بیومکانیک و سرطان

بیومکانیک از شاخه های مطالعاتی مهندسی پزشکی به شمار می آید که دامنه بسیار وسیعی از دانش، اطلاعات و مهارت ها را شامل می شود. در واقع بیومکانیک به علم کاربرد اصول و ضوابط مکانیکی در سازمان های بیولوژیکی موجود در طبیعت نظیر سیستم عملکردی انسان ها، جانوران، حیوانات و یا حتی سلول های به کار رفته در آنها اطلاق می شود.

از جمله مباحثی که در این شاخه از علم مهندسی به کار گرفته می شوند می توان به نحوه رشد و تکامل اندام ها، ویژگی بافت ها و اندام های گوناگون و نحوه قرارگیری و کارکرد هر کدام، مطالعه بافت ماهیچه ها و استخوان ها، کاربرد روش های نوین در ارتوپدی و همچنین عملکرد های مختلف داخل سلول اشاره کرد.

شناخت هر چه بیشتر و جامع تر یاخته های زنده و مکانیسم عمل آن ها باعث پدیدار شدن پیشرفت های متعددی در زمینه مهندسی بافت های زنده شده است که به کار گیری این روش ها منجر به شناسایی طیف گسترده تری از آسیب های وارده بر این ارگانیسم ها شده اند و از این طریق روش های درمانی مؤثر و پرکاربردی برای نواقص و بیماری های گوناگون، من جمله سرطان، فراهم آورده شده است.

اهداف به کارگیری مبانی بیومکانیک در پیشگیری و درمان سرطان

در علم بیومکانیک، هدف از مطالعه ساختار و رفتار سلول ها، پی بردن به تأثیر تغییرات ایجاد شده در مکانیک سلول ها در بروز و شدت ابتلا به سرطان بین افراد مختلف می باشد. پزشکان از این راه قادر خواهند بود تا با شناسایی  ویژگی ها و خصوصیات ژنتیکی در کنار خصایص زیست شیمیایی یک فرد، تشخیص دقیق تر و کامل تری از بیماری او ارائه دهند و در جهت رفع و درمان و کاهش علائم حاصل از بیماری، راه حل های مفید و کاربردی تری در اختیار او قرار دهیم.

یکی از چالش هایی که این مهندسان با آن رو به رو هستند، گستردگی عوارض ظاهر شده در بیماران مختلف که با درمان های مشابه تحت معالجه بوده اند می باشد که این عامل خود دلیلی بر ادعای تأثیر ژنتیک بر شدت بروز سرطان و درگیری بیماران با آن می باشد.

سرطان می تواند با توجه به نوع آن و میزان وخامت عوارض ایجاد شده در بیمار تحت تأثیر عوامل مختلفی ایجاد شود که این مورد هم به دشواری های مطالعه در زمینه درمان سرطان با علم بیومکانیک افزوده شده است.

مطالعات انجام گرفته در بیومکانیک در زمینه درمان بیماران مبتلا به سرطان

یکی از مطالعاتی که در زمینه کنترل و درمان بیماری سرطان با استفاده از اصول بیومکانیک به کار گرفته شده و تحقیقات درباره آن همچنان تا عصر کنونی ادامه دارد، استفاده از اصول نانو تکنولوژی در درمان و تجویز دارو به بیماران می باشد.قابلیت چسبندگی و حالت کشسانی سلول ها از جمله پارامترهایی هستند که در بررسی ویژگی های ساختاری و عملکردی سلول ها در شاخه علم بیومکانیک مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرند.

دانشمندان معتقدند که با گسترش مطالعه بر روی این مبانی و کاربرد هر کدام در مواجهه با انواع شکل های سلول ها در نواحی مختلف بدن، می توان به کشف روش های نوین و کارآمد در درمان انواع سرطان با کمک گروهی از سلول های حاوی داروهای درمانی با دوز مورد نظر یا سایر روش هایی که منجر به شناسایی زود هنگام سرطان پیش از گسترش یافتن و دست اندازی آن می شود پرداخته و میزان آسیب های وارده بر فرد و جامعه و خسارات حاصل از آن را به طرز چشم گیری کاهش داد.

نتایج حاصل از بررسی دقیق سلول ها و ویژگی های آنان

ابزار مورد استفاده توسط این دانشمندان در بررسی های جزئی و موشکافانه سلول ها، میکروسکوپ های دقیق و قدرتمند اتمی (AFM) نام دارد که قادرند محتویات و خصوصیات کلی یاخته های زنده را به نمایش بگذارند. نتایج حاصل از این بررسی ها بیانگر تفاوت های زیست مکانیکی سلول های سالم بدن در مقایسه با سلول های مبتلا به سرطان می باشد که این ویژگی ها می توانند راهنمای خوبی برای تعیین مناسب ترین پروسه درمانی انتخاب شده برای بیمار با بیشترین میزان کارایی و اثر بخشی درمان برای وی باشند.

در بررسی قابلیت چسبندگی و سیالیت سلول های سرطانی در مقایسه با سلول های سالم بدن، نتیجه به دست آمده این بود که سلول های سرطانی به سادگی می توانند شکل و ساختار خود را عوض کرده و تغییر شکل دهند. این سلول ها نرم و قابل انعطاف بوده و ممکن است دلیل درصد بالای گستردگی و پخش شدگی آن ها در سراسر بدن در موارد شدید و متاستاتیک بیماری هم همین ویژگی انعطاف پذیری و خاصیت ارتجاعی و عبور از منافذ و حفره های گوناگون موجود در بدن باشد.

بنابراین با مطالعه سلول های سرطانی از جنبه بیومکانیک می توان به این نکته رسید که سلول های سرطانی دارای شاخص سیالیت بالاتری نسبت به سلول های عادی حاضر در بدن می باشند. دلیل ثابت و بدون تغییر ماندن محل استقرار سلول های خاص هر بافت و اندام هم به همین نکته بر می گردد. سلول های سالم بدن در برابر تغییر شکل مقاوم بوده و تمایل به حفظ شکل پیشین خود دارند.

در بررسی آنها از نمای نزدیک، به حالت گرد و کروی یافت می شوند و نسبت به سلول های سرطانی، سفت و مستحکم ترند. معمولاً تمایلی به جدا شدن از منشا تشکیل و محل حضور خود نداشته و تا زمانی که عاملی مهاجم یا زنجیره ای از واکنش های ناخواسته در محل استقرار این سلول ها، آنان را تحت تأثیر قرار ندهد، احتمال تغییر خود به خودی شکل و ساختار در آنها بسیار پایین می باشد.

ربات های کوچک حمل کننده دارو :

یکی دیگر از ابداعات خلاقانه در زمینه درمان بیماری سرطان در حوزه علم بیومکانیک، طراحی ربات های بسیار ریز و کوچک، سوار کردن دوز داروی مورد نظر بر روی آنها و سپس فرستادن شان به داخل خون بیمار می باشد. از مزایای قابل توجه و شگرف این طراحی این است که هدف ربات ها تنها مناطق درگیر با سرطان می باشد و به سایر بافت ها و اندام های سالم در بدن کاری ندارند.

بدین ترتیب با کاهش عوارض جانبی ناشی از دارو بر سلول های سالم بدن می توان حجم زیادی از درد و نا امیدی بیمار را کم کرده و دوره درمان او را نیز به حداقل رساند.