وحصل أمير علوي، بالتعاون مع نيتين أغاروال، الأستاذين المساعدين في جامعة بيتسبرغ، والدكتور كوجو هميلتون، على منحة R21 من المعهد الوطني للصحة في الولايات المتحدة NIH بقيمة 352,213 دولارًا لتطوير أول غرسة للعمود الفقري ذاتية التشغيل، قادرة على إرسال بيانات لحظية من داخل الجسم.
وتم تنفيذ هذا المشروع بهدف جعل عملية التعافي من جراحة دمج العمود الفقري أكثر أمانًا، مما يتيح للأطباء مراقبة عملية العلاج عن بُعد والتدخل قبل حدوث المشكلات. وفي جراحة دمج العمود الفقري، يتم ربط فقرتين باستخدام قفص معدني وطعم عظمي، ويتم تثبيتهما في مكانهما بواسطة براغي ودعامات. وتتطلب مراقبة عملية التعافي في هذه الطريقة استخدام الأشعة السينية وتقييم أعراض المريض.
ويقول أغاروال، أحد مؤلفي هذه الدراسة وأستاذ مساعد في كلية جراحة الأعصاب بجامعة بيتسبرغ: نراقب الطعم بعد زراعته باستخدام الأشعة السينية والأعراض التي تظهر على المريض، وهذا يعني أن على المرضى الحضور شخصيًا والتعرض للأشعة.
ونظرًا لأن استمرار مراقبة عملية العلاج أمر صعب، فإنها لا تمثل تجربة رعاية صحية متكاملة. وعلى الرغم من وجود أجهزة لاسلكية قابلة للزراعة من قبل، إلا أنها كانت تعتمد على البطاريات والمكونات الإلكترونية، مما جعل عمرها الافتراضي محدودًا.
وفي هذا السياق، جاءت خبرة علوي في مجال الهندسة لتكون مفيدة. فقد ابتكر خلال دراسته للدكتوراه مستشعرات لمراقبة هياكل الجسور، حيث كانت هذه المستشعرات تولد طاقتها الخاصة وترسل تحذيرات عند رصد علامات الضغط أو الضعف. وأدرك علوي أن هذه الفكرة يمكن تطبيقها على غرسات العمود الفقري.
ويقول علوي، الباحث الرئيسي في هذا المشروع، بهذا الصدد: بدون بطارية، ودون هوائي أو مكونات إلكترونية، لا توجد أي مخاوف في الظروف الواقعية. تمكنا، من خلال الجمع بين تصاميم المواد الفوقية وجمع الطاقة النانوية، من صنع غرسات خالية من البطاريات والمكونات الإلكترونية، تعمل بالطاقة المولدة من الشحنة الكهربائية الناتجة عن الاحتكاك.
واستخدم زملاء علوي موادًا فوقية، وهي مركبات من صنع الإنسان تتكون من طبقات متشابكة من مواد موصلة وغير موصلة، في هذا البحث، وتجمع هذه الهياكل الطاقة وترسل إشارات عند تطبيق الضغط.
بدأ علوي وأغاروال في عام 2023 دمج هذه التقنية مع الأقفاص المستخدمة في جراحة دمج العمود الفقري. وأظهرت أبحاثهما أن الغرسات المذكورة تعزز مراقبة واستقرار العمود الفقري خلال عملية التعافي من الجراحة.
ويقول هذا الباحث الإيراني: نحن نصنع أقفاصًا لجراحة دمج العمود الفقري تشبه الخلايا البشرية وتتمتع بذكاء طبيعي وداخلي. ومع تحسن حالة العمود الفقري، تتغير إشارات هذه الغرسة. وإذا كان العمود الفقري في مرحلة التعافي، فإن العظم يتحمل حملًا أكبر، وتقل الإشارات الناتجة عن الغرسة، حيث تكون هذه الإشارات أقوى مباشرة بعد الجراحة لأن الألواح الطرفية للفقرات تمارس ضغطًا أكبر على القفص.
وتُستقبل إشارات الغرسة بواسطة قطب كهربائي خلف المريض، وتُرسل إلى حوسبة سحابية ليتمكن الأطباء من تحليلها في الوقت الفعلي، حيث يساعد هذا الأمر على التدخل المبكر قبل ظهور مشكلات خطيرة.
