حسگرهای شیمیایی که می‌توانند آسیب مغزی را تشخیص دهند

در صورت بروز آسیب مغزی تروماتیک، تغییرات شیمیایی رخ می‌دهند که می‌توانند به عنوان پیش‌ساز آسیب ثانویه عمل کنند. دانشمندان "دانشگاه ایالتی اوهایو"(Ohio State University)، یک دستگاه نظارتی جدید ابداع کرده‌اند که می‌تواند این نشانه‌های هشدار دهنده را تشخیص دهد. حسگر کوچکی که این گروه پژوهشی ابداع کرده‌اند، انعطاف‌پذیر و نازک‌تر از موی انسان است و می‌توان آن را روی مغز قرار داد تا این تغییرات را در لحظه منتقل کند و راه‌های جدیدی را برای مداخله و درمان ارائه دهد.

این حسگر زیستی ضد آب، مجموعه‌ای از ترانزیستورهای اثر میدانی را در بر دارد که وقتی مواد شیمیایی خاصی را در مایعات مغزی حس می‌کنند، به تولید سیگنال الکتریکی می‌پردازند که می‌توان آن را از بیرون بدن ثبت کرد و مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. برای محافظت کردن از تجهیزات الکترونیکی در برابر تخریب شدن، حسگر درون یک لایه نازک از سیلیسیم دی‌اکسید به ضخامت چند صد نانومتر قرار می‌گیرد.

به گفته پژوهشگران، این حسگر دارای ترکیب بی‌سابقه‌ای از ویژگی‌ها است که قابلیت‌های منحصربه‌فردی را برای نظارت بر سلامت مغز به آن می‌دهد. از میان این قابلیت‌ها می‌توان به توانایی تشخیص تغییرات در سطوح یون پتاسیم و سدیم در مایع مغزی-نخاعی اشاره کرد که یکی از نشانه‌های آسیب ثانویه پس از آسیب مغزی است.

کارآیی این حسگر، در یک محلول مصنوعی طراحی‌شده برای تقلید از مایع مغزی-نخاعی نشان داده شد. حسگر طی این آزمایش توانست تغییرات صورت‌گرفته در سطوح یون پتاسیم و سدیم را به دقت تشخیص دهد. پژوهشگران با آزمایش این حسگر در سرم خون انسان دریافتند که می‌توان از آن برای نظارت بر سطوح پی‌اچ نیز استفاده کرد.

"جینگهوا لی"(Jinghua Li)، از پژوهشگران این پروژه گفت: ما یک حسگر زیستی می‌خواهیم که بتواند به طور مداوم بر بافت‌های مغز نظارت کند و تغییرات غلظت یون را در مایع مغزی-نخاعی تشخیص دهد. این تغییرات در حالت ثانویه آسیب مغزی تروماتیک، به عنوان یک نشانه هشدار ابتدایی در مورد بدتر شدن شرایط ظاهر می‌شوند.

اگرچه دی اکسید سیلیکون کپسوله‌شده می‌تواند سال‌ها در بدن انسان دوام بیاورد اما دانشمندان می‌گویند که عناصر حسگر احتمالا تنها چند هفته دوام خواهند آورد. این بزرگترین مشکل پژوهشگران برای حرکت رو به جلو است که با پرسش‌های بی‌پاسخی در مورد تأثیرات طولانی مدت آن بر بافت انسانی و تداخل بین نشانگرهای زیستی گوناگون همراه می‌شود. آنها قصد دارند پیش از ادامه آزمایش‌ها روی مدل‌های حیوانی و در نهایت سوژه‌های انسانی، به حل کردن این مشکلات بپردازند.

لی گفت: هنگامی که یک حسگر بیوشیمیایی را ابداع می‌کنیم، می‌خواهیم مطمئن شویم که دستگاه فقط به مواد شیمیایی مورد نظر ما پاسخ می‌دهد و تداخل سایر نشانگرهای زیستی را نادیده می‌گیرد. انجام دادن این کار در سیستم پیچیده‌ای مانند بدن انسان دشوار است.

اگرچه این حسگر برای بررسی سلامتی در پی آسیب مغزی تروماتیک طراحی شده است اما پژوهشگران می‌گویند که ممکن است با پپتیدها، پروتئین‌ها و سایر مواد شیمیایی نیز سازگار شود و در پژوهش در مورد بیماری‌های مزمن مانند پارکینسون و آلزایمر کاربرد داشته باشد.

لی افزود: ما باور داریم که ثبت و تحلیل داده‌های مربوط به سلامتی با این حسگر، در ردیابی بیماری‌های بلندمدت و مداخله و درمان به موقع آنها مهم خواهد بود.

این پژوهش، در مجله "Small" به چاپ رسید.