Konstgjorda organ
Konstgjorda lemmarRedigera
Konstgjorda armar och ben, eller proteser, är avsedda att återställa en viss grad av normal funktion hos amputerade personer. Mekaniska anordningar som gör det möjligt för amputerade att gå igen eller fortsätta att använda två händer har troligen använts sedan antiken, den mest anmärkningsvärda är det enkla pinnbenet. Sedan dess har utvecklingen av konstgjorda lemmar gått snabbt framåt. Nya plaster och andra material, t.ex. kolfiber, har gjort det möjligt för konstgjorda lemmar att bli starkare och lättare, vilket begränsar den extra energi som krävs för att manövrera lemmen. Ytterligare material har gjort det möjligt för konstgjorda lemmar att se mycket mer realistiska ut. Proteser kan grovt sett kategoriseras som övre och nedre extremiteter och kan ha många olika former och storlekar.
Nya framsteg inom konstgjorda lemmar omfattar ytterligare nivåer av integration med människokroppen. Elektroder kan placeras i nervvävnad och kroppen kan tränas att styra protesen. Denna teknik har använts på både djur och människor. Protesen kan styras av hjärnan med hjälp av ett direkt implantat eller ett implantat i olika muskler.
BlåsanRedigera
De två huvudsakliga metoderna för att ersätta blåsans funktion innebär att man antingen omdirigerar urinflödet eller ersätter blåsan på plats. Standardmetoder för att ersätta blåsan innebär att man tillverkar en blåsliknande påse av tarmvävnad. Från och med 2017 hade metoder för att odla urinblåsor med hjälp av stamceller försökts i klinisk forskning, men detta förfarande var inte en del av medicinen.
BrainEdit
Neurala proteser är en serie anordningar som kan ersätta en motorisk, sensorisk eller kognitiv modalitet som kan ha skadats till följd av en skada eller sjukdom.
Neurostimulatorer, inklusive djupa hjärnstimulatorer, sänder elektriska impulser till hjärnan för att behandla neurologiska och rörelsestörningar, inklusive Parkinsons sjukdom, epilepsi, behandlingsresistenta depressioner och andra tillstånd, såsom urininkontinens. I stället för att ersätta befintliga neurala nätverk för att återställa funktionen tjänar dessa anordningar ofta till att störa produktionen av befintliga felfungerande nervcentra för att eliminera symtom.
Vetenskapsmän skapade 2013 en minihjärna som utvecklade viktiga neurologiska komponenter fram till de tidiga gestationsstadierna av fostermognaden.
Corpora cavernosaRedigera
För att behandla erektil dysfunktion kan båda corpora cavernosa ersättas irreversibelt kirurgiskt med manuellt uppblåsbara penisimplantat. Detta är en drastisk terapeutisk operation som endast är avsedd för män som lider av fullständig impotens och som har motstått alla andra behandlingsmetoder. En implanterad pump i (ljumsken) eller (pungen) kan manipuleras för hand för att fylla dessa konstgjorda cylindrar, som normalt är dimensionerade för att vara direkta ersättare för de naturliga svällkropparna, från en implanterad reservoar för att uppnå erektion.
EarEdit
I de fall då en person är djupt döv eller gravt hörselskadad på båda öronen kan ett cochleaimplantat implanteras kirurgiskt. Cochleaimplantat kringgår det mesta av det perifera hörselsystemet för att ge en känsla av ljud via en mikrofon och viss elektronik som sitter utanför huden, vanligtvis bakom örat. De externa komponenterna sänder en signal till en rad elektroder som är placerade i cochlea, som i sin tur stimulerar cochlearisnerven.
I händelse av ett trauma på det yttre örat kan en kraniofacial protes vara nödvändig.
