Loading...
بدون شک هوش مصنوعی و پیشرفت‌های آن به ویژه در سال‌های اخیر، باعث تاثیرات مثبت در زندگی انسان‌ها و مخصوصا حوزه‌های پزشکی شده است. در این مقاله می‌خواهیم بیشتر با ریه مصنوعی آشنا شویم که یکی از مهم‌ترین و جدیدترین پیشرفت‌های بشری در زمینه پزشکی می‌باشد.
پیش بینی می‌شد شیوع بیماری انسداد مزمن ریه در سراسر جهان افزایش یابد، به ویژه در کشورهای در حال توسعه به دلیل افزایش میزان مصرف دخانیات و تغییرات جمعیتی منجر به افزایش قرار گرفتن در معرض مواد تحریک کننده ناشی از استخراج معادن، کشاورزی و شهرسازی. در گذشته گزینه‌های درمانی برای بیماران مبتلا به نارسایی‌های حاد ریوی به طور عمده محدود به تهویه مکانیکی و اکسیژن رسانی به غشای تنفسی از خارج بدن می‌شد. تهویه مکانیکی خطر صدمه به دلیل فشار بیش از حد به مجراهای هوایی و فشار بیش از حد هوا، و لاغر شدن عضلات تنفسی و آسیب دیدن آنها را به همراه داشته باشد و اکسیژن رسانی به غشای تنفسی از محیط خارج بدن، به دلیل کم بودن حجم خون، فقط می‌توانست به عضلات تنفسی جزئی کمک کند. این درمان‌ها می‌توانستند از مرگ بیمار جلوگیری کنند اما اغلب به طور موقت تا زمانیکه ریه مطابقت پذیر با بدن بیمار پیدا شده و پیوند ریه صورت بگیرد. البته به این امید که ریه جدید توسط سیستم ایمنی بدن سرکوب نشود و مشکلات حاد دیگر را به همراه نداشته باشد. به همین دلیل، یک نیاز برجسته برای ایجاد روش‌های درمانی جدید و مؤثرتر برای درمان نارسایی نهایی ریه ناشی از بیماری انسداد مزمن ریه و سایر بیماری‌های ریوی، مانند فیبروز ریوی، فشارخون ریوی و فیبروز سیتیک وجود داشت. خوشبختانه پیشرفت‌های اخیر در زمینه‌های مهندسی پزشکی مهندسی بافت و داروهای ترمیمی، راه را برای درمان‌های جایگزین جدید هموار کرده است. یکی از جدیدترین پیشرفت‌ها ساخت و استفاده از ریه مصنوعی است که نوع جدید و کاربردی‌تر آن توسط گروه پزشکی دانشگاه کلیولند آمریکا ساخته شده است که در ادامه به معرفی و آشنایی بیشتر با این فناوری نسبتا جدید می‌پردازیم.
این اجماع نظر وجود دارد که پیشرفت در مهندسی ریه‌های مصنوعی برای بیماران مبتلا به نارسایی‌های مزمن ریوی بیش از پیش مفید و سودمند خواهد بود و موفقیت نهایی برای این امر نیازمند تلاش هماهنگ محققان از طیف وسیعی از رشته‌ها شامل پزشکان، زیست شناسان سلولی، دانشمندان و مهندسان مواد است. به عنوان منبع سلول برای استفاده در ریه مصنوعی پیشنهاد می‌شود از سلول‌های بخار جنینی انسان استفاده شود. اما آیا می‌توان با ریه مصنوعی مانند ریه واقعی هوای معمولی را تنفس کرد یا همانند تکنولوژی‌های دیگر و قدیمی نیاز به اکسیژن تصفیه شده و خالص است؟ طرز کار آن چطور است؟ از چه جنسی ساخته شده‌اند؟
پیش از این در تکنولوژی‌های قبلی نیاز به اکسیژن خالص برای تنفس بود اما به کمک ریه‌های مصنوعی جدید می‌توان هوای معمولی را تنفس کرد همانند ریه طبیعی.
طرز کار ریه مصنوعی چگونه است؟
ریه مصنوعی درست مثل ریه واقعی عمل می‌کند. اکسیژن را به خون اضافه می‌کند و دی اکسید کربن را از خون خارج می‌کند. این کار را به همان روشی انجام می‌دهد که ریه طبیعی نیز انجام می‌دهد. در داخل ریه‌های مصنوعی هوا و خون توسط یک غشای بسیار نازک از هم جدا می‌شوند. این غشای نازک این اجازه را به گاز – اکسیژن و کربن دی اکسید – می‌دهد تا با استفاده از فرآیند انتشار آزادانه از آن عبور کنند. به دلیل اختلاف فشار جزئی، اکسیژن از هوا از وسط این غشای نازک و خون جریان می‌یابد و آنرا غنی می‌کند. برای کربن دی اکسید، این فرآیند برعکس رخ می‌دهد.
