چرا دانشمندان هنوز موفق به ساخت قلب مصنوعی نشده‌اند؟

تاریخچه کل قلب مصنوعی هم با نوآوری درخشان و هم با شکست مداوم بالینی همراه بوده است.

در سال ۱۹۶۲، جان اف کندی، رئیس جمهور وقت آمریکا، تصمیم گرفت فضانوردی را به فضا فرستاده و راهکاری بیابد تا او بتواند به مدت یک دهه در کره ماه دوام بیاورد. از این رو جامعه علمی را برای ساخت یک قلب مصنوعی به چالش کشید. 

در سال ۱۹۶۹ ظاهرا هر دو هدف محقق شدند. موسسه قلب تگزاس اولین قلب مصنوعی کامل را تنها سه ماه قبل از پرتاب آپولو ۱۱ کاشت. هدف آن‌ها در واقع ایجاد یک پایگاه در ماه برای رساندن انسان به مریخ بود؛ اما چندان موفق نبود. ساخت یک قلب مصنوعی کاملا قابل اعتماد خارج از قفسه سینه، هنوز دور دسترس است. 

در ابتدا، قلب مصنوعی قرار بود جایگزینی برای اندام از کار افتاده باشد. اولین طرح دارای یک کمپرسور خارجی با یک خط هوا از طریق پوست به بدن بیمار بود. هوای فشرده کیسه‌های داکرون را متورم و خالی می‌کرد تا خون را در کیسه اطراف جابه‌جا کنند. در حالی که قرار دادن کمپرسور در خارج از بدن به نفع سلامت بدن بود، اما این امر باعث می‌شد بیمار همواره همراه خود یک قطعه بزرگ از تجهیزات داشته باشد و این دشوار بود. 

تاریخچه قلب مصنوعی با پیوند قلب در هم تنیده است. در اوایل دهه ۱۹۶۰ بار دیگر  دانشمندان دست به کار شدند اما بی نتیجه ماند تا این که در سال ۱۹۶۷ کریستین بارنارد، جراح قلب در کیپ تاون اولین پیوند موفقیت آمیز را انجام داد و حالا هدف این اولین قلب‌های مصنوعی تغییر کرده است. نیازی نبود که آن‌ها برای یک عمر مناسب باشند. هدف آن‌ها این بود که بیمار را تا زمان پیوند قلب، زنده نگه دارند. مانند بسیاری از درمان‌های بسیار تجربی، اولین مورد روی بیماری انجام شد که گزینه‌های موجود برای درمانش تمام شده بود.

مردی ۴۷ ساله برای ترمیم آنوریسم بزرگ بطن چپ که دیواره قلب را نازک و متورم کرده بود، تحت عمل جراحی قرار گرفت. او توسط یک دستگاه قلب و ریه حمایت می‌شد که کار گردش خون در بدن وی را بر عهده داشت. با این حال، او در پایان عمل نتوانست بدون دستگاه دوام بیاورد؛ زیرا قلبش بسیار ضعیف شده بود. او به شدت به پیوند نیاز داشت.

دنتون کولی، همکار دی بیکی، قلب مصنوعی آزمایشی جدید را به او پیشنهاد کرد و او پذیرفت. بیمار به مدت ۶۴ ساعت با دستگاه جدید ثابت نگه داشته شد تا این که قلب اهداکننده مشابه پیدا و سپس پیوند انجام شد.

این در ابتدا یک پیروزی برای کل قلب مصنوعی به نظر می‌رسید، اما به طرز غم انگیزی بیمار ۳۲ ساعت بعد بر اثر سپسیس درگذشت. نه تنها این، بلکه دستگاه هم به خون و هم به کلیه‌ها آسیب رسانده بود و دیواره‌های کیسه‌های قابل انبساط با لخته‌های خون پوشیده شده بود. این موضوع خبر از یک سری مشکلات می‌داد که همچنان دانشمندان و مهندسان را که با این روش دست و پنجه نرم می‌کردند، ناکام می‌گذاشت.

عفونت و سپسیس یک چالش مداوم برای هر وسیله‌ای است که به سیم متصل است و  باید به طور دائم از روی پوست عبور کند.  دریافت کننده بعدی قلب مصنوعی نیز به ترتیب نمی‌توانستند چندان دوام آورده و جان می‌باختند و تنها جارویک، یکی از بیماران توانست به مدت ۶۲۰ روز زنده بماند؛ اما دو نفر از دریافت کنندگان دچار سکته مغزی شدید شدند و در نهایت همگی به دلیل سپسیس یا مشکلات خونی جان باختند.

پیوند قلب نیز شروعی متزلزل داشت و اولین بیمار تنها پس از ۱۸ روز جان خود را از دست داد. اولین بیمار در انگلیس که پیوندش توسط جراح قلب، دونالد راس در بیمارستان ملی قلب لندن انجام شد، تنها ۴۵ روز زنده ماند و میزان موفقیت عمومی ناامیدکننده بود. مشکل این جا مکانیک عمل یا عملکرد اولیه قلب جدید نبود؛ بلکه عدم تطابق سیستم ایمنی گیرنده با سیستم ایمنی قلب اهداکننده بود. حتی اگر قلب اهداکننده تا حد امکان با انواع بافت‌های اصلی بدن بیمار مطابقت داشته باشد، سیستم ایمنی باید سرکوب شود تا پیوند پس زده نشود.

