人工臓器
人工四肢編集
義肢は切断された人にある程度の正常な機能を回復するためのものである。 切断された人が再び歩いたり、両手を使い続けられるようにする機械的な装置は、おそらく古代から使用されており、最も顕著なものは単純なペグ・レッグであった。 それ以来、義肢の開発は急速に進んでいる。 炭素繊維などの新素材により、義肢はより強く、より軽くなり、義肢を動かすのに必要な余分なエネルギーが少なくなりました。 また、よりリアルな外観を実現するための素材も追加されました。 義肢は上肢と下肢に大別され、さまざまな形や大きさがあります。
義肢の新しい進歩には、人体との統合のレベルが追加されました。 電極を神経組織に配置し、体が義肢を制御するように訓練することができる。 この技術は動物と人間の両方で使用されている。 人工関節は、直接移植または様々な筋肉への移植を使用して脳によって制御することができます
BladderEdit
膀胱の機能を代替する主な方法は、尿の流れを変える方法と膀胱をその場で交換する方法の2つがある。 膀胱を置き換える標準的な方法は、腸の組織から膀胱のような袋を形成することである。 2017年現在、幹細胞を用いて膀胱を成長させる方法が臨床研究で試みられているが、この方法は医療の一部ではない。
BrainEdit
主な記事。 脳深部刺激装置を含む神経刺激装置は、パーキンソン病、てんかん、治療抵抗性うつ病、および尿失禁などの他の状態を含む神経学的および運動障害を治療するために、脳に電気インパルスを送信します。 これらのデバイスは、機能を回復するために既存の神経ネットワークを置き換えるのではなく、しばしば、症状を取り除くために、既存の誤動作している神経中枢の出力を中断することによって機能します。
2013年に科学者は、胎児の成熟の初期段階まで主要な神経コンポーネントを開発するミニ脳を作成しました。
Corpora cavernosaEdit
勃起不全を治療するために、両方の海綿体は、不可逆的に外科的に手動で膨張式陰茎インプラントと交換することができます。 これは、他のすべての治療アプローチに抵抗した完全なインポテンスに苦しむ男性にのみ意味される、思い切った治療手術です。 鼠径部または陰嚢に埋め込まれたポンプを手で操作して、通常、自然の海綿体の直接の代わりとなる大きさのこれらの人工シリンダーを、埋め込まれた貯水池から満たして、勃起を達成することができます。
EarEdit
人工内耳のイラスト
両耳が重度難聴の場合、人工内耳を手術で植え込むことがあります。 人工内耳は、末梢聴覚システムの大部分をバイパスし、マイクと電子回路を経由して音感を提供するもので、一般に耳の後ろ、皮膚の外側に存在します。
外耳の外傷の場合、頭蓋顔面補綴が必要になることがあります。
マサチューセッツ総合病院のThomas Cervantesとその同僚は、羊の軟骨から3Dプリンタで人工耳を製作しました。 多くの計算とモデルを用いて、彼らは典型的な人間の耳のような形を作ることに成功したのです。 整形外科医がモデルを作成し、人間の耳のようにカーブやラインができるように何度も調整した。 研究者らは、「この技術は現在、臨床試験に向けて開発中であり、そのため、成人の人間の耳の大きさに合わせ、移植後の美観を保つために、足場の目立つ機能を拡大・再設計しました」と述べています。 彼らの人工耳は成功したとは発表されていませんが、現在も開発を続けています。 毎年、何千人もの子供たちが、外耳が十分に発達しない小耳症と呼ばれる先天性奇形を持って生まれている。 これは、医学的、外科的な小耳症治療において大きな前進となるかもしれない。
EyeEdit
バイオニックアイ
これまで最も成功した機能代替人工眼は、実際には、網膜、視神経、または脳内のその他の関連箇所に埋め込まれた遠隔単方向電子インターフェース付きの外部小型デジタルカメラである。 現在の技術水準では、明るさのレベル、色の一群、および/または基本的な幾何学的形状を認識するなど、部分的な機能しか得られませんが、コンセプトの可能性を証明しています。
