Kunstigt organ
Kunstige lemmerRediger
Kunstige arme og ben, eller proteser, har til formål at genskabe en vis grad af normal funktion for amputerede personer. Mekaniske anordninger, der gør det muligt for amputerede at gå igen eller fortsætte med at bruge to hænder, har sandsynligvis været i brug siden oldtiden, hvoraf det mest bemærkelsesværdige er det simple træben. Siden da er udviklingen af kunstige lemmer gået hurtigt fremad. Nye plastmaterialer og andre materialer som f.eks. kulfiber har gjort det muligt at gøre kunstige lemmer stærkere og lettere, hvilket begrænser den ekstra energi, der er nødvendig for at betjene lemmerne. Yderligere materialer har gjort det muligt for kunstige lemmer at se meget mere realistiske ud. Proteser kan groft sagt kategoriseres som øvre og nedre ekstremiteter og kan have mange former og størrelser.
Nye fremskridt inden for kunstige lemmer omfatter yderligere niveauer af integration med den menneskelige krop. Elektroder kan placeres i nervevævet, og kroppen kan trænes til at styre protesen. Denne teknologi er blevet anvendt på både dyr og mennesker. Protesen kan styres af hjernen ved hjælp af et direkte implantat eller et implantat i forskellige muskler.
BladderRediger
De to vigtigste metoder til at erstatte blærefunktionen indebærer enten omledning af urinstrømmen eller udskiftning af blæren in situ. Standardmetoderne til erstatning af blæren indebærer, at man fremstiller en blære-lignende pose af tarmvæv. Fra 2017 var metoder til at dyrke blærer ved hjælp af stamceller blevet forsøgt i klinisk forskning, men denne procedure var ikke en del af medicinen.
BrainEdit
Neurale proteser er en række anordninger, der kan erstatte en motorisk, sensorisk eller kognitiv modalitet, som kan være blevet beskadiget som følge af en skade eller en sygdom.
Neurostimulatorer, herunder dybe hjernestimulatorer, sender elektriske impulser til hjernen med henblik på at behandle neurologiske og bevægelsesmæssige lidelser, herunder Parkinsons sygdom, epilepsi, behandlingsresistent depression og andre tilstande som urininkontinens. I stedet for at erstatte eksisterende neurale netværk for at genoprette funktionen tjener disse apparater ofte til at forstyrre output fra eksisterende dårligt fungerende nervecentre for at fjerne symptomer.
Videnskabsfolk skabte i 2013 en minihjerne, der udviklede centrale neurologiske komponenter indtil de tidlige svangerskabsstadier af fostermodningen.
Corpora cavernosaRediger
Til behandling af erektil dysfunktion kan begge corpora cavernosa irreversibelt udskiftes kirurgisk med manuelt oppustelige penisimplantater. Dette er en drastisk terapeutisk operation, der kun er beregnet til mænd, der lider af fuldstændig impotens, og som har modstået alle andre behandlingsmetoder. En implanteret pumpe i (lysken) eller (pungen) kan manipuleres manuelt for at fylde disse kunstige cylindre, der normalt er dimensioneret til at være direkte erstatninger for de naturlige corpora cavernosa, fra et implanteret reservoir for at opnå erektion.
EarEdit
I tilfælde, hvor en person er dybt døv eller svært hørehæmmet på begge ører, kan et cochlear implantat blive indopereret kirurgisk. Cochlear-implantater omgår det meste af det perifere auditive system for at give en fornemmelse af lyd via en mikrofon og noget elektronik, der befinder sig uden for huden, som regel bag øret. De eksterne komponenter sender et signal til en række elektroder, der er placeret i cochlea, som igen stimulerer den cochleare nerve.
I tilfælde af et traume på det ydre øre kan det være nødvendigt med en kraniofacial protese.
