Órgano artificial
Miembros artificialesEditar
Los brazos y las piernas artificiales, o prótesis, están destinados a devolver un grado de función normal a los amputados. Los dispositivos mecánicos que permiten a los amputados volver a caminar o seguir utilizando las dos manos se han utilizado probablemente desde la antigüedad, siendo el más notable la simple pata de palo. Desde entonces, el desarrollo de miembros artificiales ha progresado rápidamente. Los nuevos plásticos y otros materiales, como la fibra de carbono, han permitido que los miembros artificiales sean más fuertes y ligeros, limitando la cantidad de energía extra necesaria para hacer funcionar el miembro. Otros materiales han permitido que los miembros artificiales tengan un aspecto mucho más realista. Las prótesis pueden clasificarse a grandes rasgos en extremidades superiores e inferiores y pueden tener muchas formas y tamaños.
Los nuevos avances en las extremidades artificiales incluyen niveles adicionales de integración con el cuerpo humano. Se pueden colocar electrodos en el tejido nervioso y entrenar al cuerpo para que controle la prótesis. Esta tecnología se ha utilizado tanto en animales como en humanos. La prótesis puede ser controlada por el cerebro mediante un implante directo o un implante en varios músculos.
VejigaEditar
Los dos métodos principales para sustituir la función de la vejiga implican redirigir el flujo de orina o sustituir la vejiga in situ. Los métodos estándar para sustituir la vejiga implican la creación de una bolsa similar a la vejiga a partir de tejido intestinal. A partir de 2017 se han intentado métodos para cultivar vejigas utilizando células madre en la investigación clínica, pero este procedimiento no forma parte de la medicina.
BrainEdit
Las prótesis neuronales son una serie de dispositivos que pueden sustituir una modalidad motora, sensorial o cognitiva que pueda haber sido dañada como consecuencia de una lesión o una enfermedad.
Los neuroestimuladores, incluidos los estimuladores cerebrales profundos, envían impulsos eléctricos al cerebro para tratar trastornos neurológicos y del movimiento, como la enfermedad de Parkinson, la epilepsia, la depresión resistente al tratamiento y otras afecciones como la incontinencia urinaria. En lugar de sustituir las redes neuronales existentes para restablecer la función, estos dispositivos suelen servir para interrumpir la salida de los centros nerviosos existentes que funcionan mal para eliminar los síntomas.
Científicos crearon en 2013 un minicerebro que desarrolló componentes neurológicos clave hasta las primeras etapas gestacionales de la maduración fetal.
Cuerpos cavernososEditar
Para tratar la disfunción eréctil, ambos cuerpos cavernosos pueden ser sustituidos quirúrgicamente de forma irreversible por implantes de pene inflables manualmente. Se trata de una cirugía terapéutica drástica destinada únicamente a los hombres que padecen una impotencia total y que se han resistido a todos los demás enfoques de tratamiento. Una bomba implantada en la (ingle) o en el (escroto) puede manipularse manualmente para llenar estos cilindros artificiales, normalmente dimensionados para ser sustitutos directos de los cuerpos cavernosos naturales, desde un depósito implantado con el fin de lograr una erección.
EarEdit
En los casos en los que una persona padece sordera profunda o hipoacusia severa en ambos oídos, se puede implantar quirúrgicamente un implante coclear. Los implantes cocleares evitan la mayor parte del sistema auditivo periférico para proporcionar una sensación de sonido a través de un micrófono y algunos componentes electrónicos que residen fuera de la piel, generalmente detrás de la oreja. Los componentes externos transmiten una señal a un conjunto de electrodos colocados en la cóclea, que a su vez estimula el nervio coclear.
En el caso de un traumatismo del oído externo, puede ser necesaria una prótesis craneofacial.
