Nauka

Ciałotechnika

Części zamienne dla człowieka

Okulary zmieniające obraz we wrażenia dotykowe na czole niewidomego. Okulary zmieniające obraz we wrażenia dotykowe na czole niewidomego. AP / EAST NEWS
Ludzkie ciało będzie można naprawiać jak samochody – gdy któryś z narządów się zepsuje, zastąpi się go syntetycznym zamiennikiem. Są już tego pierwsze przykłady.
Elektroniczna proteza reagująca na impulsy z mózgu sprawuje się jak normalna ręka (po prawej).EAST NEWS Elektroniczna proteza reagująca na impulsy z mózgu sprawuje się jak normalna ręka (po prawej).

Nicola Wildman to 35-letnia Brytyjka, która przygotowuje się do nietypowego zabiegu. Nerwy w jej prawej ręce zostały uszkodzone w wypadku samochodowym, ale lekarzom udało się przywrócić władzę tylko w górnej części ramienia. Wiedeński chirurg dr Oskar Aszmann ma zamiar amputować jej niesprawną rękę poniżej łokcia i zamienić na elektroniczną protezę. – Przeprowadziłem dotąd trzy takie operacje i sześć wstępnych zabiegów o podobnym charakterze – mówi prof. Aszmann.

Pierwszym pacjentem profesora był 24-letni Austriak, który porażony prądem utracił zdolność poruszania lewą ręką. Nie żałuje swojej decyzji. Sztuczna kończyna reaguje na impulsy biegnące z mózgu do mięśni w ramieniu i pozwala mu z zadziwiającą łatwością odkręcić butelkę i wlać wodę do szklanki czy nawet zawiązać sznurowadła. Wcześniej te czynności były poza jego zasięgiem.

Wszyscy pacjenci są niesamowicie szczęśliwi. Uzyskali bardzo dobrą funkcjonalność ręki, która jest silna i niezawodna – opowiada chirurg. Na pytanie o krytyczne reakcje odpowiada, że wynikają one jedynie z niewiedzy. – Lekarze, którzy mają jakiekolwiek pojęcie o skomplikowanych urazach nerwów i ich leczeniu, popierają ten pomysł – wyjaśnia.

Bliżej oryginału

Ludzie chcą żyć coraz dłużej i lepiej, mają na to pieniądze, więc zapewne im się to uda. Niestety, narządy się zużywają i ulegają uszkodzeniu, jednym z rozwiązań jest ich wymiana – mówi specjalista od inżynierii biomedycznej prof. Tomasz Ciach z Politechniki Warszawskiej.

Wymiana uszkodzonych kończyn to dopiero wstęp. Już dzisiaj mechaniczne serca ratują życie osobom oczekującym na transplantację, implanty ślimakowe przywracają słuch, pompy insulinowe zastępują trzustkę, syntetyczne soczewki przywracają wzrok.

Przykłady można mnożyć, a bionika coraz śmielej pokonuje kolejne granice. W przyszłym roku mają się rozpocząć badania kliniczne sztucznej siatkówki o nazwie Bio-Retina izraelskiej firmy Nano Retina. Ich celem jest opracowanie implantu, który pozwoliłby odzyskać zdolność widzenia, utraconą w wyniku zwyrodnienia plamki żółtej. Miniaturowy układ elektroniczny umieszcza się na uszkodzonej siatkówce w czasie krótkiego, minimalnie inwazyjnego zabiegu, a pacjent już praktycznie po jego zakończeniu częściowo odzyskuje wzrok. W obecnej wersji urządzenie dysponuje rozdzielczością pozwalającą na rozpoznawanie znajomych twarzy, ale już następna generacja będzie dawała obraz podobny do oglądanego w starym, czarno-białym telewizorze.

Aby to osiągnąć, konieczne było m.in. opracowanie mikroskopijnych elektrod, które pobudzają zakończenia nerwu wzrokowego. To właśnie rozwój technik manipulacji materią w mikroskali jest jednym z najważniejszych osiągnięć inżynierii, które pozwalają budować złożone urządzenia, na tyle małe, aby można było je wszczepić do ciała.

Postęp w tej dziedzinie świetnie ilustruje prototyp sztucznego płuca, skonstruowany niedawno przez zespół z Case Western Reserve University. Wzorowany na biologicznym narządzie, syntetyczny organ zawiera w swoim wnętrzu mikroskopijne silikonowe kapilary, zakończone podobnymi do naturalnych, przepuszczającymi gazy, pęcherzykami. W przeciwieństwie do wcześniejszych konstrukcji wielkości sporej szafki i wymagających czystego tlenu, nowy system może pracować w powietrzu, przy wielkości zaledwie 15×15×10 cm. Podłączony do układu krążenia, nie będzie przy tym wymagał zasilania.