Thomas Cervantes och hans kollegor från Massachusetts General Hospital byggde ett artificiellt öra av fårbrosk med hjälp av en 3D-skrivare. Med många beräkningar och modeller lyckades de bygga ett öra som är format som ett typiskt mänskligt öra. De modellerades av en plastikkirurg och var tvungna att justera flera gånger så att det konstgjorda örat kan ha kurvor och linjer precis som ett mänskligt öra. Forskarna säger: ”Tekniken är nu under utveckling för kliniska prövningar, och därför har vi skalat upp och omdesignat de framträdande funktionerna i ställningen för att matcha storleken på ett vuxet mänskligt öra och för att bevara det estetiska utseendet efter implantationen”. Deras konstgjorda öron har inte tillkännagivits som framgångsrika, men de håller fortfarande på att utveckla projektet. Varje år föds tusentals barn med en medfödd missbildning som kallas mikrotia, där det yttre örat inte utvecklas fullt ut. Detta kan vara ett stort steg framåt inom medicinsk och kirurgisk behandling av mikrotia.
EyeEdit
Det hittills mest framgångsrika funktionsersättande konstgjorda ögat är faktiskt en extern miniatyrdigitalkamera med ett fjärrstyrt enkelriktat elektroniskt gränssnitt som implanteras på näthinnan, synnerven eller andra relaterade ställen inne i hjärnan. Den nuvarande tekniken ger endast en partiell funktionalitet, som t.ex. igenkänning av ljusstyrka, färgmönster och/eller grundläggande geometriska former, vilket bevisar konceptets potential.
Flera forskare har visat att näthinnan utför en strategisk förbehandling av bilder för hjärnan. Problemet med att skapa ett helt fungerande artificiellt elektroniskt öga är ännu mer komplext. Framsteg mot att hantera komplexiteten i den artificiella anslutningen till näthinnan, synnerven eller relaterade hjärnområden, i kombination med pågående framsteg inom datavetenskap, förväntas dramatiskt förbättra prestandan hos denna teknik.
HeartEdit
Konstgjorda organ med anknytning till hjärt- och kärlsystemet implanteras i fall där hjärtat, dess klaffar eller en annan del av cirkulationssystemet har störningar. Det konstgjorda hjärtat används vanligtvis för att överbrygga tiden till hjärttransplantation eller för att permanent ersätta hjärtat om hjärttransplantation är omöjlig. Konstgjorda pacemakers är en annan kardiovaskulär anordning som kan implanteras för att antingen intermittent förstärka (defibrillatorläge), kontinuerligt förstärka eller helt förbigå den naturliga levande hjärtpacemakern vid behov. Ventrikelhjälpmedel är ett annat alternativ som fungerar som mekaniska cirkulationsanordningar som helt eller delvis ersätter funktionen hos ett sviktande hjärta, utan att själva hjärtat avlägsnas.
Bortsett från detta forskas det också om laboratorieodlade hjärtan och 3D-bioprintade hjärtan. För närvarande är forskarna begränsade i sin förmåga att odla och skriva ut hjärtan på grund av svårigheter att få blodkärl och labbtillverkade vävnader att fungera sammanhängande.
NjureEdit
Det har rapporterats att forskare vid University of California, San Francisco, håller på att utveckla en implanterbar konstgjord njure. År 2018 har dessa forskare gjort betydande framsteg med tekniken men identifierar fortfarande metoder för att förhindra den blodpropp som är förknippad med deras maskin.
Listan över de patienter som väntar på njurar är lång, och njurar är sällsynta jämfört med andra organ. Många människor kunde inte vänta på sina operationer. Forskare känner en längtan efter att utveckla en konstgjord njure, de har arbetat hårt för att göra en njure som kan fungera perfekt och som förhoppningsvis kan ersätta mänskliga njurar. Tack vare NIBIB Quantum-stipendiaterna har utvecklingen av konstgjorda njurar gått framåt, de har beräknat en simulering av hur blodet flyter och kombinerat sitt arbete med en sällsynt expertis inom konstgjorda njurar. ”Som utvecklare av den här tekniken vet alltför väl är det särskilt frustrerande att hantera blodproppar, som både kan täppa till anordningen, vilket gör den oanvändbar, och orsaka faror för andra delar av kroppen där blodflödet skulle äventyras”, säger Rosemarie Hunziker, chef för NIBIB:s program för vävnadsteknik och regenerativ medicin.
