إن العبء الذي لا يطاق من أمراض القلب والأوعية الدموية، والسبب الرئيسي للوفيات في العالم، قد دفع الطب القلبي إلى عهد من الابتكارات غير المسبوقة، ومن بين أكثر الحدود واعدة، تطوير أجهزة القلب الهجينة، التي تدمج دون هوادة الهندسة الميكانيكية مع العلوم البيولوجية، وهذه النظم المتطورة لا تكتفي بتحل محل وظائف القلب الضعيفة بل ترمي إلى إعادة تشغيلها بمستوى من الوئام الذي يؤدي إلى اختلالات الميكانيكية أو إلى حلول بيولوجية بحتة.

ما هي أجهزة الـ"كاردياك" الهجينة؟

وتُعد أجهزة القلب الهجينة من النظم التي تدعم أو تصليح أو تحل محل المكونات المضرورة في القلب عن طريق الجمع المتعمد بين الأجزاء الميكانيكية والعناصر البيولوجية، خلافاً للمكونات الميكانيكية التقليدية التي تعتمد فقط على المواد الاصطناعية (المترات، والبوليميرات، والخصائص) أو النُهج البيولوجية البحتة مثل العنب المُشِّر للأنسجة، والأجهزة الهجينة التي تُسُلَة توفر دعماً قوياً.

وقد تطور هذا المفهوم على مدى العقدين الماضيين، بدءاً بتصفيات بسيطة قابلة للتنافس البيولوجي على صمامات القلب الميكانيكية، وتوسع إلى أجهزة ذات قدرة حيوية معقدة، ويقوم الباحثون اليوم بتصميم نظم تُربط فيها المضخات الميكانيكية بالخلايا الحية في ميكنيات طبيعية، حيث تُستنبط المكائد الاصطناعية بخلايا جذعية مستمدة من المريض قبل زرعها، وتُعدها.

التكنولوجيات الحالية والأمثلة الحقيقية للعالم

وفي حين أن الأجهزة الهجينة الكاملة لا تزال تحققاً كبيراً، فإن العديد من التكنولوجيات الموجودة بالفعل في مجال الاستخدام السريري أو التجارب المتقدمة توضح الفلسفة المختلطة، وهذه الأمثلة تدل على الكيفية التي يمكن بها لتكامل المبادئ البيولوجية والميكانيكية أن يعالج القيود الطويلة الأمد للزرع الصناعي البحت.

أجهزة المساعدة في مجال التكتل البيولوجي

أجهزة المساعدة المتطورة مثل جهاز التحكم بالقلب 3 وجهاز التحكم بالدم، أصبحت مثبتة للمرضى المتطورين في الفشل القلبي في انتظار نقلهم أو كمقصد، لكن الاختلال الكبير هو شرط المكافحة الشاملة للصدمات بسبب خطر الضخ والضرب، ولأجل التخفيف من ذلك، يقوم الباحثون بتطوير أجهزة الأشعة المحتوية على الأشعة المكشوفة للدم

قيم القلب المتطورة

(أ) إن الصمامات الميكانيكية والأنسجة المتطورة لكل منها مبادلات معروفة: الصمامات الميكانيكية دائمة ولكنها تتطلب مقاومة للتخثر على مدى الحياة، بينما تتدهور الصمامات الاصطناعية على مر الزمن، وترمي صمامات القلب المهجورة إلى الجمع بين قابلية الميكانيكية واستعادة الأنسجة الطبيعية للتغطية البيولوجية.

Partial Bioartificial Hearts

ويظل حلم القلب الاصطناعي الكلي الذي يستنسخ بشكل كامل وظيفة السكان الأصليين بعيد المنال، ولكن نظم الدعم الجزئي الهجينة آخذة في الظهور، ومنصة بارزة هي BiVACOR ، وهي جهاز دوار يدعم آلياً كل من الصفائح ولكن يجري التحقيق فيه مع المعاطف التي تعزز التوليد الذاتي.

هاء - البحوث الناشئة ونُهج الجيل المقبل

واستنادا إلى النجاحات الحالية، تقوم مختبرات البحوث في جميع أنحاء العالم باستكشاف مفاهيم هجينة تحولية يمكن أن تعيد تحديد علاج أجهزة القلب في العقد المقبل، وتعالج هذه النهج القيود الأساسية التي تفرضها الأجهزة القائمة: عدم القدرة على التكيف، وعدم القدرة على تجديد الأنسجة.

3D Bioprinting of Personalized Hybrid Constructs

وقد تقدم التصنيع الاصطناعي إلى حد ما يمكن الآن طباعة أنسجة القلب الحي باستخدام خلايا خاصة بالمرضى ومواد بيولوجية. ويتيح " البصمة " وضع أنواع متعددة من الخلايا (الكاريوميوتيس، خلايا الديوث، والألياف) في إطار مجموعة من المواد الهيدروجيلية التي يمكن أن تتضمن أيضاً تعزيزات ميكانيكية - مثل أجهزة الاختزال المتزامنة أو أجهزة الأشعة المتزامنة.

إدماج خلية ستيم من أجل التجديد

وتوحي عناصر الارتداد التي تُستخدم في الخلايا الجذعية التي تُستخدم في الصنع الميكانيكي، أو في الخلايا الجذعية التي تُستخدم في النسيج، أو في الخلايا الميكانيكية التي تُستخدم في الخلايا الميكانيكية التي تُستخدم في الأشعة تحت الجلدية، أو في إطار مناظرات النسيجية، مثلاً، جهاز التداول الميكانيكي المُصابون([1]).

