتی به گونه‌ای برنامه‌ریزی شده‌اند که با انجام تمرینات ورزشی و فیزیوتراپی و یاد دادن حرکات اصلاحی به این بیماران، آنها را به راه رفتن و انجام کارهای روزانه تشویق کنند و رفته رفته قدرت از دست رفته آنها را بازسازی کنند.