جهاز زرع ذكي جديد من جامعة سوثرن كاليفورنيا يوفر علاج فعال وخالٍ من الأدوية لتخفيف الآلام المزمنة

زرع جديد للتكنولوجيا الذكية يوفر تخفيفًا آمنًا وفعالًا للآلام المزمنة بدون الحاجة للأدوية تعاني حوالي 51.6 مليون شخص في الولايات المتحدة الأمريكية من الآلام المزمنة، مما يؤثر بشدة على جودة حياتهم ويؤدي غالبًا إلى الاعتماد على الأدوية الأفيونية التي تحمل آثار جانبية خطيرة ومخاطر إدمان. وفقًا لمؤسسة الألم الأمريكية، يعاني أكثر من 17 مليون شخص من آلام مزمنة عالية التأثير، والتي تحد بشكل كبير من أنشطتهم الحياتية والعملية. الزراعة الحالية للمحفزات الكهربائية في الحبل الشوكي تعد بديلًا لهذه المشكلة من خلال تحفيز الحبل الشوكي لمنع إشارات الألم من الوصول إلى الدماغ. ومع ذلك، فإن هذه الأجهزة تأتي مع عيوب مثل التكلفة العالية، الجراحة الغازية، والاحتياج المتكرر لتغيير البطاريات. حاليًا، طور باحثون من مختبر زهو في جامعة ساوثرن كاليفورنيا (USC) بالتعاون مع فريق جون تشين في جامعة كاليفورنيا (UCLA) حلًا ثوريًا: زرع محفز مرناً يعمل بالأشعة فوق الصوتية وقابل للارتداء (UIWI)، مثبت على العمود الفقري ومصمم لإدارة الألم المزمن بشكل شخصي ومتكيف ذاتيًا. كيف يعمل الزرع الذكي في قلب هذا الإنجاز هو مصدر الطاقة اللاسلكي، مما يقلل من الحاجة إلى بطاريات ضخمة وواجهات سلكية معقدة التي غالبًا ما تتطلب جراحات متكررة. يتلقي الزرع UIWI طاقته من جهاز ارتداءي خارجي يرسل الأشعة فوق الصوتية (WUT). تقدم الأشعة فوق الصوتية طريقة آمنة وفعالة وغير غازية لاختراق الأنسجة العميقة. يقوم الجهاز بتحويل الموجات الميكانيكية إلى إشارات كهربائية من خلال الظاهرة المعروفة باسم التأثير البيزوكهربائي. يعتبر العنصر البيزوكهربائي المصغر، المصنوع من مادة الزيرونيوم التيتانيت الرصاصي (PZT)، جوهر الجهاز حيث يتميز بكفاءة عالية في تحويل الطاقة الواردة من الأشعة فوق الصوتية إلى الطاقة الكهربائية اللازمة لتحفيز الحبل الشوكي. "ما يميز هذا الجهاز حقًا هو قدرته اللاسلكية الذكية والمتكيفة ذاتيًا على إدارة الألم،" قال البروفيسور قيفا زهو، زميل زهراب أ. كابريليان في الهندسة في جامعة ساوثرن كاليفورنيا وهو أيضًا أستاذ طب العيون في كلية الطب كيك. "نعتقد أنه يحمل إمكانات كبيرة لاستبدال نماذج العلاج الدوائية والتحفيز الكهربائي التقليدي، مما يتوافق مع الاحتياجات السريرية لتخفيف الألم." يقوم الجهاز بـ: 1. رصد الألم: يراقب النظام بشكل مستمر تسجيلات الدماغ، خاصة إشارات الموجات الكهربية الدماغية (EEG)، والتي تعكس مستويات الألم لدى المريض. 2. تقييم الألم باستخدام الذكاء الاصطناعي: يستخدم نموذج تعلم آلي متطور، يستند إلى شبكة عصبية تسمى ResNet-18، لتحليل هذه الإشارات الدماغية وتصنيف الألم إلى ثلاث مستويات: ألم خفيف، ألم متوسط، وألم شديد. يحقق هذا النموذج دقة تبلغ 94.8٪ في تمييز مستويات الألم المختلفة. 