Keinoelin
KeinoelinEdit
Tekokäsivarret ja -jalat eli proteesit on tarkoitettu palauttamaan amputoiduille jonkinasteinen normaali toiminta. Mekaanisia laitteita, joiden avulla amputoidut pystyvät jälleen kävelemään tai jatkamaan kahden käden käyttöä, on luultavasti ollut käytössä jo antiikin ajoista lähtien, joista merkittävin on yksinkertainen puujalka. Sittemmin proteesien kehittäminen on edennyt nopeasti. Uudet muovit ja muut materiaalit, kuten hiilikuitu, ovat mahdollistaneet sen, että tekoraajoista on tullut vahvempia ja kevyempiä, mikä on rajoittanut raajan käyttämiseen tarvittavan ylimääräisen energian määrää. Lisämateriaalien ansiosta tekoraajat ovat voineet näyttää paljon realistisemmilta. Proteesit voidaan karkeasti luokitella ylä- ja alaraajoihin, ja ne voivat olla monenkokoisia ja -muotoisia.
Uudet edistysaskeleet tekonivelleikkauksissa sisältävät lisää integraatiotasoja ihmiskehon kanssa. Hermokudokseen voidaan sijoittaa elektrodeja, ja keho voidaan kouluttaa ohjaamaan proteesia. Tätä tekniikkaa on käytetty sekä eläimillä että ihmisillä. Proteesia voidaan ohjata aivojen avulla suoran implantin tai eri lihaksiin istutetun implantin avulla.
VirtsarakkoEdit
Kahdessa tärkeimmässä menetelmässä virtsarakon toiminnan korvaamiseen käytetään joko virtsan virtauksen ohjaamista uudelleen tai virtsarakon korvaamista paikan päällä. Virtsarakon korvaamisessa käytetään tavanomaisia menetelmiä, joissa suolistokudoksesta muotoillaan virtsarakon kaltainen pussi. Vuoteen 2017 mennessä menetelmiä virtsarakon kasvattamiseksi kantasolujen avulla oli kokeiltu kliinisessä tutkimuksessa, mutta menettely ei kuulunut lääketieteen piiriin.
BrainEdit
Neuroproteesit ovat joukko laitteita, joilla voidaan korvata motorinen, sensorinen tai kognitiivinen modaliteetti, joka on saattanut vaurioitua vamman tai sairauden seurauksena.
Neurostimulaattorit, mukaan lukien syväaivostimulaattorit, lähettävät sähköimpulsseja aivoihin neurologisten ja liikehäiriöiden, mukaan lukien Parkinsonin taudin, epilepsian, hoidonkestävän masennuksen ja muiden sairauksien, kuten virtsankarkailun, hoitoon. Sen sijaan, että nämä laitteet korvaisivat olemassa olevia hermoverkkoja toimintakyvyn palauttamiseksi, ne palvelevat usein häiritsemällä olemassa olevien huonosti toimivien hermokeskusten ulostuloa oireiden poistamiseksi.
Tutkijat loivat vuonna 2013 miniaivot, jotka kehittivät keskeisiä neurologisia komponentteja sikiön kypsymisen varhaisvaiheisiin asti.
Corpora cavernosaEdit
Erektiohäiriöiden hoitamiseksi molemmat corpora cavernosat voidaan korvata kirurgisesti peruuttamattomasti manuaalisesti puhallettavilla penisimplanteilla. Tämä on raju hoitoleikkaus, joka on tarkoitettu vain miehille, jotka kärsivät täydellisestä impotenssista ja jotka ovat vastustaneet kaikkia muita hoitokeinoja. (Nivusiin) tai (kivespussiin) istutettua pumppua voidaan manipuloida käsin täyttämään nämä keinotekoiset sylinterit, jotka on tavallisesti mitoitettu korvaamaan suoraan luonnolliset kavernoidikorpukset, istutetusta säiliöstä erektion aikaansaamiseksi.
EarEdit
Tapauksissa, joissa henkilö on syvästi kuuro tai vaikeasti huonokuuloinen molemmista korvista, sisäkorvaistute voidaan istuttaa kirurgisesti. Sisäkorvaistutteet ohittavat suurimman osan perifeerisestä kuulojärjestelmästä ja tarjoavat ääniaistimuksen mikrofonin ja jonkin verran elektroniikkaa, jotka sijaitsevat ihon ulkopuolella, yleensä korvan takana. Ulkopuoliset komponentit lähettävät signaalin sisäkorvaan sijoitettuun elektrodiryhmään, joka puolestaan stimuloi sisäkorvahermoa.
Korvan ulkokorvan trauman yhteydessä voi olla tarpeen käyttää kalloproteesia.
Thomas Cervantes ja hänen kollegansa Massachusettsin yleissairaalasta rakensivat tekokorvan lampaan rustosta 3D-tulostimella. Monien laskelmien ja mallien avulla he onnistuivat rakentamaan tyypillisen ihmisen korvan muotoisen korvan. Plastiikkakirurgin mallintamaa tekokorvaa jouduttiin muokkaamaan useita kertoja, jotta tekokorvassa olisi käyrät ja linjat aivan kuten ihmiskorvassa. Tutkijat totesivat: ”Teknologiaa kehitetään nyt kliinisiä kokeita varten, ja siksi olemme skaalanneet ja suunnitelleet uudelleen telineen näkyvät piirteet vastaamaan aikuisen ihmiskorvan kokoa ja säilyttämään esteettisen ulkonäön istutuksen jälkeen.” Heidän tekokorvansa ei ole ilmoitettu onnistuneen, mutta he kehittävät hanketta edelleen. Joka vuosi tuhansilla lapsilla syntyy synnynnäinen epämuodostuma nimeltä mikrotia, jossa ulkokorva ei kehity täysin. Tämä voisi olla merkittävä edistysaskel mikrotian lääketieteellisessä ja kirurgisessa hoidossa.
EyeEdit
Tähän mennessä menestyksekkäin toimintoja korvaava tekosilmä on itse asiassa ulkoinen miniatyyri-digitaalikamera, jossa on yksisuuntainen elektroninen etäkäyttöliittymä, joka on istutettu verkkokalvolle, näköhermoon tai muuhun vastaavaan paikkaan aivojen sisällä. Nykyinen tekniikan taso tuottaa vain osittaista toiminnallisuutta, kuten kirkkaustasojen, värien ja/tai geometristen perusmuotojen tunnistamista, mikä osoittaa konseptin potentiaalin.
Monet tutkijat ovat osoittaneet, että verkkokalvo suorittaa strategisen kuvien esikäsittelyn aivoja varten. Täysin toimivan keinotekoisen elektronisen silmän luominen on vielä monimutkaisempi ongelma. Edistyminen kohti verkkokalvon, näköhermon tai niihin liittyvien aivoalueiden keinotekoisen yhteyden monimutkaisuuden ratkaisemista yhdistettynä tietojenkäsittelytieteen jatkuvaan kehitykseen parantavat tämän tekniikan suorituskykyä dramaattisesti.
HeartEdit
Sydän- ja verenkiertoelimistöön liittyviä tekoelimiä istutetaan tapauksissa, joissa sydän, sen läpät tai jokin muu verenkiertoelimistön osa on häiriössä. Tekosydäntä käytetään tyypillisesti siirtämään aikaa sydämensiirtoon tai korvaamaan sydän pysyvästi, jos sydämensiirto on mahdotonta. Keinotekoiset sydämentahdistimet ovat toinen sydän- ja verenkiertoelimistön laite, joka voidaan tarvittaessa istuttaa joko ajoittaiseksi (defibrillaattorikäytössä), jatkuvaksi tai kokonaan elävän sydämen luonnollisen tahdistimen ohittamiseksi. Toinen vaihtoehto ovat kammioavustimet, jotka toimivat mekaanisina verenkiertoelimistön laitteina, jotka korvaavat osittain tai kokonaan vajaatoimintaisen sydämen toiminnan ilman itse sydämen poistamista.
Näiden lisäksi tutkitaan myös laboratoriossa kasvatettuja sydämiä ja 3D-biopainettuja sydämiä. Tällä hetkellä tutkijoiden mahdollisuuksia kasvattaa ja tulostaa sydämiä rajoittavat vaikeudet saada verisuonet ja laboratoriossa valmistetut kudokset toimimaan yhtenäisesti.
MunuainenEdit
On raportoitu, että Kalifornian yliopiston tutkijat San Franciscossa kehittävät implantoitavaa keinomunuaista. Vuoteen 2018 mennessä nämä tutkijat ovat edistyneet merkittävästi tekniikan kanssa, mutta tunnistavat edelleen menetelmiä, joilla estetään heidän laitteeseensa liittyvä veren hyytyminen.
Munuaista odottavien potilaiden lista on pitkä, ja munuaiset ovat harvinaisia muihin elimiin verrattuna. Monet eivät voineet odottaa leikkauksiaan. Tutkijat tuntevat tarvetta kehittää keinomunuainen, he ovat tehneet kovasti töitä tehdäkseen munuaisen, joka voi toimia täydellisesti ja toivottavasti korvata ihmisen munuaisen. Kiitos NIBIB Quantum apurahansaajien, keinomunuaisen kehittäminen edistyi, he laskivat simulaation siitä, miten veri virtaa, he yhdistivät työnsä harvinaiseen asiantuntemukseen keinomunuaisen. ”Kuten tämän teknologian kehittäjät tietävät liiankin hyvin, on erityisen turhauttavaa olla tekemisissä verihyytymien kanssa, jotka voivat sekä tukkia laitteen ja tehdä siitä käyttökelvottoman että aiheuttaa vaaroja muille kehon osille, joissa verenkierto vaarantuisi”, sanoi NIBIB:n kudostekniikan ja regeneratiivisen lääketieteen ohjelman johtaja Rosemarie Hunziker.
Keinomunuaisen avulla veri suodattuisi jatkuvasti, mikä auttaisi vähentämään munuaissairauksien sairastumista ja parantamaan potilaiden elämänlaatua.
MaksaEdit
Japanilaiset tutkijat havaitsivat, että ihmisen maksan esiasteiden solujen (jotka ovat erilaistuneet ihmisen indusoiduista pluripotenttisista kantasoluista ) ja kahden muun solutyypin seos voi spontaanisti muodostaa kolmiulotteisia rakenteita, joita kutsutaan maksanuppuiksi.”
KeuhkotEdit
Joidenkin lähes täysin toimintakykyisten keinokeuhkojen luvataan olevan suuri menestys lähitulevaisuudessa. Ann Arborissa toimiva MC3-yritys työskentelee parhaillaan tämäntyyppisten lääkinnällisten laitteiden parissa.
Erikoisperäisen kalvohapetuksen (ECMO) avulla voidaan vähentää merkittävästi natiivin keuhkokudoksen ja sydämen kuormitusta. ECMO:ssa potilaaseen asetetaan yksi tai useampi katetri, ja pumpun avulla veri virtaa onttojen kalvokuitujen yli, jotka vaihtavat happea ja hiilidioksidia veren kanssa. ECMO:n kaltaisessa ekstrakorporaalisessa hiilidioksidin poistossa (ECCO2R) on samanlainen asetelma, mutta se hyödyttää potilasta pääasiassa hiilidioksidin poiston eikä niinkään hapenoton kautta, ja sen tavoitteena on antaa keuhkojen rentoutua ja parantua.
MunasarjatMuokkaa
Pohja keinomunasarjan kehittämiselle luotiin 1990-luvun alussa.
Syöpään sairastuneet lisääntymisikäiset potilaat saavat usein kemoterapiaa tai sädehoitoa, joka vaurioittaa munasoluja ja johtaa ennenaikaiseen vaihdevuosiin. Brownin yliopistossa on kehitetty ihmisen keinotekoinen munasarja, jossa on käytetty itse koottuja mikrokudoksia, jotka on luotu uudenlaisella kolmiulotteisella petrimaljatekniikalla. NIH:n vuonna 2017 rahoittamassa ja toteuttamassa tutkimuksessa tutkijat onnistuivat tulostamaan kolmiulotteisia munasarjoja ja istuttamaan niitä steriileihin hiiriin. Tulevaisuudessa tutkijat toivovat voivansa toistaa tämän isommilla eläimillä sekä ihmisillä. Keinotekoista munasarjaa tullaan käyttämään epäkypsien munasolujen in vitro -kypsytykseen ja sellaisen järjestelmän kehittämiseen, jolla voidaan tutkia ympäristömyrkkyjen vaikutusta follikulogeneesiin.
HaimaEdit
Keinohaimalla korvataan terveen haiman hormonitoimintoja diabeetikoille ja muille sitä tarvitseville potilaille. Sen avulla voidaan parantaa insuliinikorvaushoitoa, kunnes glykeeminen kontrolli on käytännössä normaali, mikä näkyy hyperglykemian komplikaatioiden välttämisenä, ja se voi myös helpottaa insuliiniriippuvaisten potilaiden hoitotaakkaa. Lähestymistapoja ovat muun muassa insuliinipumpun käyttö suljetussa kierrossa, biologisesti yhteensopivasta, kapseloituja beetasoluja sisältävästä levystä koostuvan bioteknisen haiman kehittäminen tai geeniterapian käyttö.
PunasolutEdit
Keinotekoisia punasoluja (RBC) on ollut projekteissa jo noin 60 vuotta, mutta ne alkoivat herättää kiinnostusta HIV:n saastuttaman luovuttajaverikriisin myötä. Keinotekoiset RBC:t tulevat olemaan 100% riippuvaisia nanoteknologiasta. Onnistuneen keinotekoisen RBC:n pitäisi pystyä täysin korvaamaan ihmisen RBC, mikä tarkoittaa, että se pystyy hoitamaan kaikki ihmisen RBC:n tehtävät.
Ensimmäinen keinotekoinen RBC, jonka tekivät Chang ja Poznanski vuonna 1968, tehtiin kuljettamaan happea ja hiilidioksidia, myös antioksidanttisia toimintoja.
Tiedemiehet työskentelevät uudenlaisen keinotekoisen RBC:n parissa, joka on viideskymmenesosa ihmisen RBC:n koosta. Ne on valmistettu puhdistetuista ihmisen hemoglobiiniproteiineista, jotka on päällystetty synteettisellä polymeerillä. Keinotekoisten RBC:iden erikoismateriaalien ansiosta ne voivat sitoa happea, kun veren pH on korkea, ja luovuttaa happea, kun veren pH on matala. Polymeeripinnoite estää myös hemoglobiinia reagoimasta verenkierrossa olevan typpioksidin kanssa, mikä estää verisuonten vaarallisen ahtautumisen. Allan Doctor, MD, totesi, että keinotekoista RBC:tä voi käyttää kuka tahansa, millä tahansa veriryhmällä, koska pinnoite on immuuniyliherkkä.
KiveksetMuutos
Miehet, joilla on syntymävirheiden tai vammojen aiheuttamia kivesten poikkeavuuksia, ovat voineet korvata vaurioituneen kiveksen kivesproteesilla. Vaikka proteesi ei palauta biologista lisääntymistoimintaa, laitteen on osoitettu parantavan näiden potilaiden mielenterveyttä.
KateenkorvaMuokkaa
Implatoitavaa laitetta, joka suorittaa kateenkorvan tehtävät, ei ole olemassa. Tutkijat ovat kuitenkin pystyneet kasvattamaan kateenkorvan uudelleenohjelmoiduista fibroblasteista. He toivoivat, että tämä lähestymistapa voisi jonain päivänä korvata tai täydentää vastasyntyneiden kateenkorvansiirtoa.
Vuonna 2017 UCLA:n tutkijat kehittivät keinotekoisen kateenkorvan, joka, vaikkei vielä ole implantoitavissa, pystyy suorittamaan kaikki todellisen kateenkorvan toiminnot.
Keinotekoisella kateenkorvalla olisi tärkeä rooli immuunijärjestelmässä, se käyttäisi verenkierron kantasoluja tuottaakseen enemmän T-soluja, jotka auttaisivat elimistöä taistelemaan infektioita vastaan, se antaisi elimistölle myös kyvyn eliminoida syöpäsoluja. Koska kun ihmiset vanhenevat, heidän kateenkorvansa eivät toimi hyvin, keinotekoinen kateenkorva olisi hyvä valinta korvaamaan vanha, huonosti toimiva kateenkorva.
Ajatus T-solujen käyttämisestä infektioiden torjuntaan on ollut olemassa jo jonkin aikaa, mutta vasta hiljattain on ehdotettu T-solujen lähteen, keinotekoisen kateenkorvan, käyttöä. ”Tiedämme, että avain johdonmukaisen ja turvallisen syöpää torjuvien T-solujen tarjonnan luomiseen olisi hallita prosessia tavalla, joka deaktivoi kaikki T-solureseptorit siirretyissä soluissa, lukuun ottamatta syöpää torjuvia reseptoreita”, sanoi tohtori Gay Crooks UCLA:sta. Tutkija havaitsi myös, että keinotekoisen kateenkorvan tuottamat T-solut sisälsivät monenlaisia T-solureseptoreita ja toimivat samalla tavalla kuin normaalin kateenkorvan tuottamat T-solut. Koska ne pystyvät toimimaan ihmisen kateenkorvan tavoin, keinotekoiset kateenkorvat voivat toimittaa tasaisen määrän T-soluja elimistöön hoitoja tarvitseville potilaille.
HenkitorviEdit
Tekotiehyet kokivat suuren mielenkiinnon ja innostuksen kauden Paolo Macchiarinin Karoliinisessa instituutissa ja muualla tekemien töiden myötä vuodesta 2008 noin vuoteen 2014 saakka, ja niistä uutisoitiin etusivulla sanomalehdissä ja televisiossa. Hänen työstään heräsi huolta vuonna 2014, ja vuoteen 2016 mennessä hän sai potkut ja Karolinskan korkeaa johtoa, myös Nobel-palkintoon osallistuneita henkilöitä, oli irtisanottu.
Vuoteen 2017 mennessä henkitorven – soluilla vuoratun onton putken – konstruoiminen oli osoittautunut haastavammaksi kuin alun perin ajateltiin; haasteita ovat muun muassa vaikea kliininen tilanne kliinisiksi ehdokkaiksi esitettävien ihmisten kohdalla, jotka ovat yleensä jo käyneet läpi useita toimenpiteitä; sellaisen implantin luominen, joka voi kehittyä täydellisesti ja integroitua isäntään samalla, kun se kestää hengitysvoimia sekä kierto- ja pituusliikkeitä, joita henkitorvi joutuu kokemaan.