دارو‌های سرکوب سیستم ایمنی در روز‌های اولیه چندان پیچیده نبودند، اما توسعه سیکلوسپورین در اوایل دهه ۱۹۸۰ انقلابی در سرکوب سیستم ایمنی ایجاد کرد که موفقیت پیوند قلب را به طور چشمگیری بهبود بخشید.

اکنون سالانه هزاران نفر در  سراسر جهان پیوند قلب موفقیت آمیزی دارند. برای پر کردن این شکاف، دانشمندان خوک‌ها را اصلاح ژنتیکی کرده‌اند تا قلب آن‌ها با سیستم ایمنی بدن انسان سازگار باشد تا بتوانند بدون طرد شدن به بیماران پیوند شوند. این بسیار پیچیده و چالش برانگیز است، اما اولین پیوند بالینی در سال ۲۰۲۲ آغاز شد.

به مرور فناوری‌های مربوط به ایجاد قلب مصنوعی از طریق تغییرات در مواد زیست‌سازگارتر، طراحی بهتر دریچه‌ها و مدیریت کارآمدتر جریان خون بهبود یافته‌ و موفقیت‌های قابل توجهی به دست آمد.

یک مطالعه نشان داد که ۸۰ درصد از بیماران دریافت کننده قلب مصنوعی بیش از یک سال و برخی به مدت ۶ سال زنده مانده‌اند. طولانی‌ترین زمانی که یک بیمار بعد از پیوند توانست زنده بماند، ۱۳۷۳ روز بود؛ اما عوارض شدید عفونی هنوز رایج و هدف درمان کامل با قلب مصنوعی هنوز یک رویای دور بود.

در همین حال، نیاز فوری به پیوند، این فناوری را به سمت دیگری سوق داده بود. به جای جایگزینی کامل قلب نارسا، ایده این بود که با کمک به جریان خون از آن حمایت شود. دستگاه کمکی بطنی یا VAD، خون را از مسیری کاملا متفاوت از بطن قلب خارج کرده و با فشار بالا به داخل آئورت هل می‌داد، به این ترتیب میزان خونی که از قلب خارج می‌شود، افزایش یافته و در نتیجه برون ده قلبی موثر اتفاق افتاد.

همچنین مشکل دیگری را که مهندسان قلب مصنوعی با آن مواجه بودند؛ یعنی چگونگی متعادل کردن جریان خون قلب راست و چپ را نیز مرتفع کرد. مقدار خونی که در حلقه بطن چپ/بدن در گردش است باید بسیار نزدیک به حلقه بطن راست/ریه باشد. با ۱۰۰۰۰۰ تپش در روز، حتی کوچکترین اختلاف در هر ضربان می‌تواند تا ۵۰۰ لیتر خون را در مکان نامناسبی ذخیره کند.

در حال حاضر بیش از ۱۵۰۰۰ LVAD در سراسر جهان کاشته شده اند و حدود یک سوم بیماران مبتلا به نارسایی قلبی در مرحله پایانی اکنون در LVAD‌ها پشتیبانی می‌شوند. با توجه به کمبود قلب اهداکننده، با این روش بیماران اغلب می‌توانند سال‌ها تحت حمایت LVAD بمانند.بنابراین LVAD‌ها به طور پیش فرض به خودی خود به یک درمان تبدیل شده‌اند. باز هم فناوری پیشرفت کرده است و LVAD‌های جدیدتر عملکرد بهتری دارند.

بسته‌های باتری خارجی هنوز یک ناراحتی و منبع عفونت هستند، اما سیستم‌های در حال توسعه‌ای وجود دارند که انرژی را در سراسر پوست به جریان می‌اندازند. واحد‌های LVAD در صورت خرابی موقت دستگاه همچنان به یک باتری کوچک و کاشته شده نیاز دارند.

جست و جو برای یک قلب مصنوعی کامل قابل کاشت ادامه دارد. تلاش برای ایجاد واحد‌های خارجی پوستی برای تامین کامل نیاز‌های قلب بزرگترین مانع است. مشخصات کلی قلب مصنوعی مستلزم پمپاژ هشت لیتر خون در دقیقه در برابر فشار خون ۱۱۰ میلی متر جیوه است. کمپرسور‌ها کوچک شده‌اند تا حمل آن‌ها آسان‌تر باشد. فناوری VA در این جا از کمپرسور‌ها صرف نظر می‌کند و به جای آن از دستگاه‌های پروانه‌ای استفاده می‌کند که VAD دوگانه راست و چپ با هم کار می‌کنند.

شکست‌های فراوان در طول سال‌ها قطعا در دانشمندان فروتنی نسبت به مهندسی طبیعی قلب ایجاد کرده است.

منبع: popsci