Thomas Cervantes y sus colegas, que son del Hospital General de Massachusetts, construyeron una oreja artificial a partir de cartílago de oveja mediante una impresora 3D. Con muchos cálculos y modelos, lograron construir una oreja con la forma de una típica humana. Modelados por un cirujano plástico, tuvieron que ajustarse varias veces para que la oreja artificial tuviera curvas y líneas como una oreja humana. Los investigadores afirmaron que «la tecnología está ahora en desarrollo para ensayos clínicos, por lo que hemos ampliado y rediseñado los rasgos prominentes del andamio para que coincida con el tamaño de una oreja humana adulta y para preservar el aspecto estético tras la implantación». No se ha anunciado el éxito de sus orejas artificiales, pero siguen desarrollando el proyecto. Cada año nacen miles de niños con una deformidad congénita llamada microtia, en la que el oído externo no se desarrolla completamente. Esto podría suponer un gran avance en el tratamiento médico y quirúrgico de la microtia.
Edición de ojos
El ojo artificial que sustituye la función con más éxito hasta ahora es, en realidad, una cámara digital externa en miniatura con una interfaz electrónica unidireccional remota implantada en la retina, el nervio óptico u otros lugares relacionados dentro del cerebro. El estado actual de la técnica sólo ofrece una funcionalidad parcial, como el reconocimiento de niveles de brillo, muestras de color y/o formas geométricas básicas, lo que demuestra el potencial del concepto.
Varios investigadores han demostrado que la retina realiza un preprocesamiento estratégico de imágenes para el cerebro. El problema de crear un ojo electrónico artificial completamente funcional es aún más complejo. Se espera que los avances para abordar la complejidad de la conexión artificial con la retina, el nervio óptico o las áreas cerebrales relacionadas, combinados con los continuos avances en informática, mejoren drásticamente el rendimiento de esta tecnología.
CorazónEdit
Los órganos artificiales relacionados con el sistema cardiovascular se implantan en los casos en los que el corazón, sus válvulas u otra parte del sistema circulatorio sufren algún trastorno. El corazón artificial suele utilizarse como puente hasta el trasplante de corazón, o para sustituirlo permanentemente en caso de que el trasplante de corazón sea imposible. Los marcapasos artificiales representan otro dispositivo cardiovascular que puede implantarse para aumentar de forma intermitente (modo desfibrilador), aumentar de forma continua o evitar por completo el marcapasos cardíaco natural vivo, según sea necesario. Los dispositivos de asistencia ventricular son otra alternativa, ya que actúan como dispositivos circulatorios mecánicos que sustituyen parcial o totalmente la función de un corazón defectuoso, sin necesidad de extraer el propio corazón.
Además de éstos, también se están investigando corazones cultivados en laboratorio y corazones bioimpresos en 3D. Actualmente, los científicos están limitados en su capacidad para cultivar e imprimir corazones debido a las dificultades para conseguir que los vasos sanguíneos y los tejidos fabricados en el laboratorio funcionen de forma cohesiva.
RiñónEditar
Se ha informado de que los científicos de la Universidad de California en San Francisco están desarrollando un riñón artificial implantable. A partir de 2018, estos científicos han hecho avances significativos con la tecnología, pero todavía están identificando métodos para evitar la coagulación de la sangre asociada a su máquina.
La lista de los pacientes que están esperando riñones es larga, y los riñones son raros en comparación con otros órganos. Muchas personas no pueden esperar a ser operadas. Los científicos sienten la necesidad de desarrollar un riñón artificial, han estado trabajando duro con el fin de hacer un riñón que pueda funcionar perfectamente, y con la esperanza de poder reemplazar los riñones humanos. Gracias a los becarios del NIBIB Quantum, el desarrollo del riñón artificial ha avanzado, han calculado una simulación de cómo fluye la sangre, han combinado su trabajo con una rara experiencia en riñón artificial. «Como saben muy bien los desarrolladores de esta tecnología, es especialmente frustrante enfrentarse a los coágulos de sangre, que pueden tanto taponar el dispositivo, haciéndolo inútil, como causar peligros en otras partes del cuerpo donde el flujo sanguíneo se vería comprometido», dijo Rosemarie Hunziker, Directora del programa del NIBIB en Ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa.
