Órgão artificial
Membros artificiaisEditar
Braços e pernas artificiais, ou próteses, destinam-se a restaurar um grau de função normal para os amputados. Os dispositivos mecânicos que permitem aos amputados caminhar novamente ou continuar a usar duas mãos provavelmente estão em uso desde os tempos antigos, sendo a mais notável a simples perna de pino. Desde então, o desenvolvimento de membros artificiais tem progredido rapidamente. Novos plásticos e outros materiais, como a fibra de carbono, permitiram que os membros artificiais se tornassem mais fortes e leves, limitando a quantidade de energia extra necessária para operar o membro. Materiais adicionais têm permitido que os membros artificiais pareçam muito mais realistas. As próteses podem ser categorizadas em extensão superior e inferior e podem ter muitas formas e tamanhos.
Novos avanços em membros artificiais incluem níveis adicionais de integração com o corpo humano. Os eletrodos podem ser colocados no tecido nervoso e o corpo pode ser treinado para controlar a prótese. Esta tecnologia tem sido utilizada tanto em animais como em humanos. A prótese pode ser controlada pelo cérebro usando um implante directo ou implante em vários músculos.
BexigaEditar
Os dois principais métodos para substituir a função da bexiga envolvem o redirecionamento do fluxo urinário ou a substituição da bexiga in situ. Os métodos padrão para a substituição da bexiga envolvem a criação de uma bolsa tipo bexiga a partir do tecido intestinal. A partir de 2017 os métodos de cultivo de bexigas usando células-tronco tinham sido tentados em pesquisas clínicas mas este procedimento não fazia parte da medicina.
Editar o cérebro
Proteses neurológicas são uma série de dispositivos que podem substituir uma modalidade motora, sensorial ou cognitiva que pode ter sido danificada como resultado de uma lesão ou doença.
Neurosestimuladores, incluindo estimuladores cerebrais profundos, enviam impulsos elétricos para o cérebro a fim de tratar distúrbios neurológicos e de movimento, incluindo doença de Parkinson, epilepsia, depressão resistente ao tratamento, e outras condições como incontinência urinária. Ao invés de substituir as redes neurais existentes para restaurar a função, esses dispositivos frequentemente servem interrompendo a saída dos centros nervosos com mau funcionamento existentes para eliminar os sintomas.
Os cientistas em 2013 criaram um mini-cérebro que desenvolveu componentes neurológicos chave até os estágios iniciais da maturação fetal.
Corpora cavernosaEditar
Para tratar disfunção erétil, ambos os corpora cavernosa podem ser irreversivelmente substituídos cirurgicamente por implantes penianos infláveis manualmente. Esta é uma cirurgia terapêutica drástica destinada apenas a homens que sofrem de impotência total e que tenham resistido a todas as outras abordagens de tratamento. Uma bomba implantada na (virilha) ou (escroto) pode ser manipulada manualmente para encher estes cilindros artificiais, normalmente dimensionados para serem substitutos diretos dos corpos cavernosos naturais, a partir de um reservatório implantado, a fim de se obter uma ereção.
EarEdit
Em casos em que uma pessoa é profundamente surda ou severamente dura de audição em ambos os ouvidos, um implante coclear pode ser implantado cirurgicamente. Os implantes cocleares contornam a maior parte do sistema auditivo periférico para proporcionar uma sensação sonora através de um microfone e alguns aparelhos eletrônicos que residem fora da pele, geralmente atrás do ouvido. Os componentes externos transmitem um sinal para um conjunto de eletrodos colocados na cóclea, que por sua vez estimula o nervo coclear.
No caso de um trauma no ouvido externo, uma prótese craniofacial pode ser necessária.
Thomas Cervantes e seus colegas, que são do Massachusetts General Hospital, construíram um ouvido artificial a partir de cartilagem de ovelha por uma impressora 3D. Com muitos cálculos e modelos, eles conseguiram construir uma orelha com a forma de uma típica orelha humana. Modelados por um cirurgião plástico, eles tiveram que se ajustar várias vezes para que a orelha artificial pudesse ter curvas e linhas exatamente como uma orelha humana. Os pesquisadores disseram que “A tecnologia está agora em desenvolvimento para ensaios clínicos, e por isso ampliamos e redesenhamos as características proeminentes do andaime para corresponder ao tamanho de uma orelha humana adulta e para preservar a aparência estética após o implante”. Seus ouvidos artificiais não foram anunciados como bem sucedidos, mas eles ainda estão desenvolvendo o projeto. A cada ano, milhares de crianças nascem com uma deformidade congênita chamada microtia, onde a orelha externa não se desenvolve totalmente. Isto poderia ser um grande passo em frente no tratamento médico e cirúrgico de microtia.
EyeEdit
O olho artificial com maior sucesso até agora é na verdade uma câmera digital miniatura externa com uma interface eletrônica unidirecional remota implantada na retina, nervo óptico, ou outros locais relacionados dentro do cérebro. O presente estado da arte produz apenas funcionalidade parcial, como o reconhecimento de níveis de brilho, amostras de cores e/ou formas geométricas básicas, provando o potencial do conceito.
