Organe artificiale
Membre artificialeEdit
Brațele și picioarele artificiale, sau proteze, sunt destinate să restabilească un grad de funcționare normală pentru persoanele amputate. Dispozitivele mecanice care permit persoanelor amputate să meargă din nou sau să continue să folosească două mâini au fost probabil folosite încă din antichitate, cel mai notabil fiind simplul picior de lemn. De atunci, dezvoltarea membrelor artificiale a progresat rapid. Noile materiale plastice și alte materiale, cum ar fi fibra de carbon, au permis ca membrele artificiale să devină mai rezistente și mai ușoare, limitând cantitatea de energie suplimentară necesară pentru a opera membrul. Materialele suplimentare au permis ca membrele artificiale să aibă un aspect mult mai realist. Protezele pot fi clasificate, în linii mari, în categorii de extremități superioare și inferioare și pot avea multe forme și dimensiuni.
Noile progrese în domeniul membrelor artificiale includ niveluri suplimentare de integrare cu corpul uman. Electrozii pot fi plasați în țesutul nervos, iar corpul poate fi antrenat să controleze proteza. Această tehnologie a fost utilizată atât la animale, cât și la oameni. Proteza poate fi controlată de creier cu ajutorul unui implant direct sau implantat în diverși mușchi.
Vezica urinarăEdit
Cele două metode principale de înlocuire a funcției vezicii urinare implică fie redirecționarea fluxului de urină, fie înlocuirea vezicii urinare in situ. Metodele standard de înlocuire a vezicii urinare implică confecționarea unei pungi asemănătoare vezicii urinare din țesut intestinal. Începând cu 2017, metodele de creștere a vezicii urinare cu ajutorul celulelor stem au fost încercate în cercetarea clinică, dar această procedură nu face parte din medicină.
BrainEdit
Protezele neuronale sunt o serie de dispozitive care pot înlocui o modalitate motorie, senzorială sau cognitivă care ar fi putut fi deteriorată ca urmare a unei leziuni sau a unei boli.
Neurostimulatorii, inclusiv stimulatorii cerebrali profunzi, trimit impulsuri electrice la creier pentru a trata tulburările neurologice și de mișcare, inclusiv boala Parkinson, epilepsia, depresia rezistentă la tratament și alte afecțiuni, cum ar fi incontinența urinară. Mai degrabă decât să înlocuiască rețelele neuronale existente pentru a restabili funcția, aceste dispozitive servesc adesea prin întreruperea ieșirii centrelor nervoase existente care funcționează defectuos pentru a elimina simptomele.
Științii au creat în 2013 un mini-creier care a dezvoltat componente neurologice cheie până în primele etape de maturare fetală.
Corpora cavernosaEdit
Pentru a trata disfuncția erectilă, ambii corpora cavernosa pot fi înlocuiți chirurgical în mod ireversibil cu implanturi peniene gonflabile manual. Aceasta este o intervenție chirurgicală terapeutică drastică destinată doar bărbaților care suferă de impotență completă și care au rezistat tuturor celorlalte abordări terapeutice. O pompă implantată în (inghinal) sau (scrot) poate fi manipulată manual pentru a umple acești cilindri artificiali, în mod normal dimensionați pentru a înlocui direct corpii cavernoși naturali, dintr-un rezervor implantat, pentru a obține o erecție.
Editarea urechii
În cazurile în care o persoană este profund surdă sau are o deficiență severă de auz la ambele urechi, se poate implanta chirurgical un implant cohlear. Implanturile cohleare ocolesc cea mai mare parte a sistemului auditiv periferic pentru a oferi o percepție a sunetului prin intermediul unui microfon și a unor componente electronice care se află în afara pielii, în general în spatele urechii. Componentele externe transmit un semnal către o serie de electrozi plasați în cohlee, care, la rândul lor, stimulează nervul cohlear.
În cazul unui traumatism al urechii externe, poate fi necesară o proteză cranio-facială.
