الجرافين هي طبقة من الكربون لها سمك ذرة واحدة و شكلها مشابه لخلية النحل، لها خصائص فريدة من نوعها. كانت المادة الأرفع في العالم، و مع ذلك لها قوة تصل إلى 150 ضعف قوة الفولاذ. و الأكثر غرابة، هي أنها لها بنية فريدة من نوعها أيضاً تعطيها القدرة على توصيل ونقل الإلكترونات تصل إلى 250 ضعف قدرة السيليكون.
قدرتها على إيصال الشحنات الكهربائية عبر هيكلها قاد العلماء للبحث في إمكانية استخدامها في عمليات جراحة المخ والأعصاب كأدوات أو مواد قابلة للزرع. عامل آخر من العوامل الهامة في ما إذا كانت المادة مؤهلة للاستخدام في الزراعة الطبية هي توافقها الحيوي.
المادة المتوافقة حيوياً تعني ببساطة أن المادة لن تضر أي نوع من الأنسجة المجاورة لها. ولكن ما يعقد الأمور هو أن أجسامنا تستجيب للأجسام الغريبة المدرجة في أجسامنا. بعض الإستجابات الجسمانية الأكثر شيوعاً هي الالتهاب وتراكم النسيج الندبي حول الجسم المزروع.
هذا التراكم للنسيج الندبي مهم لأنه قادر على عرقلة وتقويض الخصائص الموصلة للجسم المزروع في الدماغ. للحد من هذه الآثار، العلماء في كثير من الأحيان يعالجون أجسام الجرافين المزروعة بمواد أخرى لها توافق حيوي. البيانات من التجارب التي أجريت باستخدام هذه الأجسام المزروعة تشير إلى أن نسبة الإشارة إلى الضوضاء منخفضة (وهذا يعني أن التفريق بين الإشارات المرسلة من قبل الخلية العصبية أو من نشاط الخلفية هي أكثر صعوبة).
في دراسة جديدة، نشرت في دورية ACSNano، وجد العلماء أن أقطاب الجرافين غير المعالجة كانت قادرة على التفاعل بشكل جيد مع الخلايا العصبية. باستخدام دماغ الجرذان المستزرعة، كانوا قادرين على تحديد أن الخلايا العصبية المرتبطة بالأقطاب احتفظت بقدرتها الأساسية المتمثلة في إرسال الإشارات ومراقبة انتقال الإشارة من القطب المقابل. و الأهم من ذلك، أن ردود الفعل السلبية التي يمكن أن تسبب ندباً لا تحدث.
مستقبل في الزراعات الطبية الحيوية
وفقاً للباحثين، فهم يخططون لاختبار ما إذا كان اختلاف طبقات الجرافين على الجسم المزروع سوف يكون قادراً على التأثير على الخلايا العصبية وما إذا كان يمكن استخدام خصائص الجرافين لتعديل استثارة الخلايا العصبية و إشاراتها.
وأن أبحاثهم قد تحدث ثورة في جراحة المخ والأعصاب كما نعرفها.
معظم العلماء يستخدمون الأقطاب لقياس الإشارات الكهربائية و لإستعادة الوظائف الحسية. وهذا يمكن أن يستخدم لأغراض متنوعة، مثل إعادة البصر إلى المكفوفين أو توفير المهارات الحركية عن طريق زرع روبوتي لمبتوري الأطراف. علاوة على ذلك، تطوير أقطاب كهربائية يمكنها التفاعل مع الدماغ، قد يمكّن العلماء من الحصول على بيانات قد تؤدي إلى حياة أفضل للمرضى الذين يعانون من اضطرابات الإشارات الكهربائية مثل شلل الرعاش أو الصرع.