En konstgjord njure skulle göra det möjligt för blodet att filtrera kontinuerligt, vilket skulle bidra till att minska njursjukdomars sjukdom och öka patienternas livskvalitet.
LiverEdit
HepaLife utvecklar en bioartificiell leveranordning avsedd för behandling av leversvikt med hjälp av stamceller. Den konstgjorda levern är utformad för att fungera som en stödjande anordning som antingen gör det möjligt för levern att regenerera vid misslyckande eller för att överbrygga patientens leverfunktioner tills en transplantation är tillgänglig. Den är endast möjlig genom att den använder riktiga leverceller (hepatocyter), och även då är den inte ett permanent substitut.
Forskare från Japan har funnit att en blandning av mänskliga leverförstadieceller (differentierade från mänskliga inducerade pluripotenta stamceller ) och två andra celltyper spontant kan bilda tredimensionella strukturer som kallas ”leverknoppar”.”
LungorEdit
Med några nästan fullt fungerande, lovar konstgjorda lungor att bli en stor framgång inom den närmaste framtiden. Ett företag MC3 i Ann Arbor arbetar för närvarande med denna typ av medicinsk utrustning.
Extrakorporeal membranoxygenering (ECMO) kan användas för att avlasta den naturliga lungvävnaden och hjärtat avsevärt. Vid ECMO placeras en eller flera katetrar i patienten och en pump används för att låta blodet strömma över ihåliga membranfibrer som utbyter syre och koldioxid med blodet. I likhet med ECMO har Extracorporeal CO2 Removal (ECCO2R) ett liknande upplägg, men gynnar främst patienten genom att avlägsna koldioxid, snarare än syresättning, med målet att låta lungorna slappna av och läka.
ÄggstockarRedigera
Grunden för utvecklingen av den konstgjorda äggstocken lades i början av 1990-talet.
Patienter i reproduktiv ålder som utvecklar cancer får ofta kemoterapi eller strålbehandling, vilket skadar äggcellerna och leder till tidig menopaus. En konstgjord mänsklig äggstock har utvecklats vid Brown University med självmonterade mikrovävnader som skapats med hjälp av en ny 3D-teknik för petriskålar. I en studie som finansierades och genomfördes av NIH 2017 lyckades forskarna skriva ut 3-D äggstockar och implantera dem i sterila möss. I framtiden hoppas forskarna kunna upprepa detta i större djur och även i människor. Den konstgjorda äggstocken kommer att användas för in vitro-mognad av omogna oocyter och utveckling av ett system för att studera effekten av miljögifter på follikulogenesen.
BukspottkörtelnRedigera
En konstgjord bukspottkörtel används för att ersätta den endokrina funktionen hos en frisk bukspottkörtel för diabetiker och andra patienter som behöver det. Den kan användas för att förbättra insulinersättningsbehandlingen tills den glykemiska kontrollen är praktiskt taget normal, vilket framgår av att komplikationer till följd av hyperglykemi undviks, och den kan också lätta på behandlingsbördan för insulinberoende personer. Metoderna omfattar användning av en insulinpump med sluten kontroll, utveckling av en bioartificiell bukspottkörtel som består av en biokompatibel platta med inkapslade betaceller, eller användning av genterapi.
Röda blodkropparRedigera
Konstgjorda röda blodkroppar (RBC) har redan funnits i projekt i cirka 60 år, men de började få intresse när krisen med hiv-kontaminerat donatorblod. Konstgjorda röda blodkroppar kommer att vara beroende till 100 procent av nanoteknik. En framgångsrik konstgjord RBC bör helt kunna ersätta mänskliga RBC, vilket innebär att den kan utföra alla funktioner som en mänsklig RBC gör.