Thomas Cervantes și colegii săi, care sunt de la Massachusetts General Hospital, au construit o ureche artificială din cartilaj de oaie cu ajutorul unei imprimante 3D. Cu o mulțime de calcule și modele, au reușit să construiască o ureche cu forma unei urechi umane tipice. Modelată de un chirurg plastician, ei au trebuit să o ajusteze de mai multe ori pentru ca urechea artificială să poată avea curbe și linii la fel ca o ureche umană. Cercetătorii au declarat: „Tehnologia este acum în curs de dezvoltare pentru teste clinice și, astfel, am redimensionat și reproiectat caracteristicile proeminente ale schelei pentru a se potrivi cu dimensiunea unei urechi umane adulte și pentru a păstra aspectul estetic după implantare.” Urechile lor artificiale nu au fost anunțate ca fiind de succes, dar ei continuă să dezvolte proiectul în prezent. În fiecare an, mii de copii s-au născut cu o malformație congenitală numită microtia, în care urechea externă nu se dezvoltă complet. Acest lucru ar putea fi un pas înainte major în tratamentul medical și chirurgical al microtiei.
EyeEdit
Cel mai reușit ochi artificial de înlocuire a funcțiilor de până acum este, de fapt, o cameră digitală miniaturală externă cu o interfață electronică unidirecțională de la distanță implantată pe retină, pe nervul optic sau în alte locații conexe din interiorul creierului. Stadiul actual al tehnicii produce doar o funcționalitate parțială, cum ar fi recunoașterea nivelurilor de luminozitate, a unor mostre de culoare și/sau a unor forme geometrice de bază, ceea ce dovedește potențialul conceptului.
Diferiți cercetători au demonstrat că retina realizează o preprocesare strategică a imaginii pentru creier. Problema creării unui ochi electronic artificial artificial complet funcțional este și mai complexă. Se așteaptă ca progresele în direcția abordării complexității conexiunii artificiale cu retina, nervul optic sau zonele conexe ale creierului, combinate cu progresele continue în domeniul informaticii, să îmbunătățească în mod dramatic performanța acestei tehnologii.
HeartEdit
Organele artificiale legate de sistemul cardiovascular sunt implantate în cazurile în care inima, valvele sale sau o altă parte a sistemului circulator sunt în dezordine. Inima artificială este utilizată de obicei pentru a acoperi timpul până la transplantul de inimă sau pentru a înlocui permanent inima în cazul în care transplantul de inimă este imposibil. Stimulatoarele cardiace artificiale reprezintă un alt dispozitiv cardiovascular care poate fi implantat fie pentru a crește intermitent (modul defibrilator), fie pentru a crește continuu, fie pentru a ocoli complet stimulatorul cardiac natural viu, după caz. Dispozitivele de asistență ventriculară reprezintă o altă alternativă, acționând ca dispozitive circulatorii mecanice care înlocuiesc parțial sau complet funcția unei inimi care cedează, fără a fi necesară îndepărtarea inimii în sine.
În afară de acestea, sunt cercetate, de asemenea, inimi cultivate în laborator și inimi bioprintate 3D. În prezent, oamenii de știință sunt limitați în capacitatea lor de a crește și de a imprima inimi din cauza dificultăților de a face ca vasele de sânge și țesuturile fabricate în laborator să funcționeze coerent.
RinichiEdit
A fost raportat că oamenii de știință de la Universitatea din California, San Francisco, dezvoltă un rinichi artificial implantabil. Începând din 2018, acești oameni de știință au făcut progrese semnificative în ceea ce privește tehnologia, dar încă identifică metode de prevenire a coagulării sângelui asociate cu aparatul lor.
Lista pacienților care așteaptă un rinichi este lungă, iar rinichii sunt rari în comparație cu alte organe. Mulți oameni nu au mai putut aștepta să fie operați. Oamenii de știință simt nevoia de a dezvolta un rinichi artificial, ei au muncit din greu pentru a realiza un rinichi care să funcționeze perfect și, sperăm, să poată înlocui rinichii umani. Mulțumită bursierilor NIBIB Quantum, dezvoltarea rinichiului artificial a avansat, au calculat o simulare a modului în care curge sângele, au combinat munca lor cu o expertiză rară în domeniul rinichiului artificial. „După cum știu prea bine dezvoltatorii acestei tehnologii, este deosebit de frustrant să te confrunți cu cheaguri de sânge, care pot atât să blocheze dispozitivul, făcându-l inutil, cât și să provoace pericole pentru alte părți ale corpului, unde circulația sângelui ar fi compromisă”, a declarat Rosemarie Hunziker, director al programului NIBIB în domeniul ingineriei țesuturilor și al medicinei regenerative.