المواد الذكية والميكانيكيات التأديبية

وثمة حدود أخرى هي تطوير مواد " ذكية " يمكن أن تشعر بها وتستجيب للتغيرات الفيزيائية، إذ يمكن أن تؤدي السبيكة - النسيج الفلكي، والبوليميرات الكهرمائية التي تتغير من حيث درجة الحرارة أو الهيدروجين إلى أجهزة مستنسخة، وعلى سبيل المثال يمكن تصميم صمامات قلب مختلطة مع إطار متغير للضغط على الأنسجة.

التنويم الطفولي والتسليم الأقل غزاً

(الـ (جـيـتـيـتـيـتـيـنـيـا))ـ

التحديات والنظرات الحرجة

وعلى الرغم من الوعد الاستثنائي، فإن الطريق إلى الاعتماد السريري الواسع النطاق للأجهزة الهجينة القلبية متوقفة بعقبات هائلة، وسيتطلب التغلب على هذه العقبات تعاونا مستمرا بين المهندسين وعلماء الأحياء والمستوصفين والمنظمين.

Long-Term Durability and Biodegradability Mismatch

(ب) أن تكون المكونات الميكانيكية مصممة لعقود من الخدمة، بينما تتحلل الأنسجة البيولوجية، ويستلزم تحقيق التوازن بين عمر الجهاز الهجيني وجود هندسة دقيقة: فالأجزاء الميكانيكية يجب أن تتجاوز الأجزاء البيولوجية إذا لم تكن التجدد كاملة، أو أن تتدهور المكشوفات البيولوجية بمعدل يضاهيهى تكوين الأنسجة الجديدة، ويمكن أن يؤدي تدهور التربة إلى فشل في الاختلال الكارثي.

حقن وإثارة

وحتى مع الخلايا الجذعية التي يُستعان بها المريض، والملابس المتوافقة بيولوجياً، يمكن للأجهزة الهجينة أن تحفز استجابة أجنبية، وقد تهاجم الخانات والخلايا العملاقة العناصر البيولوجية، مما يؤدي إلى الفشل في النسيج أو الاختلاس، كما أن الشعارات المشتعلة حول ضغط محركي في الضخ، والحرارة، والمواد الأجنبية كلها تسهم في خلايا الميكانيكية.

التكلفة، والقدرة على التصعيد، والتعقيد في الصناعة التحويلية

(د) إنتاج جهاز هجين على نطاق واسع أكثر تعقيداً من صنع جهاز آلي محضة؛ فالاستعانة بالخلية، والثقافة، ومراقبة الجودة، والتجمع العقيم للأنسجة الحية التي تحتوي على عناصر دقيقة، يتطلب مرافق وخبرة لا تملكها سوى مستشفيات قليلة؛ وقد تتجاوز تكلفة جهاز هجين متقدم واحد 000 200 دولار، مما يحد من إمكانية الوصول إلى نظم الرعاية الصحية الغنية.

الحصبة التنظيمية والأخلاقية

وتمتد هذه المنتجات إلى منطقة رمادية تنظيمية: فهي جزء من الجهاز الطبي، وجزء من المنتج البيولوجي، وفي الولايات المتحدة، يقوم مركز الأجهزة الصناعية للصحة الإشعاعية ومركز تقييم الأمراض البيولوجية والبحوث باستعراض هذه المنتجات مجتمعة، ويعالج الاعتبارات الافتراضية أيضاً مسألة استخدام الآثار المحتملة في مجال المجلات الكيميائية.

الاتجاهات المستقبلية وهرسان الاحتمال

وفي المستقبل، فإن تقارب المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والطب الشخصي والمواد المتقدمة سيعجل في ابتكار الأجهزة الهجينة، إذ أن الخوارزميات التعليمية الماكنة يمكن أن تُحدِّد إلى أقصى حد من بيئات المضخات في الوقت الحقيقي بالتعلم من التغذية الوبائية، في حين أن النماذج الحسابية الخاصة بالمريض ستسمح بتصميم أجهزة متعددة من أجل التشريح الفردي والفيزياء، وسيتيح إدماج أجهزة الاستشعار الحيوية اللاسلكية الرصد المستمر لأداء المستشفيات والأنسجة الصحية غير الضرورية.

ومن المرجح أن تمضي الترجمة السريرية في مراحل: أولاً، المعاطف الهجينة على أقراص المضغوطة؛ ثم صمامات الأنسجة الحية ذات الأطر الميكانيكية؛ ثم قلوب الاقتصاد الجزئي؛ وأخيراً، فإن أول قلب مصطنع متكامل تماماً مع عناصر حية تحقق التكافؤ بين النسيج السريري وبين النسيجات البحثية مثل [1]

خاتمة

إن أجهزة القلب المهجورة التي تجمع بين العناصر الميكانيكية والبيولوجية تمثل أكثر من خطوة تدريجية، وهي تجسد قفزة مفاهيمية في الطب التصالحي، وتسخير قدرة الهندسة وقابلية التكيف في الحياة ذاتها، وتوفر هذه الأجهزة الوعد بدعم القلب الذي هو أقوى وأذكى وأكثر طبيعية من أي شيء ممكن اليوم، وتسود الطريق أمامه تحديات تقنية وتنظيمية وأخلاقية، ولكن يمكن أن تُعرف