تقنية جديدة لطباعة أوعية دموية على الزجاج تفتح آفاقًا للتنبؤ بالسكتة الدماغية

توصّل فريق بحثي من جامعة سيدني إلى تطوير أوعية دموية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد على شرائح زجاجية تحاكي بدقة تشريح الأوعية الدموية وديناميكية تدفق الدم، في خطوة وصفت بأنها قد تغيّر مستقبل تشخيص أمراض القلب والسكتات الدماغية.

ويؤكد الباحثون أن هذه التكنولوجيا، المنشورة في مجلة Advanced Materials، أدت بالفعل إلى اكتشافات مهمة، وقد تساعد مستقبلًا في اختبار أدوية مصممة خصيصًا للمرضى.

أداة دقيقة لدراسة أسباب الجلطات

تعد أمراض القلب والأوعية الدموية السبب الأول للوفيات في أستراليا، مع وفاة شخص كل نحو 12 دقيقة بسبب أمراض القلب. وبرغم توفر طرق تشخيص راسخة، لا توجد حتى الآن وسيلة للتنبؤ المبكر بالأحداث التي تسبق تشكل الجلطات في الشرايين السباتية.

وقال تشارلز تشاو، مرشح الدكتوراه في كلية الهندسة الطبية الحيوية والعضو المؤسس لمختبر ميكانيكا الأحياء والميكانيكا الحيوية (MBL): "نحن لا نطبع أوعية دموية فحسب، بل نطبع الأمل للملايين حول العالم. ومع استمرار الدعم والتعاون، نهدف إلى جعل الطب الوعائي المخصص متاحًا لكل مريض يحتاج إليه".

ويملك تشارلز خلفية في الهندسة الميكانيكية، وقد أسهمت خبرته في ديناميكية السوائل في تطوير تقنية تسمح بإعادة إنشاء أوعية دموية سليمة ومريضة، بما في ذلك النتوءات والانبعاجات الدقيقة الشائعة لدى مرضى السكتة الدماغية.

واعتمد الفريق على صور الأشعة المقطعية لمرضى السكتة كنماذج أولية لإنشاء نماذج مصغرة للشرايين السباتية بحجم يتراوح بين 200 و300 ميكرومتر، مقارنة بحجمها الطبيعي الذي يبلغ بين 5 و7 مليمترات. وتمكن الباحثون أيضًا من تقليص زمن التصنيع من عشر ساعات إلى ساعتين فقط.

طباعة أوعية تبدو كأنها نقوش على الزجاج

على عكس الطباعة التقليدية باستخدام قوالب الراتنج، التي تستغرق وقتًا أطول وتنتج نسبة عالية من الأخطاء، ابتكر الباحثون طريقة جديدة تعتمد على الشرائح الزجاجية كقاعدة للطباعة. ومن بعيد، تبدو الأوعية كأنها نقوش دقيقة محفورة على الزجاج.

وقال تشارلز: "عندما يتعلق الأمر بتشخيص النوبات القلبية والسكتات الدماغية، فإن السرعة والدقة أساسيتان. يمتلك الأطباء نافذة قرار تقارب 12 ساعة بعد ظهور الأعراض".

"شريان على رقاقة"

نجح الباحثون في إعادة إنتاج المظهر الفيزيائي للأوعية، كما أظهرت محاكاة تدفق الدم ديناميكيات مشابهة تمامًا لحركة الدم الطبيعية. ويعد ذلك إنجازًا مهمًا لأن إعادة تمثيل ديناميكية السوائل داخل الأوعية تشكل التحدي الأكبر في هذا المجال، خصوصًا لدى الأشخاص الذين يعانون ارتفاعًا في لزوجة الدم.

وقال الدكتور زيهاو وانغ، كبير المهندسين في مختبر MBL: "هذا أول مسعى من نوعه في الهندسة الحيوية داخل أستراليا، وهدفنا هو سد فجوتين أساسيتين في تشخيص أمراض القلب والوقاية منها من دون اللجوء إلى التجارب على الحيوانات".

وأفاد الفريق بأنه لا توجد منصات اختبار مخصصة للمرضى، وأن الاختلافات في بنية الأوعية وتركيب الدم تجعل كل مريض حالة فريدة.

وخلال التجارب، شاهد الباحثون تشكل الجلطات وسلوك الصفائح الدموية في الوقت الفعلي تحت المجهر، وهو عنصر حاسم في فهم ما يؤدي إلى السكتات الدماغية. وكشفت التجارب أن الاحتكاك والقوة الناتجة عن حركة الدم على بطانة الأوعية يلعبان دورًا كبيرًا، خصوصًا خلال ارتفاع ضغط الدم وتصلب الشرايين. وفي المناطق المعرضة لإجهاد مرتفع، تضاعفت حركة الصفائح بين سبع وعشر مرات.

دمج الذكاء الاصطناعي

قال البروفيسور أرنولد جو، رئيس المختبر والمؤلف الرئيسي للدراسة، إن الفريق نجح في إنشاء "توأم فيزيائي" لأوعية المرضى، أي نسخة مصغرة مطابقة في شكلها وسلوكها.

وأضافت هيلين تشاو، عالمة البيانات ومديرة العمليات في مختبر MBL Ju، إن الخطوة المقبلة هي دمج الذكاء الاصطناعي لإنشاء "توائم رقمية" تتنبأ بالسكتات الدماغية قبل سنوات من حدوثها.

وقالت: "تخيل مستقبلًا نستطيع فيه أخذ صورة أشعة مريض، طباعة نموذج لوعائه الدموي، اختبار استجابة دمه، ثم استخدام الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بخطر إصابته بالسكتة".

دعم بحثي وتعاون طبي واسع

وأشار البروفيسور جو إلى أن هذا العمل هو ثمرة تعاون بين كلية الهندسة الطبية الحيوية، ومركز تشارلز بيركنز، ومعهد أبحاث القلب. كما أعرب عن تقديره للدعم الكبير من مؤسسة سنو الطبية وعائلة سنو، الذي وصفه بأنه كان حاسمًا في تحقيق هذا التقدم.

وأضاف: "أعضاء مختبر سنو أظهروا ابتكارًا بارزًا، والعمل مع شركائنا في مستشفى رويال برنس ألفريد ومستشفى برنس أوف ويلز يضمن أن أبحاثنا مرتبطة مباشرة باحتياجات المرضى".

وختم: "نحن لا نطبع أوعية دموية فحسب، بل نطبع الأمل للملايين المهددين بالسكتة".