ریه مصنوعی از چه چیزی ساخته شده است؟
ریه مصنوعی کاملا از لاستیک سیلیکونی ساخته شده است، که با نام پلی دی متیل سیلوکسان یا PDMS نیز شناخته می‌شود. پلی دی متیل سیلوکسان را با استفاده از تکنیک‌های میکروفابریکاسیون و میکرومولدینگ می‌سازند.
تفاوت ریه مصنوعی با تکنولوژی‌های قدیمی‌تر در چیست؟
در انواع جدید از میکروتکنولوژی برای تولید و ساخت مویرگهای مصنوعی و همچنین غشای مصنوعی استفاده شده است که ویژگی‌ها و اندازه‌هایی بسیار نزدیک به موارد موجود در ریه‌های طبیعی دارند. این ویژگی‌های کوچک و جزئی باعث مسافت‌های کوتاه و بسیار ناچیز انتشار می‌شوند که منجر به راندمان بالای تبادل گاز می‌شود. این راندمان بالا در ریه مصنوعی باعث شده است تا بتوانیم از هوای مطبوع برای تنفس استفاده کنیم. تکنولوژی‌های قبلی برای بازدهی خوب نیاز به اکسیژن خالص داشتند. بنابراین، در اصل، این فناوری نیاز به لوله‌های مخصوص برای خالص کردن اکسیژن هوا و تنفس آن را را از بین می‌برد که گام بزرگی به سمت استفاده از ریه‌های مصنوعی قابل حمل و کاشت در بدن است.
چگونه مدل سازی شده است و از چه قسمت‌هایی استفاده شده است؟
این دستگاه به گونه‌ای طراحی شده است که تقریبا از ریه طبیعی تقلید می‌کند. ریه مصنوعی حاوی رگ‌های مصنوعی، مویرگ‌ها و آلوئول، به اندازه مشابه در ریه‌های طبیعی می‌باشد.
چگونه می‌توان ریه مصنوعی را با ریه طبیعی مطابقت داد؟
قبل از اینکه ریه مصنوعی بتواند با ریه طبیعی مطابقت کند، پیشرفت در دو حوزه اساسی نیاز است: اول، نیاز است اندازه ریه‌های مصنوعی را بزرگتر کنیم تا بتوانیم جریان خون و تبادل گاز بیشتر را پشتیبانی کنیم. دوم، باید سازگاری زیستی آن بهبود داده شود تا در هنگام قرار گرفتن و اتصال درون بدن عمر طولانی‌تری داشته باشند. البته حتی در کوتاه مدت، انتظار می‌رود که از فناوری حاصل شده برای توان بخشی کوتاه مدت بیماری‌های ریوی یا به عنوان پلی برای پیوند ریه مصنوعی بجای ریه طبیعی در آینده استفاده شود.
چرا ریه مصنوعی از فناوری‌های قبلی کارآمدتر است؟
ریه مصنوعی به دلیل ویژگی کوچک اندازه بودن و در نتیجه مسافت کم انتشار گازهای کوچک از فناوری‌های قبلی کارآمدتر است.
چه آزمایشاتی روی ریه مصنوعی انجام شده است؟
تاکنون عملکرد تبادل گاز مصنوعی در آزمایشگاه با استفاده از خون خوک آزمایش شده است. انتظار می‌رود که این تکنولوژی را در ابعاد مناسب در دو سال آینده به منظور پشتیبانی تنفسی از حیوانات کوچک ارائه شود.
این تکنولوژی چه تاثیری در بیماری‌های ریوی در آینده خواهد داشت؟
مهندسان و محققان انتظار دارند که در آینده برای معالجه بیماران مبتلا به نارسایی‌های حاد و مزمن ریوی ریه‌های مصنوعی در سیستم قابل حمل بسازند. این امر نه تنها موجب نجات جان انسان‌ها می‌شود بلکه کیفیت زندگی بیمارانی را که نیاز به درمان با دستگاه ریه مصنوعی دارند بهبود می‌بخشد. در حال حاضر، به دلیل تبادل گاز و محدودیت اندازه، بیماران فعلی بی تحرک هستند. در آخر انتظار می‌رود که با انجام آزمایشات و تحقیقات بیشتر روی حیوانات در سال‌های آینده، تا ۸ یا ۱۰ سال آینده نمونه‌های قابل استفاده و مطایقت پذیر با بدن انسان‌ها تولید و ساخته شوند.
گردآورندگان: سارا مقصودی – محمدامین غضنفری
نظر شما در مورد مقاله:
