التقينا للحديث مع البروفيسور جيريمي جولدمان، العالم الزائر في التخنيون والذي يشارك في تطوير هذا الدعم.
تخضع الأسلاك النظيفة المصنوعة من الحديد (A) والمغنيسيوم (F) للتجوية بعد زرعها في جدار الشريان. يصدأ الحديد ويتكثف بعد بضعة أشهر (BC)، في حين يضمحل المغنيسيوم (GH).
الدعامة، أو الدعامة، عبارة عن شبكة معدنية أسطوانية نابضة يتم إدخالها من خلال قسطرة في الشرايين المسدودة لتوسيعها ومنع تضييقها في المستقبل. لقد أحدث زرع الدعامات ثورة في علاج أمراض القلب والأوعية الدموية وقلل بشكل كبير من عدد جراحات القلب المفتوح. واليوم يتم زرع الدعامات في أكثر من 90% من القسطرة العلاجية. ومع ذلك، فإن الدعامة مغطاة بأنسجة خلوية قد تتراكم عليها مواد تصلب أو تخلق أنسجة ندبية، وسوف تعود هذه الأنسجة وتسد الأوعية الدموية. أحد اتجاهات البحث لحل المشكلة هو تطوير مادة داعمة قابلة للتحلل، والتي سوف تختفي من الأوعية الدموية بعد حوالي تسعة أشهر.
التقينا للتحدث مع البروفيسور جيريمي جولدمان، عالم زائر في التخنيون يشارك في تطوير هذا الدعم.
كيف وصلت إلى الموضوع، وما هي الخطوات الأولى في البحث؟
أنا مهندس طب حيوي من خلال التدريب، وأنا مهتم بجهاز الدورة الدموية. أنا مهتم بشكل خاص بالتأثيرات الجسدية، مثل الضغط الميكانيكي وتدفق الدم، على الأوعية الدموية وتطور الأمراض. قبل بضع سنوات، اتصلت بي شركة بوسطن العلمية، التي تعمل من بين أمور أخرى في تطوير الدعامات، للمشاركة في توصيف واختبار الدعامات الجديدة في بيئة شريانية.
وبعد دراسة الموضوع اكتشفت أن البحث في هذا المجال يعاني من التبسيط الزائد. وكانت بعض الدراسات التي أجريت في المختبر، خارج الجسم، بسيطة للغاية ولم يكن من الممكن استخلاص استنتاجات صحيحة منها. في حين أن الدراسات على الحيوانات كانت معقدة للغاية ومكلفة: فقد كان الباحثون ينتجون دعامات كاملة ويزرعونها في الحيوانات الكبيرة، مثل الخنازير. وهي عملية مرهقة، يصعب استخلاص استنتاجات عامة منها لأنها تتأثر بشكل كبير بهندسة الدعم، كما أنه من الصعب عزل المتغيرات الأساسية المتعلقة بالمادة نفسها، مثل القوة الميكانيكية وسرعة الانصهار (التآكل).
ولذلك، فإن أول شيء فعلناه هو تطوير نظام تجريبي جديد ومحكم يكون بسيطًا ورخيصًا بدرجة كافية لاختبار العديد من المواد بسرعة، دون إجراء تجارب صعبة على الحيوانات، ولكنه سيوفر أيضًا معلومات عامة كافية ذات صلة بالظروف في العالم. جسم.
ولذلك نستخدم أسلاك معدنية رفيعة، ذات سماكة وهندسة موحدة، والتي يمكن اختبارها في المختبر أو زرعها بسهولة في الحيوانات الصغيرة، مثل الفئران، داخل الشرايين أو على جدران الشرايين. هذا إجراء سريع ولا يسبب ضررًا كبيرًا للحيوان. بعد بضعة أيام أو أسابيع أو أشهر، يمكن إخراج الغرسة الصغيرة لفحصها في المختبر: للتحقق من قوتها وبنيتها الميكانيكية والتفاعلات الكيميائية التي مرت بها.
هذه عملية فحص أولية. ومن ثم لا يمكن صنع الدعامات التجريبية إلا من المواد الواعدة.