網膜が脳のために戦略的な画像前処理を行うことは、さまざまな研究者によって実証されています。 完全に機能する人工電子眼を作るという問題は、さらに複雑である。 網膜、視神経、または関連する脳領域への人工的な接続の複雑さへの取り組みに向けた前進は、コンピュータサイエンスの進行中の進歩と相まって、この技術の性能を劇的に改善することが期待される。 人工心臓
心臓血管関連の人工臓器は、心臓やその弁、あるいは循環系の別の部分に障害がある場合に移植されます。 人工心臓は通常、心臓移植までのつなぎとして、または心臓移植が不可能な場合に心臓を永久に置き換えるために使用されます。 人工ペースメーカーは、必要に応じて、断続的に増強（除細動器モード）、連続的に増強、または完全にバイパスするために埋め込むことができる別の心血管デバイスを表しています。 心室補助装置はもう 1 つの選択肢であり、心臓そのものを摘出することなく、機能不全の心臓の機能を部分的または完全に代替する機械的循環装置として機能する
これらに加えて、実験室で育てた心臓や3D バイオプリントした心臓も研究されている。 現在、血管と実験室で作られた組織がまとまって機能することが難しいため、科学者が心臓を成長させたり印刷したりすることには限界があります。
KidneyEdit
カリフォルニア大学サンフランシスコ校の科学者が埋め込み型の人工腎臓を開発していると報告されている。 2018年現在、これらの科学者は技術で重要な進歩を遂げましたが、彼らの機械に関連する血液凝固を防ぐ方法をまだ特定しています。
腎臓を待っている患者のリストは長く、腎臓は他の臓器と比較して稀です。 多くの人が手術を待ちきれなかったのです。 科学者たちは人工腎臓の開発に意欲を燃やし、完璧に機能する腎臓を作り、人間の腎臓に取って代わることができるようにしようと懸命に努力しています。 NIBIB量子助成金のおかげで、人工腎臓の開発は進み、血液の流れのシミュレーションを行い、人工腎臓の希少な専門知識と組み合わせて研究を行った。 「この技術の開発者がよく知っているように、血栓に対処するのは特にフラストレーションが溜まります。血栓は、装置を詰まらせて使い物にならなくすることもあれば、血流が悪くなる体の他の部分に危険を及ぼすこともあります」と、NIBIBの組織工学と再生医療プログラムのディレクターであるRosemarie Hunzikerは述べています。
人工腎臓は、血液を連続的に濾過することができ、腎臓病の病気を減らし、患者の生活の質を向上させるのに役立ちます。 肝臓透析、肝細胞
ヘパライフは、幹細胞を用いた肝不全治療用のバイオ人工肝臓デバイスを開発している。 この人工肝臓は、肝不全時に肝臓を再生させる、あるいは移植が可能になるまでの間、患者の肝機能を橋渡しする支援装置としての役割を果たすよう設計されている。 日本の研究者たちは、ヒトの肝臓前駆細胞（ヒト人工多能性幹細胞から分化）と他の2種類の細胞の混合物が、「肝芽」と呼ばれる3次元構造を自然に形成できることを発見しました。”
LungsEdit
主な記事。 人工肺
ほぼ完全に機能するものもあり、人工肺は近い将来、大きな成功を収めることが期待されている。 アナーバーの企業 MC3 は現在、この種の医療機器の開発に取り組んでいます。
体外式膜酸素化 (ECMO) は、本来の肺組織と心臓の大きな負担を軽減するために使用することができます。 ECMOでは、1本以上のカテーテルを患者に挿入し、ポンプを使って中空の膜繊維の上に血液を流し、酸素と二酸化炭素を血液と交換する。 ECMOに似た体外式CO2除去法（ECCO2R）は、同様のセットアップですが、主に酸素化よりも二酸化炭素の除去によって患者に恩恵をもたらし、肺をリラックスさせて治癒させることを目的としています
卵巣編集
人工卵巣の開発の基礎は1990年代初頭に築かれました。