Den första konstgjorda RBC:n, som tillverkades av Chang och Poznanski 1968, gjordes för att transportera syre och koldioxid, även antioxidantfunktioner.
Vetenskapsmännen arbetar med en ny typ av konstgjorda RBC:n, som är en femtiondel av storleken på en mänsklig RBC. De tillverkas av renade mänskliga hemoglobinproteiner som har belagts med en syntetisk polymer. Tack vare de konstgjorda röda blodkropparnas speciella material kan de fånga in syre när blodets pH är högt och släppa ut syre när blodets pH är lågt. Polymerbeläggningen hindrar också hemoglobinet från att reagera med kväveoxid i blodet, vilket förhindrar farlig förträngning av blodkärlen. Allan Doctor, MD, uppgav att de konstgjorda röda blodkropparna kan användas av alla, oavsett blodtyp, eftersom beläggningen är immunförsvarslös.
TestiklarRedigera
Män som har drabbats av testikelavvikelser på grund av fosterskador eller skador har kunnat ersätta den skadade testikeln med en testikelprotes. Även om protesen inte återställer den biologiska reproduktionsfunktionen har anordningen visat sig förbättra den psykiska hälsan hos dessa patienter.
ThymusEdit
En implanterbar maskin som utför funktionen av en thymus finns inte. Forskare har dock kunnat odla en thymus från omprogrammerade fibroblaster. De uttryckte förhoppningar om att tillvägagångssättet en dag skulle kunna ersätta eller komplettera neonatal thymustransplantation.
Sedan 2017 har forskare vid UCLA utvecklat en artificiell thymus som, även om den ännu inte är implanterbar, har förmågan att utföra alla funktioner som en riktig thymus.
Den artificiella thymus skulle spela en viktig roll i immunsystemet, den skulle använda stamceller från blodet för att producera fler T-celler, vilket skulle hjälpa kroppen att bekämpa infektioner, den skulle också ge kroppen förmågan att eliminera cancerceller. Eftersom när människor blir gamla fungerar deras thymus inte bra, skulle en konstgjord thymus vara ett bra val för att ersätta en gammal, inte väl fungerande thymus.
Tanken på att använda T-celler för att bekämpa infektioner har funnits en tid, men fram till nyligen har idén om att använda en T-cellskälla, en konstgjord thymus föreslagits. ”Vi vet att nyckeln till att skapa en konsekvent och säker tillförsel av cancerbekämpande T-celler skulle vara att kontrollera processen på ett sätt som inaktiverar alla T-cellsreceptorer i de transplanterade cellerna, utom de cancerbekämpande receptorerna”, säger dr Gay Crooks från UCLA. Forskarna fann också att de T-celler som producerades av den konstgjorda tymusen hade ett brett utbud av T-cellsreceptorer och fungerade på samma sätt som de T-celler som produceras av en normal tymus. Eftersom de kan fungera som mänsklig thymus kan konstgjord thymus förse kroppen med en jämn mängd T-celler för de patienter som är i behov av behandlingar.
TrakeaEdit
Fältet konstgjord trakea genomgick en period av stort intresse och spänning i och med Paolo Macchiarinis arbete vid Karolinska institutet och på andra ställen från 2008 till omkring 2014, med förstasidesrapportering i tidningar och på tv. Oro väcktes för hans arbete 2014 och 2016 hade han fått sparken och höga chefer på Karolinska hade avskedats, däribland personer som var inblandade i Nobelpriset.
På 2017 hade konstruktionen av en luftstrupe – ett ihåligt rör fodrat med celler – visat sig vara en större utmaning än vad man ursprungligen trodde; utmaningarna omfattar den svåra kliniska situationen för personer som presenterar sig som kliniska kandidater, som i allmänhet redan har genomgått flera ingrepp; skapandet av ett implantat som kan bli fullt utvecklat och integreras med värden samtidigt som det klarar av andningskrafter, samt den rotations- och längsgående rörelse som luftstrupen utsätts för.