Vários pesquisadores têm demonstrado que a retina realiza pré-processamento estratégico de imagem para o cérebro. O problema de criar um olho electrónico artificial completamente funcional é ainda mais complexo. Espera-se que os avanços na abordagem da complexidade da ligação artificial à retina, nervo óptico ou áreas cerebrais relacionadas, combinados com os avanços contínuos na informática, melhorem drasticamente o desempenho desta tecnologia.
HeartEdit
Órgãos artificiais relacionados com a cardiovascular são implantados nos casos em que o coração, suas válvulas, ou outra parte do sistema circulatório está em desordem. O coração artificial é tipicamente utilizado para fazer a ponte de tempo para o transplante cardíaco, ou para substituir permanentemente o coração, caso o transplante cardíaco seja impossível. Os marcapassos artificiais representam outro dispositivo cardiovascular que pode ser implantado para aumentar intermitentemente (modo desfibrilador), aumentar continuamente ou contornar completamente o marcapasso cardíaco vivo natural, conforme a necessidade. Os dispositivos de assistência ventricular são outra alternativa, atuando como dispositivos circulatórios mecânicos que substituem parcial ou completamente a função de um coração em falência, sem a remoção do próprio coração.
Além destes, também estão sendo pesquisados os corações criados em laboratório e os corações bioimpressos em 3D. Atualmente, os cientistas estão limitados em sua capacidade de crescer e imprimir corações devido às dificuldades em obter vasos sanguíneos e tecidos feitos em laboratório para funcionar de forma coesa.
KidneyEdit
Foi relatado que cientistas da Universidade da Califórnia, São Francisco, estão desenvolvendo um rim artificial implantável. A partir de 2018, esses cientistas fizeram avanços significativos com a tecnologia, mas ainda estão identificando métodos para prevenir a coagulação do sangue associada à sua máquina.
A lista de pacientes que estão esperando os rins é longa, e os rins são raros em comparação com outros órgãos. Muitas pessoas não podiam esperar por suas cirurgias. Os cientistas sentem a necessidade de desenvolver um rim artificial, eles têm trabalhado muito para fazer um rim que possa funcionar perfeitamente, e esperamos que possa substituir os rins humanos. Graças aos bolseiros da NIBIB Quantum, o desenvolvimento de rins artificiais avançou, eles calcularam uma simulação de como o fluxo sanguíneo, eles combinaram seu trabalho com uma rara experiência em rins artificiais. “Como os desenvolvedores desta tecnologia sabem muito bem, é especialmente frustrante lidar com coágulos de sangue, que podem tanto ligar o dispositivo, tornando-o inútil, como causar perigos a outras partes do corpo onde o fluxo de sangue estaria comprometido”, disse Rosemarie Hunziker, Diretora do programa NIB em Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa.
Um rim artificial permitiria filtrar o sangue continuamente, o que ajudaria a reduzir as doenças renais e aumentar a qualidade de vida dos pacientes.
LiverEdit
HepaLife está a desenvolver um dispositivo bioartificial hepático destinado ao tratamento da insuficiência hepática usando células estaminais. O fígado artificial foi concebido para servir como um dispositivo de apoio, permitindo que o fígado se regenere após a falha, ou para fazer a ponte entre as funções hepáticas do paciente até que o transplante esteja disponível. Só é possível pelo facto de usar células hepáticas reais (hepatócitos), e mesmo assim, não é um substituto permanente.
Pesquisadores do Japão descobriram que uma mistura de células precursoras do fígado humano (diferenciadas das células estaminais pluripotentes induzidas pelo homem) e dois outros tipos de células podem espontaneamente formar estruturas tridimensionais apelidadas de “botões hepáticos”.”
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Editar Pulmão
Com alguns pulmões artificiais quase totalmente funcionais, prometem ser um grande sucesso no futuro próximo. Uma empresa Ann Arbor MC3 está atualmente trabalhando neste tipo de dispositivo médico.
A oxigenação da membrana extracorpórea (ECMO) pode ser usada para retirar uma carga significativa do tecido pulmonar e coração nativos. No ECMO, um ou mais cateteres são colocados no paciente e uma bomba é usada para fluir o sangue sobre fibras ocas de membrana, que trocam oxigênio e dióxido de carbono com o sangue. Similar ao ECMO, a Remoção Extracorpórea de CO2 (ECCO2R) tem uma configuração similar, mas beneficia principalmente o paciente através da remoção do dióxido de carbono, ao invés da oxigenação, com o objetivo de permitir que os pulmões relaxem e curem.
OvariesEdit
O trabalho de base para o desenvolvimento do ovário artificial foi colocado no início dos anos 90.
Os pacientes em idade reprodutiva que desenvolvem câncer freqüentemente recebem quimioterapia ou radioterapia, o que prejudica os oócitos e leva à menopausa precoce. Um ovário humano artificial foi desenvolvido na Universidade de Brown com microtecidos auto-montados, criados usando a nova tecnologia de placa de Petri 3-D. Num estudo financiado e conduzido pelo NIH em 2017, os cientistas tiveram sucesso na impressão de ovários 3D e na sua implantação em ratos estéreis. No futuro, os cientistas esperam replicar isso tanto em animais maiores quanto em humanos. O ovário artificial será utilizado para a maturação in vitro de oócitos imaturos e o desenvolvimento de um sistema para estudar o efeito das toxinas ambientais na foliculogênese.