لماذا لم يفعلوا ذلك من قبل؟
الدعامات المستخدمة اليوم غير قابلة للتحلل، وبالتالي فهي مصنوعة من مواد معروفة ومتينة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ. في بعض الأحيان، يتم تغليف الدعامة ببوليمر يحتوي على أدوية يتم إطلاقها ببطء في الشريان وتأخير إعادة تضييقه. في مثل هذا النظام، يكون هيكل الدعامة مهمًا وليس المادة التي صنعت منها، لذلك كان من المنطقي اختباره على الحيوانات الكبيرة فقط.
ما هي المواد الاستهلاكية التي يمكن استخدامها للدعم؟
غالبًا ما تستخدم المواد البلاستيكية البوليمرية القابلة للتحلل في الطب. ومع ذلك، ليس لدينا بوليمر قابل للتحلل بالخصائص الميكانيكية المطلوبة. مثل هذه الدعامات ببساطة لا تتحمل الضغط الجسدي السائد في الشرايين. ولذلك، فإن النهج الجديد، وهذا مفهوم جديد حقًا، هو استخدام المعدن القابل للتلف. وهذا مطلب جديد أيضاً في عالم المعادن (أبحاث المعادن)، حيث يبحثون عادة عن المعادن المقاومة للانصهار، بينما أبحث أنا عن العكس.
الشرط الآخر هو أن يكون المعدن صديقًا للجسم. نحن نبحث عمدا عن معدن يتفاعل مع بيئته في الشرايين ويتفكك. لذلك، من المهم التأكد من أن منتجات هذا الانصهار ليست سامة ويمكن إزالتها بسهولة من الجسم. وبالتالي فإن المعادن المنطقية هي معادن يحتاجها الجسم، وحتى تناول المكملات الغذائية، وخاصة الحديد والمغنيسيوم.
وكان المرشح الأول بارزل. ولكن اتضح أن الحديد يدعم الطقس ببطء شديد. علاوة على ذلك، فإن الصدأ، الناتج عن تآكل الحديد، لا يتم إزالته بسرعة من الجسم ويتراكم على الدعامة، مما يزيد حجمه ويضر بالشريان.
لذلك تم توجيه الاهتمام إلى المغنيسيوم، وهو معدن أكثر نشاطًا ولا تسبب منتجات التجوية فيه أي مشكلة. ومع ذلك، فإن المغنيسيوم النقي ليس قويًا بدرجة كافية ويبلى بسرعة كبيرة. وهم الآن يبحثون عن سبيكة مغنيسيوم تكون أقوى وتتآكل ببطء أكبر.
هل هذا هو سبب مجيئك إلى إسرائيل؟
نعم، لدى إسرائيل بعض من أفضل علماء المعادن في العالم، مثل البروفيسور دان شيختمان الحائز على جائزة نوبل. في التخنيون، أعمل في مختبر مناحيم بامبرغر بالتعاون مع إيلي إيجيون من جامعة بن غوريون. نحن نبحث في إسرائيل عن سبيكة جديدة، لأن هنا المعرفة اللازمة لتخطيط البنية المجهرية والنانومترية للمادة بطريقة ذكية ووفقًا للأهداف. سوف آخذ معي السبائك الواعدة إلى الولايات المتحدة الأمريكية وأختبرها في النظام الذي قمت بتطويره. إذا وجدنا سبيكة مناسبة، فسنصنع منها دعامات، وإذا لم يكن الأمر كذلك فسنعود إلى طاولة المختبر لإجراء جولة من التحسينات.
يعد تطوير السبائك مجالًا تكثر فيه التجربة والخطأ، ولكن يمكن للخبراء التنبؤ بالخصائص المرغوبة وتقليل نطاق الخطأ. وهذا ما يتفوق فيه الباحثون في إسرائيل، ولهذا السبب أتيت إلى هنا.
حول المانيرون
البروفيسور جيريمي جولدمان وهو مهندس شرايين في قسم الطب الحيوي بكلية الهندسة بجامعة ميشيغان التكنولوجية. حصل على درجة البكالوريوس في الهندسة الكيميائية من جامعة كورنيل والدكتوراه في الهندسة الطبية الحيوية من جامعة نورث وسترن.
كان البروفيسور جولدمان في إسرائيل كجزء من برنامج فولبرايت لتبادل المحاضرين والطلاب (www.fulbright.org.il) لتعزيز العلاقات العلمية بين إسرائيل والولايات المتحدة الأمريكية. تتم إدارة مشاركة إسرائيل في هذا البرنامج من قبل مؤسسة التعليم الأمريكية الإسرائيلية.