Niestety, odtworzenie wielu funkcji żywych komórek nadal przerasta możliwości naukowców. Uczeni zaczynają radzić sobie i z tym wyzwaniem, konstruując syntetyczno-komórkowe hybrydy. Tę metodę wykorzystano w kierowanym przez zespół z University of California w San Francisco projekcie wszczepialnej zastępczej nerki.

Jedna część doskonalonego właśnie narządu zawiera tysiące mikroskopijnych filtrów usuwających z krwi toksyny, podczas gdy druga – biologiczny kartridż – przechowuje niektóre komórki występujące w naturalnych kanalikach nerkowych. Podobnie jak w żywej nerce, komórki w kartridżu wykonują takie zadania, jak regulacja ciśnienia krwi czy wydzielanie hormonów oraz innych istotnych substancji. Z podobnego podejścia skorzystał zespół prof. Ciacha, który opracował sztuczne naczynia krwionośne porastające komórkami śródbłonka, co zapobiega zakrzepom.

Sztuczna pamięć

Choć uczeni nieźle już znają anatomię, fizjologię i biochemię człowieka, to jeden narząd wciąż stanowi ogromną tajemnicę. Mowa o ludzkim mózgu, który zawiera ok. 100 mld neuronów, a każdy z nich komunikuje się z innymi, średnio za pomocą 10 tys. łączących je synaps. Wadliwe działanie tego układu może prowadzić do całego spektrum chorób – od paraliżu do demencji. Ze względu na porażającą wyobraźnię liczbę, rozkodowanie owych synaptycznych połączeń, nawet w pojedynczym mózgu, leży daleko poza zasięgiem obecnej nauki. Mimo to uczeni zajmujący się konektomiką, czyli właśnie poznawaniem neuronalnych szlaków komunikacyjnych, powoli rozszyfrowują fragmenty tej złożonej sieci.

Jednym z wielu rezultatów tych wysiłków mogą być współpracujące z mózgiem implanty. Proste urządzenia tego typu stosuje się już w przypadku choroby Parkinsona czy ciężkich przypadków depresji, ale osiągnąć można znacznie więcej. Na przykład zespół badaczy z Wake Forest University i University of Southern California od wielu lat pracuje nad sztucznym hipokampem. To obszar, który odpowiada m.in. za utrwalanie śladów pamięciowych. W ubiegłym roku uczonym udało się wszczepić szczurom z uszkodzonymi neuronami hipokampa implant naśladujący komórkowe sygnały. Dzięki temu zwierzęta odzyskały zdolność zapamiętywania. Według badaczy przyszłe urządzenia tego rodzaju będą mogły pomagać osobom cierpiącym na chorobę Alzheimera czy ofiarom udaru.

Lepsze niż natura

Takich cudownych wynalazków będzie coraz więcej. Za przykład może posłużyć niedawne odkrycie uczonych z University of Washington. Amerykański zespół znalazł w ciele kałamarnic substancję, która ma pozwolić na zbudowanie układów wykorzystujących przesył jonów, podobnie jak to się dzieje w żywych komórkach. W efekcie ma powstać pomost między światem cybernetycznym a biologicznym, umożliwiający taką komunikację. W innych laboratoriach powstają już m.in. skóra, sztuczne mięśnie, włókna nerwowe, a nawet neurony.

W przywracaniu naturalnego zdrowia bionika może co prawda przegrać z laboratoryjną hodowlą narządów, jednak technika ma jedną, potężną przewagę nad biologią. Nie dotyczą jej ograniczenia, jakim ze względu na swoją naturę muszą poddać się żywe tkanki.

Jednym ze sposobów na odbudowę ciała jest tworzenie biologicznych organów z komórek pacjenta. Są one naturalne dla organizmu i w pewnym stopniu potrafią się regenerować. Elektromechaniczne narządy wykonane z nowoczesnych materiałów są natomiast bardzo trwałe, odporne i silne, choć na razie częstym problemem jest zaopatrywanie ich w energię – wyjaśnia prof. Ciach. – Na przykład człowiek ze sztucznym sercem musi codziennie pamiętać o naładowaniu baterii.

Bioniczne wszczepy można jednak zmieniać i ulepszać. Już rok po wymianie naturalnej ręki na cybernetyczną młody Austriak otrzymał nowszą wersję protezy, która odczytuje więcej sygnałów z mięśni i zapewnia tym samym szersze możliwości ruchu.

Znany specjalista od nowoczesnej protetyki prof. Hugh Herr z Massachusetts Institute of Technology twierdzi wręcz, że już niebawem elektroniczne części zamienne będą doskonalsze od oryginałów, a przy tym trendy. Herr, który sam stracił obie nogi poniżej kolan w wieku 17 lat, z dumą prezentuje swoje zasilane elektrycznie protezy, zakładając do marynarki krótkie spodnie.