PancreasEdit
Um pâncreas artificial é usado para substituir a funcionalidade endócrina de um pâncreas saudável por diabéticos e outros pacientes que necessitam dele. Ele pode ser usado para melhorar a terapia de reposição insulínica até que o controle glicêmico seja praticamente normal, como é evidente pela prevenção das complicações da hiperglicemia, e também pode aliviar a carga da terapia para os insulino-dependentes. As abordagens incluem o uso de uma bomba de insulina sob controle de ciclo fechado, desenvolvendo um pâncreas bio-artificial constituído por uma folha biocompatível de células beta encapsuladas, ou usando terapia genética.
EritrócitosEditar
Células vermelhas artificiais (hemácias) já estão em projetos há cerca de 60 anos, mas começaram a se interessar quando a crise de sangue contaminada pelo HIV-donorou. As hemácias artificiais ficarão 100% dependentes da nanotecnologia. Uma hemácia artificial de sucesso deve ser capaz de substituir totalmente as hemácias humanas, o que significa que ela pode desempenhar todas as funções que uma hemácia humana desempenha.
A primeira hemácia artificial, feita por Chang e Poznanski em 1968, foi feita para transportar oxigênio e dióxido de carbono, também funções antioxidantes.
Os cientistas estão trabalhando em um novo tipo de hemácia artificial, que tem um quinto do tamanho de uma hemácia humana. Elas são feitas de proteínas purificadas de hemoglobina humana que foram revestidas com um polímero sintético. Graças aos materiais especiais das hemácias artificiais, elas podem capturar oxigênio quando o pH do sangue está alto e liberar oxigênio quando o pH do sangue está baixo. O revestimento de polímero também evita que a hemoglobina reaja com óxido nítrico na corrente sanguínea, evitando assim a perigosa constrição dos vasos sanguíneos. Allan Doctor, MD, afirmou que a hemácia artificial pode ser usada por qualquer pessoa, com qualquer tipo de sangue, porque o revestimento é imune em silêncio.
TestesEditar
Homens que sofreram anormalidades testiculares através de defeitos congênitos ou lesões foram capazes de substituir o testículo danificado por uma prótese testicular. Embora a prótese não restaure a função reprodutiva biológica, o dispositivo demonstrou melhorar a saúde mental destes pacientes.
ThymusEdit
Uma máquina implantável que desempenha a função de um timo não existe. No entanto, os pesquisadores têm sido capazes de cultivar um timo a partir de fibroblastos reprogramados. Eles expressaram a esperança que a abordagem poderia um dia substituir ou suplementar o transplante neonatal do timo.
A partir de 2017, os pesquisadores da UCLA desenvolveram um timo artificial que, embora ainda não implantável, é capaz de desempenhar todas as funções de um timo verdadeiro.
O timo artificial desempenharia um papel importante no sistema imunológico, utilizaria células estaminais do sangue para produzir mais células T, o que ajudaria o corpo a combater infecções, também conferiria ao corpo a capacidade de eliminar células cancerígenas. Desde quando as pessoas ficam velhas, o seu timo não funciona bem, um timo artificial seria uma boa escolha para substituir um timo velho, que não funciona bem.
A ideia de usar células T para combater infecções já existe há algum tempo, mas até recentemente, a ideia de usar uma fonte de células T, um timo artificial, é proposta. “Sabemos que a chave para criar um fornecimento consistente e seguro de células T de combate ao câncer seria controlar o processo de forma a desativar todos os receptores de células T nas células transplantadas, exceto os receptores de combate ao câncer”, disse o Dr. Gay Crooks, da UCLA. O cientista também descobriu que as células T produzidas pelo timo artificial carregavam uma gama diversificada de receptores de células T e funcionavam de forma semelhante às células T produzidas por um timo normal. Como podem funcionar como timo humano, o timo artificial pode fornecer uma quantidade consistente de células T ao corpo para os pacientes que necessitam de tratamentos.
TraqueiaEdit
O campo das traqueias artificiais passou por um período de grande interesse e excitação com o trabalho de Paolo Macchiarini no Instituto Karolinska e em outros lugares de 2008 a cerca de 2014, com cobertura de primeira página em jornais e na televisão. Em 2014, o trabalho de Paolo Macchiarini foi motivo de preocupação e, em 2016, foi demitido e a direção de alto nível do Karolinska foi demitida, incluindo pessoas envolvidas com o Prêmio Nobel.
As of 2017 engineering a trachea-a hollow tube lined with cells-had proved more challenging than originally thought; challenges include the difficult clinical situation of people who present as clinical candidates, who generally have been through multiple procedures already; creating an implant that can become fully developed and integrate with host while withstanding respiratory forces, as well as the rotational and longitudinal movement the trachea undergoes.