Thomas Cervantes og hans kolleger fra Massachusetts General Hospital byggede et kunstigt øre af fårebrusk ved hjælp af en 3D-printer. Med en masse beregninger og modeller lykkedes det dem at bygge et øre, der var formet som et typisk menneskeligt øre. De blev modelleret af en plastikkirurg og måtte justere flere gange, så det kunstige øre kan have kurver og linjer ligesom et menneskeøre. Forskerne sagde: “Teknologien er nu under udvikling med henblik på kliniske forsøg, og derfor har vi opskaleret og omdesignet de fremtrædende træk ved stilladset for at matche størrelsen på et voksent menneskeøre og bevare det æstetiske udseende efter implantation.” Deres kunstige ører er ikke blevet annonceret som en succes, men de er stadig i gang med at udvikle projektet. Hvert år bliver tusindvis af børn født med en medfødt misdannelse kaldet microtia, hvor det ydre øre ikke udvikler sig fuldt ud. Dette kunne være et stort skridt fremad inden for medicinsk og kirurgisk behandling af microtia.
EyeEdit
Det hidtil mest vellykkede funktionserstattende kunstige øje er faktisk et eksternt digitalt miniaturekamera med en fjernbetjent ensrettet elektronisk grænseflade, der er implanteret på nethinden, synsnerven eller andre relaterede steder inde i hjernen. På nuværende tidspunkt giver det kun delvis funktionalitet, f.eks. genkendelse af lysstyrkeniveauer, farveskalaer og/eller grundlæggende geometriske former, hvilket beviser konceptets potentiale.
Flere forskere har påvist, at nethinden udfører strategisk billedforbehandling for hjernen. Problemet med at skabe et helt funktionelt kunstigt elektronisk øje er endnu mere komplekst. Fremskridt i retning af at tackle kompleksiteten af den kunstige forbindelse til nethinden, synsnerven eller relaterede hjerneområder, kombineret med løbende fremskridt inden for computervidenskab, forventes at forbedre denne teknologis ydeevne dramatisk.
HeartEdit
Kardiovaskulærrelaterede kunstige organer implanteres i tilfælde, hvor hjertet, dets klapper eller en anden del af kredsløbssystemet er i uorden. Det kunstige hjerte bruges typisk til at overbrygge tiden til hjertetransplantation eller til permanent at erstatte hjertet, hvis hjertetransplantation er umulig. Kunstige pacemakere er en anden kardiovaskulær anordning, der kan implanteres for enten at forstærke den naturlige levende hjertes pacemaker med mellemrum (defibrillatortilstand), kontinuerligt forstærke den eller helt omgå den naturlige levende hjertes pacemaker efter behov. Ventrikelhjælpemidler er et andet alternativ, der fungerer som mekaniske kredsløbsanordninger, der helt eller delvist erstatter funktionen af et svigtende hjerte, uden at selve hjertet skal fjernes.
Og der forskes også i laboratorieavlede hjerter og 3D-bioprintede hjerter. I øjeblikket er forskerne begrænset i deres evne til at dyrke og printe hjerter på grund af vanskeligheder med at få blodkar og laboratoriefremstillede væv til at fungere sammenhængende.
NyreRediger
Det er blevet rapporteret, at forskere ved University of California, San Francisco, er ved at udvikle en implanterbar kunstig nyre. I 2018 har disse forskere gjort betydelige fremskridt med teknologien, men er stadig ved at identificere metoder til at forhindre blodpropper i forbindelse med deres maskine.
Listen over de patienter, der venter på nyrer, er lang, og nyrer er sjældne sammenlignet med andre organer. Mange mennesker kunne ikke vente på deres operationer. Forskere føler trang til at udvikle en kunstig nyre, de har arbejdet hårdt for at lave en nyre, der kan fungere perfekt, og som forhåbentlig kan erstatte menneskelige nyrer. Takket være NIBIB Quantum-stipendiaterne er udviklingen af kunstige nyrer gået fremad, de har beregnet en simulering af, hvordan blodet flyder, og de har kombineret deres arbejde med en sjælden ekspertise inden for kunstige nyrer. “Som udviklerne af denne teknologi kun alt for godt ved, er det særligt frustrerende at skulle håndtere blodpropper, som både kan stoppe apparatet til, hvilket gør det ubrugeligt, og forårsage farer for andre dele af kroppen, hvor blodgennemstrømningen ville blive kompromitteret”, sagde Rosemarie Hunziker, direktør for NIBIB-programmet i Tissue Engineering and Regenerative Medicine.