3. تعديل العلاج حسب الحاجة: بمجرد تحديد مستوى الألم، يعدل جهاز الارتداء للأشعة فوق الصوتية تلقائيًا الطاقة الصوتية التي يرسلها. يشعر الزرع UIWI بهذه الطاقة المنتشرة وينقلها إلى كثافة كهربائية، مما يؤدي لتحفيز الحبل الشوكي. هذا يخلق نظامًا مغلقًا يوفر إدارة الألم الفعالة والشخصية في الوقت الحقيقي. الزرع نفسه مرناً، يمكن ثنيه وتويذه، مما يتيح وضعه الأمثل على الحبل الشوكي. يتم توفير التحفيز الكهربائي للحبل الشوكي من خلال إعادة توازن الإشارات التي تنقل وتمنع الألم، مما يقلل بشكل فعال من شعور المريض بالألم. نجاح التجارب المعملية �试验了UIWI刺激器在啮齿动物模型中的效果，结果证明其在疼痛管理方面的有效性。研究人员成功缓解了因机械刺激（如针刺）和急性热刺激（红外线加热）引起的慢性神经性疼痛。实验室测试显示，该设备的治疗显著减少了疼痛指标。在一个实验中，为了评估动物是否将某个环境与疼痛缓解联系起来，啮齿动物明显更喜欢激活疼痛管理系统的小室，进一步证实了设备的有效性。 مستقبل العلاج المشخص للآلام يعتبر تطوير واختبار الزرع UIWI نقطة تحول مهمة في سعي تحقيق إدارة الألم المتقدمة. يوفر تصميم الزرع المرناً وتكامله مع خوارزميات الذكاء الاصطناعي نهجًا ديناميكيًا ومشخصًا يمكنه التكيف مع طبيعة الألم المزمن المتقلبة والفردية. بالنظر إلى المستقبل، يأمل زهو وزملاؤه في تطبيقات أكثر تقدمًا للجهاز. قال زهو إن التصميمات المستقبلية قد تصغر المكونات بشكل أكبر، مما يسمح بجراحة أقل غزوًا - مثل استخدام الإبرة. يمكن أن يتطور جهاز الارتداء للأشعة فوق الصوتية أيضًا إلى جهاز صغير غير مقيد أو حتى شريحة أشعة فوق صوتية قابلة للارتداء، مع إمكانية دمج قدرات التصوير مع توفير الطاقة للتحفيز المستهدف في الوقت الحقيقي. يمكن أن تتحكم الإصدارات المستقبلية أيضًا ببرامج الهاتف الذكي، مما يوفر إدارة ألم أكثر فعالية ومحددة. قال زهو إن هدف الجهاز هو تحويل إدارة الألم المزمن، التغلب على حدود الحلول الحالية، وتقديم مسار حقيقي ومشخص وإelligent لتخفيف الألم. "تسلط نتائجنا الضوء على إمكانية استخدام الإلكترونيات القابلة للزرع بالأشعة فوق الصوتية في إدارة الألم المزمن السريرية والترجمية،" أضاف يوشون زنغ، الباحث الرئيسي في مختبر زهو وخريج الدكتوراه. تقييم الخبراء اعتبر الخبراء في مجال إدارة الألم أن هذا التطور يمثل خطوة كبيرة نحو علاج أكثر أمانًا وفعالية للآلام المزمنة. يؤكد البروفيسور زهو أن هذا الجهاز يمكن أن يقلل بشكل كبير من الاعتماد على الأدوية الأفيونية ويحسن جودة الحياة للمصابين بالآلام المزمنة. كما يشير زنغ إلى أن الجمع بين تقنيات الذكاء الاصطناعي والأشعة فوق الصوتية يمكن أن يفتح آفاقًا جديدة في علاج الأمراض الأخرى أيضًا. نبذة عن جامعة ساوثرن كاليفورنيا (USC) جامعة ساوثرن كاليفورنيا هي مؤسسة تعليمية بحثية رائدة في الولايات المتحدة الأمريكية، تتميز بأقسامها المتقدمة في الهندسة الطبية الحيوية والعلوم الصحية. يعد مختبر زهو أحد المراكز البحثية الرائدة في الجامعة، متخصصًا في تطوير التقنيات المتطورة لإدارة الألم وتحسين حياة المرضى.