生殖年齢でがんを発症した患者は、しばしば化学療法や放射線療法を受け、卵母細胞にダメージを与えて早期閉経に至ります。 ブラウン大学では、新しい3次元シャーレ技術を使って作成した自己組織化マイクロティッシュにより、人工ヒト卵巣が開発されました。 2017年にNIHが資金提供して実施した研究では、科学者は3D卵巣を印刷し、無精子マウスに移植することに成功しました。 将来的には、科学者たちは、人間だけでなく、より大きな動物でもこれを再現したいと考えています。 人工卵巣は、未成熟な卵子の体外成熟や、環境毒素の卵胞形成への影響を研究するシステムの開発などの目的で使用される予定です＜5886＞＜6656＞膵臓編集＜7244＞＜5851＞本誌掲載。 人工膵臓
人工膵臓は、糖尿病患者など膵臓の内分泌機能を必要とする患者に対して、健康な膵臓の代わりに使用するものです。 高血糖の合併症を回避できるなど、血糖コントロールが実質的に正常になるまでインスリン補充療法を改善し、インスリン依存症の患者さんの治療負担を軽減することができる。 クローズドループ制御のインスリンポンプの使用、β細胞を封入した生体適合性シートからなるバイオ人工膵臓の開発、遺伝子治療などのアプローチがある。 信頼できるソースの引用を追加することによって、このセクションを改善するために貢献してください。 ソースのないものは、異議を唱えられ、削除されることがあります。 (2020年12月) (このテンプレートメッセージを削除する方法とタイミングを学ぶ)
人工赤血球（RBC）はすでに約60年前からプロジェクトされていたが、HIV汚染ドナー血液危機をきっかけに関心を集めるようになった。 人工赤血球は、100％ナノテクノロジーに依存することになる。 1968年にChangとPoznanskiによって作られた最初の人工赤血球は、酸素と二酸化炭素を輸送し、また抗酸化機能を持つように作られました。 精製したヒトのヘモグロビンのタンパク質を合成ポリマーでコーティングして作られています。 この人工赤血球の特殊な素材により、血液のpHが高くなると酸素を取り込み、低くなると酸素を放出することができる。 また、ポリマーのコーティングにより、ヘモグロビンが血液中の一酸化窒素と反応するのを防ぎ、危険な血管の収縮を防ぐことができる。 アラン・ドクター医学博士は、人工赤血球は、コーティングが免疫サイレントであるため、誰でも、どんな血液型でも使用できると述べている。
胸腺編集部
胸腺の機能を果たす埋め込み型の機械は存在しない。 しかし、研究者たちは、再プログラムされた線維芽細胞から胸腺を成長させることができた。 彼らは、このアプローチがいつの日か新生児胸腺移植に取って代わるか、またはそれを補うことができるという希望を表明しました。
2017年の時点で、UCLAの研究者は、まだ移植可能ではないものの、真の胸腺のすべての機能を実行することができる人工胸腺を開発しました。
感染症と戦うためにT細胞を使うというアイデアは以前からありましたが、最近まで、T細胞の源である人工胸腺を使うというアイデアが提案されていました。 “癌と戦うT細胞の一貫した安全な供給を作るための鍵は、移植された細胞の癌と戦う受容体以外のすべてのT細胞受容体を不活性化する方法でプロセスを制御することだろうと、UCLAのゲイクルックス博士は述べています。 また、人工胸腺で作られたT細胞は、多様なT細胞受容体を持ち、正常な胸腺で作られたT細胞と同様に機能することも分かったという。 人間の胸腺と同じように働くことができるので、人工胸腺は治療が必要な患者のために、安定した量のT細胞を体内に供給することができます」
気管編
人工気管の分野は、2008年から2014年頃までカロリンスカ研究所などのパオロ・マッキアリーニの研究で高い関心と興奮を集め、新聞やテレビで一面を飾る時期が続きました。 2014年に彼の研究に懸念が生じ、2016年には彼は解雇され、カロリンスカの高位管理者はノーベル賞の関係者を含めて解雇されました。
2017年現在、気管（細胞で覆われた中空の管）を工学的に作ることは、当初考えられていたよりも難しいことが判明しました。課題には、臨床候補として現れる人々の難しい臨床状況、一般にすでに複数の処置を受けていること、呼吸力に耐えながら完全に発達し宿主と一体化できるインプラントを作ること、気管が受ける回転および長手方向の動きがあること、などがあります
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