En kunstig nyre ville gøre det muligt for blodet at filtrere kontinuerligt, hvilket ville bidrage til at reducere nyresygdomme sygdom og øge livskvaliteten for patienterne.
LeverRediger
HepaLife er ved at udvikle en bioartificiel leveranordning beregnet til behandling af leversvigt ved hjælp af stamceller. Den kunstige lever er designet til at fungere som en støttende anordning, der enten gør det muligt for leveren at regenerere ved svigt eller at bygge bro over patientens leverfunktioner, indtil transplantation er tilgængelig. Den er kun mulig, fordi den anvender rigtige leverceller (hepatocytter), og selv da er den ikke en permanent erstatning.
Forskere fra Japan har fundet ud af, at en blanding af menneskelige leverforløberceller (differentieret fra menneskelige inducerede pluripotente stamceller ) og to andre celletyper spontant kan danne tredimensionelle strukturer, der kaldes “leverknopper”.”
LungerRediger
Med nogle næsten fuldt funktionsdygtige, kunstige lunger lover at blive en stor succes i den nærmeste fremtid. En virksomhed MC3 fra Ann Arbor arbejder i øjeblikket på denne type medicinsk udstyr.
Ekstrakorporal membranoxygenering (ECMO) kan bruges til at aflaste det oprindelige lungevæv og hjertet betydeligt. Ved ECMO anbringes et eller flere katetre i patienten, og en pumpe bruges til at lade blodet flyde over hule membranfibre, som udveksler ilt og kuldioxid med blodet. I lighed med ECMO har ekstrakorporal CO2-fjernelse (ECCO2R) en lignende opsætning, men gavner primært patienten gennem fjernelse af kuldioxid frem for iltning med det formål at give lungerne mulighed for at slappe af og helbrede.
ÆggestokkeRediger
Grundlaget for udviklingen af den kunstige æggestok blev lagt i begyndelsen af 1990’erne.
Patienter i den reproduktive alder, der udvikler kræft, modtager ofte kemoterapi eller strålebehandling, hvilket skader ægcellerne og fører til tidlig overgangsalder. Der er blevet udviklet en kunstig menneskelig æggestok på Brown University med selvsamlede mikrovæv, der er skabt ved hjælp af en ny 3-D petriskålsteknologi. I en undersøgelse, der blev finansieret og gennemført af NIH i 2017, lykkedes det forskerne at udskrive 3-D-ægestokke og implantere dem i sterile mus. I fremtiden håber forskerne at kunne gentage dette i større dyr såvel som i mennesker. Den kunstige æggestok vil blive brugt til in vitro modning af umodne ægceller og udvikling af et system til at studere virkningen af miljøgifte på folliculogenese.
PancreasRediger
En kunstig bugspytkirtel bruges til at erstatte endokrin funktionalitet fra en sund bugspytkirtel for diabetikere og andre patienter, der har brug for det. Den kan anvendes til at forbedre insulinerstatningsterapien, indtil den glykæmiske kontrol er praktisk talt normal, hvilket fremgår af undgåelsen af komplikationer ved hyperglykæmi, og den kan også lette behandlingsbyrden for insulinafhængige personer. Tiltag omfatter anvendelse af en insulinpumpe under lukket kredsløbsstyring, udvikling af en bio-kunstig bugspytkirtel bestående af en biokompatibel plade af indkapslede betaceller eller anvendelse af genterapi.
Røde blodlegemerRediger
Kunstige røde blodlegemer (RBC) har allerede været i projekter i omkring 60 år, men de begyndte at få interesse, da krisen med HIV-forurenet donorblod. Kunstige RBC’er vil være 100 % afhængige af nanoteknologi. En vellykket kunstig RBC skal være i stand til helt at erstatte menneskelige RBC, hvilket betyder, at den kan udføre alle de funktioner, som en menneskelig RBC udfører.
Den første kunstige RBC, der blev fremstillet af Chang og Poznanski i 1968, blev lavet til at transportere ilt og kuldioxid, også antioxidantfunktioner.
Videnskabsfolk arbejder på en ny slags kunstig RBC, som er en femtedel så stor som en menneskelig RBC. De er fremstillet af rensede menneskelige hæmoglobinproteiner, der er blevet belagt med en syntetisk polymer. Takket være de kunstige RBC’ers særlige materialer kan de fange ilt, når blodets pH-værdi er høj, og frigive ilt, når blodets pH-værdi er lav. Polymerbelægningen forhindrer også hæmoglobinet i at reagere med nitrogenoxid i blodet, hvilket forhindrer farlig forsnævring af blodkarrene. Allan Doctor, MD, erklærede, at de kunstige RBC’er kan bruges af alle, uanset blodtype, fordi belægningen er immunforsvarsløs.
TestiklerRediger
Mænd, der har fået testikelanormaliteter på grund af fødselsdefekter eller skader, har været i stand til at erstatte den beskadigede testikel med en testikelprotese. Selv om protesen ikke genopretter den biologiske reproduktionsfunktion, har apparatet vist sig at forbedre den mentale sundhed for disse patienter.
ThymusEdit
Der findes ikke en implanterbar maskine, der udfører en thymus’ funktion. Forskere har dog været i stand til at dyrke en thymus fra omprogrammerede fibroblaster. De udtrykte håb om, at tilgangen en dag kunne erstatte eller supplere neonatal thymustransplantation.
I 2017 udviklede forskere på UCLA en kunstig thymus, der, selv om den endnu ikke kan implanteres, er i stand til at udføre alle funktioner af en ægte thymus.
Den kunstige thymus ville spille en vigtig rolle i immunsystemet, den ville bruge blodstamceller til at producere flere T-celler, hvilket ville hjælpe kroppen med at bekæmpe infektioner, den ville også give kroppen evnen til at fjerne kræftceller. Da når folk bliver gamle, fungerer deres thymus ikke godt, ville en kunstig thymus være et godt valg til at erstatte en gammel, ikke velfungerende-thymus.
Tanken om at bruge T-celler til at bekæmpe infektioner har eksisteret i et stykke tid, men indtil for nylig er tanken om at bruge en T-cellekilde, en kunstig thymus blevet foreslået. “Vi ved, at nøglen til at skabe en ensartet og sikker forsyning af kræftbekæmpende T-celler ville være at kontrollere processen på en måde, der deaktiverer alle T-celle receptorer i de transplanterede celler, undtagen de kræftbekæmpende receptorer”, siger Dr. Gay Crooks fra UCLA. Forskerne fandt også, at de T-celler, der blev produceret af den kunstige thymus, havde en bred vifte af T-celle receptorer og fungerede på samme måde som de T-celler, der produceres af en normal thymus. Da de kan fungere som menneskelige thymus, kan kunstige thymus levere en ensartet mængde T-celler til kroppen til de patienter, der har brug for behandlinger.
TracheaRediger
Feltet for kunstige tracheaer gennemgik en periode med stor interesse og spænding med Paolo Macchiarinis arbejde på Karolinska Instituttet og andre steder fra 2008 til omkring 2014, med forsideomtale i aviser og på tv. Der blev rejst bekymringer om hans arbejde i 2014, og i 2016 var han blevet fyret, og ledelsen på højt niveau på Karolinska var blevet afskediget, herunder personer, der var involveret i Nobelprisen.
I 2017 havde konstruktionen af en luftrør – et hult rør foret med celler – vist sig at være mere udfordrende end oprindeligt antaget; udfordringerne omfatter den vanskelige kliniske situation for personer, der præsenterer sig som kliniske kandidater, som generelt allerede har været igennem flere procedurer; at skabe et implantat, der kan blive fuldt udviklet og integreres med værten, mens det kan modstå respiratoriske kræfter samt den roterende og langsgående bevægelse, som luftrøret gennemgår.