Już dzisiaj sztuczne soczewki nowej generacji, które wszczepia się chorym na zaćmę, pozwalają uzyskać ostrość widzenia wykraczającą poza skalę przewidzianą dla osób zdrowych. Bioniczną siatkówkę będzie można w przyszłości wyposażyć np. w czujnik podczerwieni albo miniaturowy noktowizor, soczewkę w sztucznym oku zamienić na obiektyw z zoomem, sztuczne płuca i serce mogą osiągnąć większą wydajność od biologicznych, pozwalając np. na długi bieg bez zadyszki. – Myślę, że z czasem stworzymy cybernetyczne ciało, które będzie lepsze od prawdziwego – uważa prof. Ciach.

Nanoczłowiek

Według sporej grupy wizjonerów zajmujących się ulepszaniem człowieka prawdziwa rewolucja nadejdzie wraz z rozwojem nanotechnologii. Hordy robotów wielkości krwinki mają zadbać o nasze zdrowie, dać nam nadludzkie możliwości i na stałe połączyć z komputerami. – Przed nami jeszcze długa droga, zanim zbudujemy nanoukłady tak doskonałe, jak choćby nasze rybosomy, które w komórkach produkują białka na podstawie kodu genetycznego. Myślę jednak, że część śmiałych przepowiedni się spełni – twierdzi prof. Ciach.

Jego zespół rozpoczyna właśnie badania nad nanocząstkami, które będą wnikać do komórek nowotworowych i je niszczyć. Latem tego roku uczeni z University of Florida zaprezentowali natomiast chemicznego nanorobota, który zwalcza wirusa zapalenia wątroby typu C. Wbudowana w jego strukturę cząsteczka DNA rozpoznaje wroga i uruchamia działanie enzymu, który atakuje cząsteczki niezbędne wirusowi do namnażania. Możemy więc już mówić o przetwarzającym informacje genetycznym układzie sterowania sprzężonym z biochemicznym aparatem, wykonującym jego polecenia. Oto prawdziwy mikroskopijny robot.

Nano-boty mogą reagować na dowolny, zaprogramowany wcześniej gen, a to znaczy, że teoretycznie mogą leczyć każde zakażenie czy nowotwory. Terapia jest przy tym pozbawiona uciążliwych skutków ubocznych, a roboty można podawać w tabletkach.

Przyglądając się takim wynalazkom i biorąc pod uwagę, że nauka i technika rozwijają się w tempie wykładniczym, można dać się uwieść przepowiedniom o stałym połączeniu istoty ludzkiej z maszynami. Czy rzeczywiście do tego dojdzie? – Naukowcy zajmują się tworzeniem przyszłości, ale stoją mocno na ziemi. Chcąc przewidzieć przyszłość, powinniśmy raczej przyglądać się pomysłom twórców fantastyki – mówi prof. Ciach. W cybernetycznym człowieku jedni widzą nową świetlaną erę, według innych to jedno z największych zagrożeń, które raczej doprowadzi do zatracenia naszego człowieczeństwa.

Polityka 39.2012 (2876) z dnia 26.09.2012; Nauka; s. 64
Oryginalny tytuł tekstu: "Ciałotechnika"
Więcej na ten temat
Reklama

Codzienny newsletter „Polityki”. Tylko ważne tematy

Na podany adres wysłaliśmy wiadomość potwierdzającą.
By dokończyć proces sprawdź swoją skrzynkę pocztową i kliknij zawarty w niej link.

Informacja o RODO

Polityka RODO

  • Informujemy, że administratorem danych osobowych jest Polityka Sp. z o.o. SKA z siedzibą w Warszawie 02-309, przy ul. Słupeckiej 6. Przetwarzamy Twoje dane w celu wysyłki newslettera (podstawa przetwarzania danych to konieczność przetwarzania danych w celu realizacji umowy).
  • Twoje dane będą przetwarzane do chwili ew. rezygnacji z otrzymywania newslettera, a po tym czasie mogą być przetwarzane przez okres przedawnienia ewentualnych roszczeń.
  • Podanie przez Ciebie danych jest dobrowolne, ale konieczne do tego, żeby zamówić nasz newsletter.
  • Masz prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania, a także prawo do przenoszenia swoich danych oraz wniesienia skargi do organu nadzorczego.

Czytaj także

Społeczeństwo

Rozmowa z lesbijkami, szczęśliwymi małżonkami

Gdy słyszę, że ktoś krzyczy za mną lesba, wzruszam ramionami i idę dalej. A nawet gdybym miała zareagować, powiedziałabym: tak, lesba, i co z tego? – rozmowa z Małgorzatą Rawińską i Ewą Tomaszewicz.

Joanna Cieśla
12.06.2018
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną