Mesterséges szerv
Mesterséges végtagokSzerkesztés
A mesterséges karok és lábak, vagy protézisek célja az amputáltak bizonyos fokú normális működésének visszaállítása. Olyan mechanikus eszközöket, amelyek lehetővé teszik, hogy az amputáltak újra járni tudjanak, vagy továbbra is használhassák két kezüket, valószínűleg már az ókor óta használnak, a legjelentősebb ilyen eszköz az egyszerű faláb. Azóta a művégtagok fejlesztése gyorsan haladt előre. Az új műanyagok és más anyagok, például a szénszálak lehetővé tették, hogy a művégtagok erősebbé és könnyebbé váljanak, korlátozva a végtag működtetéséhez szükséges többletenergia mennyiségét. A további anyagok lehetővé tették, hogy a művégtagok sokkal valósághűbben nézzenek ki. A protézisek nagyjából a felső és alsó végtagok kategóriájába sorolhatók, és sokféle formájúak és méretűek lehetnek.
A művégtagok új fejlesztései közé tartozik az emberi testtel való integráció további szintjei. Elektródákat lehet elhelyezni az idegszövetbe, és a testet be lehet tanítani a protézis irányítására. Ezt a technológiát állatokon és embereken is alkalmazták már. A protézist az agy irányíthatja közvetlen beültetéssel vagy különböző izmokba történő beültetéssel.
HólyagSzerkesztés
A hólyagfunkció pótlásának két fő módszere vagy a vizeletáramlás átirányítását, vagy a hólyag helyben történő pótlását jelenti. A hólyag pótlásának standard módszerei egy hólyagszerű tasak kialakítását foglalják magukban bélszövetből. 2017-től kezdve őssejtek felhasználásával hólyagot növesztő módszereket próbáltak ki a klinikai kutatásban, de ez az eljárás nem része az orvostudománynak.
BrainEdit
A neuroprotézisek olyan eszközök sorozata, amelyek egy sérülés vagy betegség következtében esetleg károsodott motoros, érzékszervi vagy kognitív modalitást képesek helyettesíteni.
A neurostimulátorok, köztük a mély agyi stimulátorok elektromos impulzusokat küldenek az agyba neurológiai és mozgászavarok, köztük a Parkinson-kór, az epilepszia, a kezelésre rezisztens depresszió és más állapotok, például a vizeletinkontinencia kezelésére. Ahelyett, hogy a meglévő ideghálózatokat helyettesítenék a funkció helyreállítása érdekében, ezek az eszközök gyakran a meglévő, rosszul működő idegközpontok kimenetének megzavarásával szolgálnak a tünetek megszüntetésére.
A tudósok 2013-ban létrehoztak egy olyan miniagyat, amely a magzati érés korai szakaszáig kifejlesztette a kulcsfontosságú neurológiai komponenseket.
Corpora cavernosaSzerkesztés
A merevedési zavarok kezelésére mindkét corpora cavernosa visszafordíthatatlanul műtéti úton pótolható kézzel felfújható péniszimplantátumokkal. Ez egy drasztikus terápiás műtét, amelyet csak a teljes impotenciában szenvedő férfiaknak szánnak, akik minden más kezelési módszernek ellenálltak. A (lágyékba) vagy (herezacskóba) beültetett pumpát kézzel lehet manipulálni, hogy ezeket a mesterséges hengereket, amelyek általában a természetes corpora cavernosa közvetlen helyettesítésére vannak méretezve, egy beültetett tartályból töltsék fel az erekció elérése érdekében.
EarEdit
Azokban az esetekben, amikor egy személy mindkét fülére mélyen süket vagy súlyosan nagyothalló, műtéti úton cochleáris implantátumot ültethetnek be. A cochleáris implantátumok megkerülik a perifériás hallórendszer nagy részét, hogy a hangérzékelést a bőrön kívül, általában a fül mögött található mikrofonon és némi elektronikán keresztül biztosítsák. A külső alkatrészek jelet továbbítanak a cochleában elhelyezett elektródák egy csoportjára, amely viszont stimulálja a cochleáris ideget.
A külső fül sérülése esetén koponyaprotézisre lehet szükség.
Thomas Cervantes és munkatársai a Massachusetts General Hospitalból 3D nyomtatóval készítettek műfület juhporcból. Rengeteg számítás és modell segítségével sikerült egy tipikus emberi fülhöz hasonló formájú fület építeniük. Egy plasztikai sebész által modellezve többször is igazítaniuk kellett, hogy a műfülnek olyan ívei és vonalai legyenek, mint az emberi fülnek. A kutatók elmondták: “A technológia jelenleg a klinikai vizsgálatokhoz való fejlesztés alatt áll, ezért a műfület méretre méreteztük és újraterveztük a kiemelkedő vonásokat, hogy megfeleljen egy felnőtt emberi fül méretének, és hogy a beültetés után megőrizze az esztétikus megjelenést”. Mesterséges fülüket még nem jelentették be sikeresnek, de jelenleg is fejlesztik a projektet. Évente több ezer gyermek születik a mikrotia nevű veleszületett rendellenességgel, amikor a külső fül nem fejlődik ki teljesen. Ez nagy előrelépés lehet a microtia orvosi és sebészeti kezelésében.
EyeEdit
Az eddigi legsikeresebb funkciópótló műszem tulajdonképpen egy külső miniatűr digitális kamera egy távoli egyirányú elektronikus interfésszel, amelyet a retinára, a látóidegre vagy más kapcsolódó helyekre ültetnek be az agyban. A technika jelenlegi állása csak részleges funkcionalitást biztosít, például a fényerősség szintjeinek, színfoltoknak és/vagy alapvető geometriai formáknak a felismerését, ami bizonyítja a koncepció lehetőségeit.
Változatos kutatók bizonyították, hogy a retina stratégiai képelőfeldolgozást végez az agy számára. A teljesen működőképes mesterséges elektronikus szem létrehozásának problémája még ennél is összetettebb. A retinával, a látóideggel vagy a kapcsolódó agyi területekkel való mesterséges kapcsolat bonyolultságának kezelése felé tett előrelépések a számítástechnika folyamatos fejlődésével együtt várhatóan drámaian javítani fogják e technológia teljesítményét.
HeartEdit
A szív- és érrendszerrel kapcsolatos mesterséges szerveket olyan esetekben ültetik be, amikor a szív, annak billentyűi vagy a keringési rendszer más része rendellenes. A műszívet általában a szívátültetésig hátralévő idő áthidalására, vagy a szív végleges pótlására használják abban az esetben, ha a szívátültetés nem lehetséges. A mesterséges pacemakerek egy másik szív- és érrendszeri eszközt jelentenek, amelyet be lehet ültetni, hogy szükség szerint szakaszosan (defibrillátor üzemmódban), folyamatosan vagy teljesen megkerülje a természetes, élő szívpacemakert. A kamrai asszisztens eszközök egy másik alternatívát jelentenek, amelyek mechanikus keringési eszközként működnek, és részben vagy teljesen helyettesítik a meghibásodott szív funkcióját anélkül, hogy magát a szívet eltávolítanák.
Ezek mellett a laboratóriumban növesztett szíveket és a 3D bioprintelt szíveket is kutatják. Jelenleg a tudósok korlátozottan képesek szíveket növeszteni és nyomtatni, mivel nehézségekbe ütközik az erek és a laboratóriumban előállított szövetek összefüggő működése.
VeseSzerkesztés
Az a hír járja, hogy a San Franciscó-i Kaliforniai Egyetem tudósai beültethető művese kifejlesztésén dolgoznak. 2018-tól ezek a tudósok jelentős előrelépést értek el a technológiával, de még mindig keresik azokat a módszereket, amelyekkel megelőzhető a gépükhöz kapcsolódó vérrögképződés.
A vesére váró betegek listája hosszú, és a vesék más szervekhez képest ritkák. Sokan nem tudtak várni a műtétjükre. A tudósok késztetést éreznek egy mesterséges vese kifejlesztésére, keményen dolgoznak annak érdekében, hogy olyan vesét készítsenek, amely tökéletesen tud működni, és remélhetőleg helyettesítheti az emberi veséket. A NIBIB Quantum ösztöndíjasainak köszönhetően a mesterséges vese fejlesztése előrehaladt, kiszámították a vér áramlásának szimulációját, munkájukat egy ritka szakértelemmel kombinálták a mesterséges vesében. “Amint azt e technológia fejlesztői nagyon jól tudják, különösen frusztráló a vérrögökkel való küzdelem, amelyek egyrészt eltömíthetik az eszközt, használhatatlanná téve azt, másrészt veszélyt jelenthetnek a test más részeire, ahol a véráramlás sérülne” – mondta Rosemarie Hunziker, a NIBIB szövetsebészeti és regeneratív orvostudományi programjának igazgatója.
A mesterséges vese lehetővé tenné a vér folyamatos szűrését, ami segítene csökkenteni a vesebetegséggel járó betegségeket és növelné a betegek életminőségét.
MájSzerkesztés
A HepaLife őssejteket használó, a májelégtelenség kezelésére szánt bioartifikációs májkészüléket fejleszt. A mesterséges májat úgy tervezték, hogy támogató eszközként szolgáljon, amely vagy lehetővé teszi a máj regenerálódását elégtelenség esetén, vagy áthidalja a beteg májfunkcióit, amíg nem áll rendelkezésre transzplantáció. Ezt csak az teszi lehetővé, hogy valódi májsejteket (hepatocitákat) használ, és még így sem jelent állandó pótlást.
Japán kutatók megállapították, hogy emberi máj prekurzor sejtek (emberi indukált pluripotens őssejtekből differenciált ) és két másik sejttípus keveréke spontán módon képes háromdimenziós struktúrákat képezni, amelyeket “májrügyeknek” neveznek.”
TüdőSzerkesztés
A mesterséges tüdők közül néhány szinte teljesen működőképes, a közeljövőben nagy sikernek ígérkezik. Egy Ann Arbor-i cég, az MC3 jelenleg ilyen típusú orvostechnikai eszközön dolgozik.
A testenkívüli membrános oxigénellátás (ECMO) segítségével jelentős terhet lehet levenni a natív tüdőszövetről és a szívről. Az ECMO során egy vagy több katétert helyeznek a betegbe, és egy szivattyú segítségével a vért üreges membránszálakon keresztül áramoltatják, amelyek oxigént és szén-dioxidot cserélnek a vérrel. Az ECMO-hoz hasonlóan az extrakorporális CO2-eltávolítás (ECCO2R) is hasonló felépítésű, de elsősorban nem az oxigénellátás, hanem a széndioxid eltávolítása révén segíti a beteget, azzal a céllal, hogy a tüdő pihenhessen és gyógyulhasson.
PetefészekSzerkesztés
A mesterséges petefészek kifejlesztésének alapjait az 1990-es évek elején fektették le.
A reproduktív korú, rákos betegek gyakran részesülnek kemoterápiában vagy sugárkezelésben, ami károsítja a petesejteket és korai menopauzához vezet. A Brown Egyetemen egy mesterséges emberi petefészket fejlesztettek ki újszerű, háromdimenziós Petri-csészés technológiával létrehozott, önösszeszerelő mikroszövetek segítségével. Az NIH által finanszírozott és 2017-ben végzett tanulmányban a tudósoknak sikerült 3-D petefészket nyomtatniuk és steril egerekbe beültetniük. A jövőben a tudósok remélik, hogy ezt nagyobb állatokon és embereken is megismételhetik. A mesterséges petefészket az éretlen petesejtek in vitro érlelésére és a környezeti toxinok tüszőérésre gyakorolt hatásának tanulmányozására szolgáló rendszer kifejlesztésére fogják használni.
HasnyálmirigySzerkesztés
A mesterséges hasnyálmirigyet az egészséges hasnyálmirigy endokrin funkcióinak helyettesítésére használják cukorbetegek és más, erre igényt tartó betegek számára. Az inzulinpótló terápia javítására használható mindaddig, amíg a glikémiás kontroll gyakorlatilag normális nem lesz, ami a hiperglikémia szövődményeinek elkerülésében nyilvánul meg, és az inzulinfüggők terápiájának terheit is megkönnyítheti. A megközelítések között szerepel egy zárt hurokszabályozású inzulinpumpa alkalmazása, egy biokompatibilis, kapszulázott béta-sejtekből álló biokompatibilis lapból álló bio-mesterséges hasnyálmirigy kifejlesztése, vagy génterápia alkalmazása.
VörösvérsejtekSzerkesztés
A mesterséges vörösvértestek (RBC) már mintegy 60 éve szerepelnek a projektekben, de akkor kezdtek el érdeklődni irántuk, amikor a HIV-vel fertőzött donorvértől származó vérrel kapcsolatos válság kirobbant. A mesterséges RBC-k 100%-ban a nanotechnológiától fognak függeni. Egy sikeres mesterséges RBC-nek képesnek kell lennie teljesen helyettesíteni az emberi RBC-t, ami azt jelenti, hogy minden olyan funkciót képes ellátni, amit az emberi RBC.