Un riñón artificial permitiría filtrar la sangre de forma continua, lo que ayudaría a reducir las enfermedades renales y a aumentar la calidad de vida de los pacientes.
HígadoEditar
HepaLife está desarrollando un dispositivo de hígado bioartificial destinado al tratamiento de la insuficiencia hepática mediante células madre. El hígado artificial está diseñado para servir como dispositivo de apoyo, ya sea para permitir que el hígado se regenere en caso de fallo, o para servir de puente a las funciones hepáticas del paciente hasta que el trasplante esté disponible. Sólo es posible gracias a que utiliza células hepáticas reales (hepatocitos), e incluso así, no es un sustituto permanente.
Investigadores de Japón descubrieron que una mezcla de células precursoras del hígado humano (diferenciadas a partir de células madre pluripotentes inducidas humanas ) y otros dos tipos de células pueden formar espontáneamente estructuras tridimensionales denominadas «yemas hepáticas.»
PulmonesEditar
Con algunos casi totalmente funcionales, los pulmones artificiales prometen ser un gran éxito en un futuro próximo. Una empresa de Ann Arbor, MC3, está trabajando actualmente en este tipo de dispositivo médico.
La oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO) puede utilizarse para aliviar considerablemente la carga del tejido pulmonar nativo y del corazón. En la ECMO, se colocan uno o más catéteres en el paciente y se utiliza una bomba para hacer fluir la sangre sobre fibras de membrana huecas, que intercambian oxígeno y dióxido de carbono con la sangre. Al igual que la ECMO, la extracción extracorpórea de CO2 (ECCO2R) tiene una configuración similar, pero beneficia principalmente al paciente a través de la eliminación de dióxido de carbono, en lugar de la oxigenación, con el objetivo de permitir que los pulmones se relajen y sanen.
OvariosEditar
Las bases para el desarrollo del ovario artificial se sentaron a principios de la década de 1990.
Las pacientes en edad reproductiva que desarrollan un cáncer suelen recibir quimioterapia o radioterapia, lo que daña los ovocitos y provoca una menopausia temprana. En la Universidad de Brown se ha desarrollado un ovario humano artificial con microtejidos autoensamblados creados mediante una novedosa tecnología de placas de Petri en 3D. En un estudio financiado y realizado por los NIH en 2017, los científicos lograron imprimir ovarios en 3D e implantarlos en ratones estériles. En el futuro, los científicos esperan replicar esto en animales más grandes, así como en humanos. El ovario artificial se utilizará para la maduración in vitro de ovocitos inmaduros y el desarrollo de un sistema para estudiar el efecto de las toxinas ambientales en la foliculogénesis.
PáncreasEditar
Un páncreas artificial se utiliza para sustituir la funcionalidad endocrina de un páncreas sano para pacientes diabéticos y otros que lo requieren. Puede utilizarse para mejorar la terapia de sustitución de la insulina hasta que el control glucémico sea prácticamente normal, como se evidencia al evitar las complicaciones de la hiperglucemia, y también puede aliviar la carga de la terapia para los insulinodependientes. Los enfoques incluyen el uso de una bomba de insulina bajo control de bucle cerrado, el desarrollo de un páncreas bioartificial que consiste en una lámina biocompatible de células beta encapsuladas, o el uso de la terapia génica.
Glóbulos rojosEditar
Los glóbulos rojos artificiales (RBC) ya están en proyectos desde hace unos 60 años, pero empezaron a cobrar interés cuando la crisis de la sangre de donantes contaminados por el VIH. Los glóbulos rojos artificiales dependerán al 100% de la nanotecnología. Un glóbulo artificial exitoso debería ser capaz de sustituir totalmente al glóbulo humano, lo que significa que puede realizar todas las funciones que realiza un glóbulo humano.
El primer glóbulo artificial, fabricado por Chang y Poznanski en 1968, estaba hecho para transportar oxígeno y dióxido de carbono, también funciones antioxidantes.
Los científicos están trabajando en un nuevo tipo de glóbulo artificial, que tiene una quincuagésima parte del tamaño de un glóbulo humano. Se fabrican a partir de proteínas de hemoglobina humana purificada que se han recubierto con un polímero sintético. Gracias a los materiales especiales de los glóbulos rojos artificiales, pueden captar oxígeno cuando el pH de la sangre es alto y liberarlo cuando es bajo. El recubrimiento de polímero también impide que la hemoglobina reaccione con el óxido nítrico en el torrente sanguíneo, evitando así la peligrosa constricción de los vasos sanguíneos. El doctor Allan Doctor afirmó que el glóbulo artificial puede ser utilizado por cualquier persona, con cualquier tipo de sangre, ya que el recubrimiento es inmuno-silencioso.
TestículosEditar
Los hombres que han sufrido anomalías testiculares por defectos de nacimiento o lesiones han podido sustituir el testículo dañado por una prótesis testicular. Aunque la prótesis no restablece la función reproductiva biológica, se ha demostrado que el dispositivo mejora la salud mental de estos pacientes.
TimoEditar
No existe una máquina implantable que realice la función de un timo. Sin embargo, los investigadores han sido capaces de cultivar un timo a partir de fibroblastos reprogramados. Expresaron la esperanza de que el enfoque podría algún día reemplazar o complementar el trasplante de timo neonatal.
A partir de 2017, los investigadores de la UCLA desarrollaron un timo artificial que, aunque aún no es implantable, es capaz de realizar todas las funciones de un timo verdadero.
El timo artificial desempeñaría un papel importante en el sistema inmunológico, utilizaría las células madre de la sangre para producir más células T, lo que ayudaría al cuerpo a combatir las infecciones, también otorgaría al cuerpo la capacidad de eliminar las células cancerosas. Dado que cuando las personas envejecen, su timo no funciona bien, un timo artificial sería una buena opción para reemplazar a un timo viejo que no funciona bien.
La idea de utilizar células T para luchar contra las infecciones ha existido desde hace tiempo, pero hasta hace poco, se propone la idea de utilizar una fuente de células T, un timo artificial. «Sabemos que la clave para crear un suministro consistente y seguro de células T que luchen contra el cáncer sería controlar el proceso de forma que se desactiven todos los receptores de las células T en las células trasplantadas, excepto los receptores que luchan contra el cáncer», dijo el Dr. Gay Crooks de la UCLA. El científico también descubrió que las células T producidas por el timo artificial portaban una gama diversa de receptores de células T y funcionaban de forma similar a las células T producidas por un timo normal. Dado que pueden funcionar como el timo humano, los timos artificiales pueden suministrar una cantidad constante de células T al cuerpo para los pacientes que necesitan tratamientos.
TráqueaEditar
El campo de las tráqueas artificiales pasó por un período de gran interés y entusiasmo con el trabajo de Paolo Macchiarini en el Instituto Karolinska y en otros lugares desde 2008 hasta alrededor de 2014, con cobertura de primera plana en los periódicos y en la televisión. En 2014 surgieron dudas sobre su trabajo y en 2016 fue despedido y se despidió a altos cargos de la dirección del Karolinska, incluyendo a personas implicadas en el Premio Nobel.
A partir de 2017, la ingeniería de una tráquea -un tubo hueco revestido de células- ha resultado ser más difícil de lo que se pensaba en un principio; los retos incluyen la difícil situación clínica de las personas que se presentan como candidatos clínicos, que generalmente ya han pasado por múltiples procedimientos; la creación de un implante que pueda desarrollarse completamente e integrarse con el huésped mientras resiste las fuerzas respiratorias, así como el movimiento rotacional y longitudinal que experimenta la tráquea.