هيدروجل قابل للحقن ومحفز كهربائي حيوي للتحفيز اللاسلكي للعميق في الدماغ

طريقة أنعم للوصول إلى أعماق الدماغ

بالنسبة للأشخاص المصابين بحالات مثل مرض باركنسون، يمكن للتحفيز الدماغي العميق أن يخفف الأعراض لكنه يعتمد حالياً على أقطاب معدنية صلبة وبطاريات مزروعة. تستكشف هذه الدراسة خياراً ألطف: مادة لينة قابلة للحقن يمكن توصيلها من خارج الرأس لاسلكياً دون جراحة في كل مرة، مما يفتح الباب لعلاجات أقل توغلاً لاضطرابات الدماغ.

زرعة لينة صغيرة بدلاً من أجهزة صلبة

ابتكر الباحثون هلاماً خاصاً يبدأ سائلاً ويتحول إلى مادة صلبة لينة موصلة كهربائياً عند حقنه في نسيج الدماغ. تتفاعل مكونات الهلام مع السكريات الطبيعية في الدماغ لتكوّن شبكة مرنة تقترب في نعومتها من أنسجة الدماغ نفسها. وبفضل كونه لزجاً وغنياً بالماء، ينسجم هذا الهيدروجل مع الخلايا المحيطة بدلاً من أن يخدشها أو يمزقها كما قد تفعل الأجزاء المعدنية الصلبة، وأظهرت الاختبارات رد فعل مناعي منخفض وتوافقاً جيداً على المدى الطويل في الفئران.

كيف تجد الإشارات الخارجية طريقها إلى أعماق الدماغ

بدلاً من سحب أسلاك عبر الجمجمة، استخدم الفريق وسادة مسطحة موضوعة على فروة الرأس لإرسال نبضات كهربائية عالية التردد عبر الرأس. بمفردها، تنتشر هذه النبضات وتبقى ضعيفة للغاية بحيث لا تؤثر بقوة على نقطة واحدة. يغير الهيدروجل ذلك. وبفضل موصليته الأعلى بكثير مقارنة بنسيج الدماغ العادي، يجمع الشحنات الكهربائية عند سطحه ويتركز المجال الكهربائي في موضعه تماماً. أظهرت المحاكاة الحاسوبية والقياسات خارج الجسم أن كثافة التيار ترتفع بشدة عند واجهة الهلام–النسيج بينما تبقى منخفضة في أماكن أخرى، وبقي امتصاص الطاقة الإجمالي ضمن حدود السلامة المقبولة.

من الحقول المركزة إلى إشارات عصبية حية

لاكتشاف ما إذا كانت هذه الطاقة المركزة تؤثر فعلاً على الخلايا العصبية، اختبر العلماء أولاً خلايا عصبية بشرية مماثلة مزروعة معرضة لإشارات موجهة عبر الهلام. فقط عندما كان الهلام والتحفيز الخارجي حاضرين معاً أظهرت الخلايا موجات كبيرة وقابلة للعكس من نشاط الكالسيوم، وهو ما يعد سمة لإطلاق العصب، بينما بقي نمو الخلايا وبقاؤها سليماً. في فئران مخدرة، حقن الهيدروجل في محور تحكم حركي يسمى النواة تحت المهادية، وسجل الباحثون النشاط في مناطق دماغية متصلة. مع التحفيز، زاد نشاط الخلايا العصبية قرب الهدف، وأصبحت البُنى المتتابعة أكثر نشاطاً، وأصبحت خلايا قشرة المحرك أقل تزامناً، وهو نمط مشابه لما ينتجه التحفيز الدماغي العميق السريري.

مساعدة الفئران الشبيهة بباركنسون على الحركة وحماية خلاياها العصبية

جاء الاختبار الأكثر وضوحاً في فئران أُعطيت مادة سامة معيارية تُنتج مشاكل حركة شبيهة بباركنسون وفقدان الخلايا المنتجة للدوبامين. تلقت الحيوانات تحفيزاً لاسلكياً يومياً عبر وسادة فروة الرأس بعد حقنة عميقة واحدة من الهيدروجل. خلال أربعة أسابيع، أظهرت المجموعة التي تلقت الهلام والتحفيز معاً فقط تحسناً ثابتاً في مسافة المشي والسرعة ووقت الحركة النشطة، مقتربة من سلوك الفئران السليمة. كشف تحليل نسيج الدماغ أن هذه الحيوانات حافظت على عدد أكبر من خلايا الدوبامين، وأظهرت مؤشرات أقوى لنشاط الخلايا النجمية الداعمة وعوامل النمو، وحافظت على بنية صحية للمادة الرمادية والبيضاء. أظهر تصوير الرنين المغناطيسي الوظيفي، الذي أصبح ممكناً لأن الهلام لا يشوّه الصور كما تفعل المعادن، أن الفئران المعالجة أيضاً استعادت تواصلاً أكثر توازناً بين المناطق الدماغية المرتبطة بالحركة.

ماذا قد يعني هذا لعلاجات الدماغ المستقبلية

بعبارة مبسطة، تُظهر هذه العمل أن كتلة صغيرة من هلام لَيّن موصل يمكن أن تعمل كهوائي مخفي داخل الدماغ، يجمع إشارات كهربائية لطيفة مرسلة من خارج الرأس ويحوّلها إلى تحفيز عصبي مركز. في الفئران، خفف هذا النهج اللاسلكي مشاكل الحركة وساعد في حماية الخلايا الدماغية الضعيفة دون ضخام الجهاز وصلابته كما في الأجهزة التقليدية. وبينما تبقى تجارب كثيرة قبل التطبيق على البشر، يشير المفهوم إلى علاجات دماغية عميقة أقل توغلاً، وأكثر توافقاً مع التصوير، وربما أسهل في التعديل مع مرور الوقت.

الاستشهاد: Yang, M., Liu, W., Chen, P. et al. Injectable hydrogel bioelectrostimulator for wireless deep brain neuromodulation. Nat Commun 17, 4526 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69226-1

الكلمات المفتاحية: التحفيز الدماغي العميق, هيدروجل موصل, تنبيه عصبي لاسلكي, مرض باركنسون, زرعات دماغية