A Chang és Poznanski által 1968-ban készített első mesterséges RBC-t oxigén és szén-dioxid szállítására, valamint antioxidáns funkciókra készítették.
A tudósok egy újfajta mesterséges RBC-n dolgoznak, amely az emberi RBC méretének egyötvened része. Tisztított emberi hemoglobinfehérjékből készülnek, amelyeket szintetikus polimerrel vontak be. A mesterséges RBC speciális anyagainak köszönhetően képesek oxigént megkötni, amikor a vér pH-ja magas, és oxigént leadni, amikor a vér pH-ja alacsony. A polimer bevonat emellett megakadályozza, hogy a hemoglobin reakcióba lépjen a véráramban lévő nitrogén-oxiddal, így megakadályozza az erek veszélyes szűkületét. Dr. Allan Doctor kijelentette, hogy a mesterséges RBC-t bárki, bármilyen vércsoporttal használhatja, mivel a bevonat immunsilent.
HerékSzerkesztés
Azoknak a férfiaknak, akiknek a heréje születési rendellenesség vagy sérülés miatt rendellenességet szenvedett, sikerült a sérült herét hereprotézissel helyettesíteni. Bár a protézis nem állítja helyre a biológiai reproduktív funkciókat, az eszköz bizonyítottan javítja ezen betegek mentális egészségét.
ThymusEdit
A thymus funkcióját ellátó beültethető gép nem létezik. A kutatóknak azonban sikerült átprogramozott fibroblasztokból tímuszt növeszteniük. Reményüket fejezték ki, hogy ez a megközelítés egy napon helyettesítheti vagy kiegészítheti az újszülöttkori thymus-transzplantációt.
A Kaliforniai Egyetem kutatói 2017-ben kifejlesztettek egy mesterséges thymust, amely bár még nem beültethető, képes ellátni egy valódi thymus minden funkcióját.
A mesterséges thymus fontos szerepet játszana az immunrendszerben, a vér őssejtjeiből több T-sejtet termelne, ami segítené a szervezetet a fertőzések elleni küzdelemben, a szervezetnek a rákos sejtek kiirtásának képességét is biztosítaná. Mivel amikor az emberek megöregszenek, a thymusuk nem működik jól, a mesterséges thymus jó választás lenne az öreg, nem jól működő thymus helyettesítésére.
A T-sejtek felhasználásának ötlete a fertőzések elleni küzdelemben már régóta létezik, de egészen a közelmúltig nem javasolták egy T-sejtforrás, egy mesterséges thymus használatát. “Tudjuk, hogy a rákellenes T-sejtek következetes és biztonságos kínálatának megteremtéséhez az lenne a kulcs, ha a folyamatot úgy irányítanánk, hogy a transzplantált sejtekben az összes T-sejt-receptort deaktiváljuk, kivéve a rákellenes receptorokat” – mondta Dr. Gay Crooks, a UCLA munkatársa. A tudós azt is megállapította, hogy a mesterséges tímusz által termelt T-sejtek a T-sejt receptorok változatos skáláját hordozzák, és hasonlóan működnek, mint a normál tímusz által termelt T-sejtek. Mivel úgy tudnak működni, mint az emberi tímusz, a mesterséges tímuszok egyenletes mennyiségű T-sejtet tudnak biztosítani a szervezetnek a kezelésre szoruló betegek számára.
TracheaSzerkesztés
A mesterséges tracheák területe Paolo Macchiarini munkájával a Karolinska Intézetben és máshol 2008-tól 2014 körülig nagy érdeklődés és izgalom időszakát élte át, az újságok és a televízió címlapon szerepelt. Munkájával kapcsolatban 2014-ben aggályok merültek fel, 2016-ra pedig kirúgták, és a Karolinska magas szintű vezetőségét is elbocsátották, beleértve a Nobel-díjjal kapcsolatos embereket is.
2017-re a légcső – egy sejtekkel bélelt üreges cső – megtervezése nagyobb kihívásnak bizonyult, mint eredetileg gondolták; a kihívások közé tartozik a klinikai jelöltként jelentkező emberek nehéz klinikai helyzete, akik általában már több eljáráson estek át; egy olyan implantátum létrehozása, amely teljesen kifejlődik és integrálódik a gazdatestbe, miközben ellenáll a légzési erőknek, valamint a légcső forgási és hosszirányú mozgásának.