Części zamienne dla człowieka

Ciałotechnika
Ludzkie ciało będzie można naprawiać jak samochody – gdy któryś z narządów się zepsuje, zastąpi się go syntetycznym zamiennikiem. Są już tego pierwsze przykłady.
Okulary zmieniające obraz we wrażenia dotykowe na czole niewidomego.
AP/EAST NEWS

Okulary zmieniające obraz we wrażenia dotykowe na czole niewidomego.

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.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

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

Powrót na stronę główną