อิเล็กทรอนิคที่ยืดหยุ่น สู่หัวใจที่ยืนยาว

หลอดสอดสารพัดประโยชน์ที่รวมเอาอุปกรณ์กึ่งตัวนำเพื่อวินิจฉัยและรักษาเนื่อเยื่อที่เสียหาย

นักวิจัยได้พัฒนาหลอดสอดหัวใจ (catheter) ที่มีคุณสมบัติมากมาย โดยการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งได้รวมเอาอุปกรณ์จำเป็นหลายๆ อย่างสำหรับการผ่าตัดหัวใจ อุปกรณ์กึ่งตัวนำชนิดนี้ สามารถช่วยย่นระยะเวลาการผ่าตัดหัวใจ เพิ่มความคมชัด และยังคงสร้างแผนภาพสมองได้ทันทีอีกด้วย

หลอดสอดหัวใจแบบปลายโป่งนี้ถูกใช้กันอย่าแพร่หลายในการผ่าตัดหัวใจเพื่อเปิดหลอดเลือดที่อุดตันอยู่ และสามารถสอดท่อต่างๆ เข้าไปได้ “แต่หลอดสอดหัวใจแบบปลายโป่งเหล่านี้ไม่ได้ช่วยอะไรในการผ่าตัดเลย”  John Rogers นักวิทยาศาสตร์เครื่องมือ กล่าว “มันเพียงแค่ช่วยขนอุปกรณ์เชิงกลอื่นๆ เข้าไป”
ระหว่างการผ่าตัดเปิดหัวใจ หลอดสวนหัวใจที่มีหลายๆ หน้าที่ต่างก็ถูกสอดเข้าไปในหัวใจตามลำดับ ซึ่งทำให้การผ่าตัดหัวใจเป็นการผ่าตัดที่ยาวนานและทรมานมาก เพื่อที่จะพัฒนาประสิทธิภาพของมัน Rogers และผู้ร่วมงานของเขา ได้เลือกเอาส่วนประกอบต่างๆ จากสารกึ่งตัวนำที่ยืดหยุ่นได้ มาประกอบกันบนปลายโป่งของของหลอดสอดหัวใจ โดยรายละเอียดก็คือ มันสามารถที่จะสังเกตลักษณะต่างๆ ได้ อาทิ อุณหภูมิ ความดัน การไหลของเลือดและคุณสมบัติทางไฟฟ้า และยังคงสามารถใช้กำจัดเนื้อเยื่อที่ถูกทำลายได้อีกด้วย ซึ่งรายงานของเขาได้ปรากฏในนิตยสาร Nature materials ในสัปดาห์นี้ [1]

นักวิจัยได้เผชิญหน้ากับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในการพัฒนา “อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคที่ยืดหยุ่นได้” โดยสร้างจาก ซิลิคอน ที่โดยปกติแล้วมันทั้งแข็งและเปราะ โดยเอามารวมไว้บนผิวของหลอดสอดหัวใจปลายโป่งแบบปกติ Rogers กล่าว กุญแจสำคัญในการพัฒนานี้ก็คือ การที่ต้องทำให้ส่วนประกอบที่เป็น ซิลิคอน มีความหนาเพียงแค่ หนึ่งร้อยส่วนพันล้านส่วนของเมตร กล่าวคือ บางกว่าปกติถึงพันเท่า อีกอย่างหนึ่งก็คือ มันจะต้องเชื่อมต่อกันด้วยสายไฟที่รูปร่างคล้ายงู และมันตะต้องสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อปลายของท่อถูกทำให้โป่งขึ้นโดยไม่มีการแตกหัก เมื่อบอลลูนที่ปลายท่อถูกทำให้โป่ง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคก็จะถูกผลักให้ชิดกับหัวใจ

“จากคุณสมบัติสองอย่างนี้ คุณก็สามารถรวมเอาอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกัน และสามารถยืดออกได้ถึง 300% จากตอนที่มันแบนจนมันมีรูปร่างกลม และสามารถเปลี่ยนแปลงกลับเป็นแบบเดิมได้อย่างสมบูรณ์” Rogers กล่าว

หลอดสอดหัวใจปลายโป่งที่มีหลายหน้าที่นี้ เป็นอุปกรณ์ในอุดมคติสำหรับการวินิจฉัยและรักษาสาเหตุของการเต้นของหัวใจที่ผิดปกติ Rogers กล่าว ณ ขณะนี้ ศัลยแพทย์หัวใจใช้หลอดสอดหัวใจหัวลูกศรที่มีอิเล็กโทรดเคลื่อนที่ไปรอบๆ หัวใจอย่างช้าๆ เพื่อที่จะสร้างแผนภาพเนื้อเยื่อของหัวใจ เมื่อเขาพบเนื่อเยื่อที่ก่อให้เกิดการเต้นของหัวใจแบบผิดปกติ เขาก็จะสอดหลอดสอดหัวใจอีกอันหนึ่งเพื่อที่จะไปตัดเนื้อเยื่อไม่ดีเหล่านั้นออก “คนไข้จำนวนมากต้องจบชีวิตลงระหว่างกระบวนการที่ใช้เวลานานแบบนี้” Rogers กล่าว

แผนภาพชีพจร

ในทางตรงกันข้าม หลอดสอดหัวใจปลายโป่งที่ได้รับการพัฒนามานี้ สามารถนำเอาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคที่สัมผัสกับพื้นผิวของหัวใจที่มากขึ้น จากบริเวณที่โป่งของมัน ทำให้ เร็วขึ้น และสามารถสร้างแผนที่หัวใจได้อย่างชัดเจนมากยิ่งขึ้น Rogers กล่าว กลุ่มของเขาได้ใช้อุปกรณนี้ในการทำแผนที่การเต้นของหัวใจในกระต่าย และกำจัดเนื้อเยื่อที่ผิดปกติด้วยการปล่อยสัญญาณวิทยุสู่หัวใจและฆ่าเซลล์นั้นๆ “สำหรับการทดลองในคนโดยอุปกรณ์นี้ในเบื้องต้น (ไม่มีอุปกรณ์ทำลายเนื้อเยื่อโดยใช้ความร้อน) น่าจะได้เริ่มต้นศึกษาในต้นปีนี้” Rogers กล่าว
Christopher Ober นักวิทยาศาสตร์เครื่องมือ จากมหาวิทยาลัยคอร์แนลล์ อธิบายงานนี้ว่า “นี่เป็นเทคโนโลยีที่สุดยอด” “ในการพัฒนาอุปกรณ์ที่รวมเอาอุปกรณ์หลายๆ อย่างเข้าไว้ด้วยกันโดยที่มันยังยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์ในอัตราส่วนที่เล็กมากๆ มันช่างเป็นอะไรที่น่าประทับใจมาก” เขากล่าว เขายังเสริมอีกว่า อุปกรณ์ชิ้นนี้ สามารถที่จะปรับให้สามารถติดตั้งใว้ในร่างกายผู้ป่วยเพื่อที่จะเป็นการติดตามสุขภาพของอวัยวะนั้นๆ เป็นระยะเวลานานๆ อีกด้วย “แต่ก่อนอื่น กลุ่มนักวิจัยจะต้องทดสอบว่ามันสามารถเข้ากันได้กับร่างกายหรือไม่ สำหรับการติดตั้งเป็นระยะเวลานานๆ ก่อน”

ตอนนี้กลุ่มนักวิจัย ได้ติดตั้งส่วนประกอบที่ซับซ้อนมากยิ่งขึ้นไปอีก บนหลอดสอดหัวใจนี้ โดยสามารถที่จะปรับให้ใช้กับอวัยวะอื่นๆ ได้ “มันสามารถที่จะใช้กับกระเพาะปัสสาวะ เพื่อที่จะตรวจดูการไหล และความยืดหยุ่น หรือใช้กับปอด เพื่อตรวจดูความเสี่ยงที่จะเกิดโรคหอบหืด” Brian Litt นักประสาทวิทยา มหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย กล่าว นักวิจัยยังได้เริ่มโครงการการสร้างแผนภาพทางไฟฟ้าของสมองระหว่างมีอาการลมบ้าหมู “หลอดสอดทรงบอลลูนเป็นเครื่องที่สามารถเป็นต้นแบบให้กับพื้นผิวของสมองที่ซับซ้อนและนำอิเล็กโทรนิคที่ผลิตจากซิลิคอนให้ไปสัมผัสโดยตรงกับเนื้อเยื่อนั้นๆ ได้โดยตรง” Litt กล่าว
อ้างอิง

[1] 1.  Kim D.-H. et al. Nature Materials advance online publication doi:10.1038/NMAT2971 (2011).

ที่มา: https://www.nature.com/news/2011/110307/full/news.2011.141.html