Un rinichi artificial ar permite filtrarea continuă a sângelui, ceea ce ar contribui la reducerea îmbolnăvirii de boli renale și la creșterea calității vieții pacienților.
FicatEdit
HepaLife dezvoltă un dispozitiv de ficat bioartificial destinat tratamentului insuficienței hepatice cu ajutorul celulelor stem. Ficatul artificial este conceput pentru a servi ca dispozitiv de susținere, fie pentru a permite ficatului să se regenereze în caz de insuficiență, fie pentru a acoperi funcțiile hepatice ale pacientului până când este disponibil un transplant. El este posibil doar prin faptul că utilizează celule hepatice reale (hepatocite) și chiar și așa, nu este un substitut permanent.
Cercetătorii din Japonia au descoperit că un amestec de celule precursoare hepatice umane (diferențiate din celule stem pluripotente induse umane ) și alte două tipuri de celule pot forma spontan structuri tridimensionale denumite „muguri hepatici”.”
PlămâniEdit
Cu unii aproape complet funcționali, plămânii artificiali promit să aibă un mare succes în viitorul apropiat. O companie din Ann Arbor, MC3, lucrează în prezent la acest tip de dispozitiv medical.
Oxigenarea cu membrană extracorporală (ECMO) poate fi folosită pentru a ușura semnificativ sarcina țesutului pulmonar nativ și a inimii. În ECMO, unul sau mai multe catetere sunt plasate în pacient și se utilizează o pompă pentru a face să curgă sângele peste fibre de membrană goală, care schimbă oxigen și dioxid de carbon cu sângele. Asemănătoare cu ECMO, extracția extracorporală de CO2 (ECCO2R) are o configurație similară, dar beneficiază în principal pacientul prin eliminarea dioxidului de carbon, mai degrabă decât prin oxigenare, cu scopul de a permite plămânilor să se relaxeze și să se vindece.
OvareleEdit
La începutul anilor 1990 au fost puse bazele dezvoltării ovarului artificial.
Pacientele aflate la vârsta reproductivă care dezvoltă cancer primesc adesea chimioterapie sau radioterapie, care deteriorează ovocitele și duce la menopauză precoce. Un ovar uman artificial a fost dezvoltat la Universitatea Brown cu ajutorul unor microțesuturi autoasamblate, create cu ajutorul unei noi tehnologii 3-D în vase Petri. În cadrul unui studiu finanțat și realizat de NIH în 2017, oamenii de știință au reușit să tipărească ovare 3-D și să le implanteze în șoareci sterili. În viitor, oamenii de știință speră să reproducă acest lucru la animale mai mari, precum și la oameni. Ovarul artificial va fi utilizat în scopul maturării in vitro a ovocitelor imature și al dezvoltării unui sistem de studiere a efectului toxinelor de mediu asupra foliculogenezei.
PancreasEdit
Un pancreas artificial este utilizat pentru a înlocui funcționalitatea endocrină a unui pancreas sănătos pentru pacienții diabetici și alți pacienți care au nevoie de el. Acesta poate fi utilizat pentru a îmbunătăți terapia de substituție cu insulină până când controlul glicemic este practic normal, după cum reiese din evitarea complicațiilor hiperglicemiei, și poate, de asemenea, să ușureze povara terapiei pentru persoanele insulino-dependente. Abordările includ utilizarea unei pompe de insulină sub control în buclă închisă, dezvoltarea unui pancreas bio-artificial format dintr-o foaie biocompatibilă de celule beta încapsulate sau utilizarea terapiei genice.
Celule roșii din sângeEdit
Globulele roșii artificiale (RBC) sunt deja în proiecte de aproximativ 60 de ani, dar au început să stârnească interes atunci când a apărut criza sângelui donatorului contaminat cu HIV. Globulele roșii artificiale vor fi dependente 100% de nanotehnologie. Un RBC artificial de succes ar trebui să fie capabil să înlocuiască în totalitate RBC-ul uman, ceea ce înseamnă că poate îndeplini toate funcțiile pe care le îndeplinește un RBC uman.
