שכים זעירים להחדרה שמתחברים לגוף כמערכת רשת, ומאפשרים לעכברים להזיז רגל על פי אות

המרת הרקמה לחוט תקשורת

בעוד שהשתלים רפואיים בדרך כלל משתמשים בתקשורת אלחוטית באמצעות אותות רדיו המצריכות אנטנות וסוללות, הטכנולוגיה החדשה שפותחה על ידי מהנדסי מכון טכנולוגי ג'ורג'יה באטלנטה מציעה גישה שונה לחלוטין. במקום רכיבים מוגדלים ומורכבים, המערכת שנקראת SWANS — קיצור של מערכת עצבית חכמה אלחוטית מלאכותית — עושה שימוש בתכונות היינות הטבעיות של הגוף על מנת לשדר פקודות פשוטות בין מכשירים הנלבשים על הגוף לבין שתלים זעירים המוחדרים לרקמות. שיטה זו מייתרת את הצורך באנטנות ומכשור גדול, ומאפשרת יצירת שתלים קטנים יותר מ-3 מילימטרים שניתן להחדיר באמצעות מחט רק בנקב קטן.

הוכחת היתכנות עתידית במעבדה

המחקר, המהווה שלב ראשוני בהוכחת קונספט, בוצע על עכברים בלבד, ועדיין לא בוצעו ניסויים בבני אדם. עם זאת, הוא מדגים אפשרות לעתיד שבו חיישנים ומכשירי טיפול הממוקמים באזורים שונים בגוף יוכלו לתקשר ביניהם באופן אוטונומי ואינטגרטיבי. משמעות הדבר היא פוטנציאל לשדרוג טיפולים רפואיים באמצעות תקשורת פנימית של הרקמות, מבלי שיהיה צורך ברכיבי תקשורת חיצוניים גדולים ומסובכים.

המרת הרקמה לחוט תקשורת אלחוטי

בעוד שמכשירים רפואיים מקודמים בדרך כלל באמצעות אותות רדיו, הזקוקים לאנטנות ולמקורות כוח, הגישה של SWANS מבוססת על שידור של גלי שדה חשמלי בתוך הגוף באמצעות אותות חשמליים המתבצעים על ידי מכשיר מרכזי הנלבש על הגוף. המערכת משדרת פולסים חשמליים המיוצרים על ידי מכשיר מרכזי, המייצרים שדות חשמליים בתוך הגוף. שתלים זעירים שממוקמים בקרבת האבר הרצוי קולטים את המתח שנוצר ומפעילים מעגלים חשמליים קטנים כדי ליזום תגובה טיפולית קצרה, לפי תבניות הפולסים שהגוף המרכזי משדר. כל שתל מוגבל לתגובה לפ patterned מראש, כך שהמרכז יכול לשלוט באופן מדויק על כל שתל בנפרד.

החוקרים דיווחו כי השבבים והתשתית התקשורתית של השתלים הוכיחו יעילות חשמלית הגבוהה מ-15 פעמים מזו של Bluetooth ו-Near Field Communication. נוסף על כך, הם הראו שניתן להפעיל מכשירים המתפרסמים מתחת לעור, בחלל הבטן ואפילו במערכת העיכול מתוך מכשירים נשכבים על העור, ומבלי לדרוש חיישנים חיצוניים גדולים. אבשלום אבראמסון, מוביל הצוות, מציין שעל ידי התאמת מקומות ההחדרה ניתן יהיה למקם את המפעילים בכל מקום שמהווה את היעילות הטובה ביותר.

הדגמת תפקוד על עכבר

כדי להמחיש את היכולת של המערכת לתפקד באורח חי, הצוות הניח חיישן תנועות על כף רגל של עכבר. כאשר החיישן זיהה תנועה, המרכז שדר את האות דרך הרקמה לשתלים שהיו מחוברים לעצב היוכידיאטי. שתל מסוים הפעיל את העצב והפעיל את הרגל האחורית התואמת, כך שהעכבר זז. תהליך זה מדמה את התעבורת של אות עצבי ממקום למקום בגוף, דבר שמאפשר שליטה מכוונת על תנועות הגוף. הם הצליחו בהדגמה זו לבחור לשלוט על הרגל האחורית הימנית או השמאלית בנפרד, היכולת שמתוארת במאמר המקדמי כשליטה דו-כיוונית על שרירי הרגל האחורית.

המחקר כולל עבודה משולבת עם מהנדסי מכון טכנולוגי ג'ורג'יה ועם מדעני חומרים מ-MIT, ובהם אריסטיד גומאוסנגה וקמיל קונין. אבראמסון מגדיר את היעד המקצועי העתידי כמתן טיפול רציף, שיכול לאפשר תגובה אפקטיבית למתרחש בגוף בזמן אמת.

הגבלות ואתגרים בדרך לריפוי בידי אדם

למרות ההישגים, קיימים מגבלות ברורות לבינתיים. הניסויים בוצעו על עכברים, אשר גופם קטן משמעותית מזה של בני אדם, ולכן אותות שיתרגלו בתוך גוף אדם יצטרכו לנסוע מרחקים ארוכים יותר ולחצות רקמות עבות יותר. יתרה מזאת, לא הוגדרו עדיין בטיחות, עמידות ואמינות לטווח הארוך של הטכנולוגיה הזאת. נושאים ביטחוניים, שליטה ואבטחת מידע הם קריטיים, במיוחד כשמדובר במכשור שמאפשר הפעלה מרחוק. בכל הנוגע לשימוש קליני, יש צורך בהוכחות נוספות, בניסויים על בעלי חיים גדולים יותר ובאישור מנהל התרופות והטכנולוגיה (FDA). עוד נדרש להראות שהשתלים נשארים במקום, ממשיכים לפעול לאורך חודשים ואף שנים, ואינם גורמים לתגובה דלקתית של הגוף.

מה צופן העתיד ולמי זה מיועד

המחקר, שהופץ בגרסה מוקדמת של מאמר שפורסמה ב-2025, הוצג במסגרת כנס של איגוד מהנדסי חומרים וכימיה תעשייתית (AIChE). הם מדווחים כי תוצאות המחקר טרם הועתקו באופן עצמאי על ידי מעבדות אחרות. במידה והפיתוח ימשיך לצבור תאוצה, יכול להיות שמערכות אלו יאפשרו טיפולים סגורה, שבה חיישן יזהה בעיה בגוף והשתל יגיב באופן אוטונומי, לטפל באברים או במערכות הגוף השונות בזמן אמת. דוגמאות לשימושים פוטנציאליים כוללות גירוי עצבי וטיפולים מתואמים בין אברים, אולם כל אלה עדיין נמצאים בשלבי פיתוח מקדימים וטרם נוסו בבני אדם.

בינתיים, חשוב להבין שהתפיסה האופפת את הטכנולוגיה הזו היא מחקר בסיסי ואינו מוכן עדיין לשימוש קליני. חולים שמתכננים השתלה של מכשירים במחלות כרוניות או תנועתיות צריכים להילחץ ולפעול בהתאם להנחיות הרופאים ולשקול רק אפשרויות שאושרו על ידי ה-FDA, ולא לטכנולוגיות ניסיוניות או בלתי מאושרות באופן רשמי.