Primul RBC artificial, realizat de Chang și Poznanski în 1968, a fost realizat pentru a transporta oxigen și dioxid de carbon, având și funcții antioxidante.
Cercetătorii lucrează la un nou tip de RBC artificial, care are o cincime din dimensiunea unui RBC uman. Acestea sunt realizate din proteine de hemoglobină umană purificată care au fost acoperite cu un polimer sintetic. Datorită materialelor speciale ale RBC-urilor artificiale, acestea pot capta oxigenul atunci când pH-ul sângelui este ridicat și pot elibera oxigen atunci când pH-ul sângelui este scăzut. De asemenea, învelișul de polimer împiedică hemoglobina să reacționeze cu oxidul nitric din fluxul sanguin, prevenind astfel constricția periculoasă a vaselor de sânge. Allan Doctor, MD, a declarat că RBC-ul artificial poate fi folosit de oricine, cu orice grupă de sânge, deoarece învelișul este imunitar silențios.
TesticuleEdit
Bărbații care au suferit anomalii testiculare prin malformații congenitale sau leziuni au putut înlocui testiculul deteriorat cu o proteză testiculară. Deși proteza nu restabilește funcția biologică de reproducere, s-a demonstrat că dispozitivul îmbunătățește sănătatea mentală a acestor pacienți.
ThymusEdit
Nu există o mașină implantabilă care să îndeplinească funcția unui timus. Cu toate acestea, cercetătorii au reușit să crească un timus din fibroblaste reprogramate. Aceștia și-au exprimat speranța că această abordare ar putea într-o zi să înlocuiască sau să completeze transplantul de timus neonatal.
În 2017, cercetătorii de la UCLA au dezvoltat un timus artificial care, deși nu este încă implantabil, este capabil să îndeplinească toate funcțiile unui timus adevărat.
Timusul artificial ar juca un rol important în sistemul imunitar, ar folosi celulele stem din sânge pentru a produce mai multe celule T, ceea ce ar ajuta organismul să lupte împotriva infecțiilor, de asemenea, ar acorda organismului capacitatea de a elimina celulele canceroase. Având în vedere că atunci când oamenii îmbătrânesc, timusul lor nu mai funcționează bine, un timus artificial ar fi o alegere bună pentru a înlocui un timus bătrân, care nu funcționează bine.
Ideea de a folosi celulele T pentru a lupta împotriva infecțiilor există de ceva timp, dar până de curând, este propusă ideea de a folosi o sursă de celule T, un timus artificial. „Știm că cheia pentru a crea o sursă consistentă și sigură de celule T care luptă împotriva cancerului ar fi să controlăm procesul într-un mod care să dezactiveze toți receptorii de celule T din celulele transplantate, cu excepția receptorilor care luptă împotriva cancerului”, a declarat Dr. Gay Crooks de la UCLA. Cercetătorul a descoperit, de asemenea, că celulele T produse de timusul artificial purtau o gamă diversă de receptori de celule T și funcționau în mod similar cu celulele T produse de un timus normal. Deoarece pot funcționa la fel ca timusul uman, timusul artificial poate furniza o cantitate consistentă de celule T în organism pentru pacienții care au nevoie de tratamente.
TraheeaEdit
Domeniul traheei artificiale a trecut printr-o perioadă de mare interes și entuziasm odată cu activitatea lui Paolo Macchiarini la Institutul Karolinska și în alte părți, din 2008 până în jurul anului 2014, cu acoperire pe prima pagină în ziare și la televiziune. În 2014 au fost exprimate îngrijorări cu privire la activitatea sa, iar până în 2016 acesta a fost concediat, iar conducerea de nivel înalt de la Karolinska a fost demisă, inclusiv persoane implicate în acordarea Premiului Nobel.
În 2017, ingineria unei trahee – un tub gol căptușit cu celule – s-a dovedit a fi mai dificilă decât se credea inițial; printre provocări se numără situația clinică dificilă a persoanelor care se prezintă ca și candidați clinici, care, în general, au trecut deja prin mai multe proceduri; crearea unui implant care poate deveni complet dezvoltat și se poate integra cu gazda, rezistând în același timp la forțele respiratorii, precum și la mișcările de rotație și longitudinale la care este supusă traheea.
.