Ελπίδες για τον βιονικό άνθρωπο

Ελπίδες για τον βιονικό άνθρωπο

Η ανάπτυξη των τεχνητών ανθρώπινων μελών - οργάνων πολύ σύντομα θα οδηγήσει στην δημιουργία ενός μετα-ανθρώπου ενισχυμένου με βιο-μοσχεύματα και τεχνητά μέλη. Όμως ποια είναι η εξέλιξη της επιστήμης σε αυτό τον τομέα σήμερα;

Η κατασκευή οστών

Τα εμφυτεύματα, τα οποία θα αντιγράφουν την απλή δομή των σκελετικών ιστών, είναι τα απλούστερα στην κατασκευή. Μια γυναίκα από τη Μεγάλη Βρετανία, η οποία υπέφερε από ρευματοειδή αρθρίτιδα έμεινε πρόσφατα μόνο με δυο από τις αρχικές της κλειδώσεις, αφού όλες οι υπόλοιπες αντικαταστάθηκαν από πλαστικά και μεταλλικά μέρη.



Τα ισχία, τα δόντια, οι σπόνδυλοι μπορούν να αντικατασταθούν και να προσαρμοστούν έτσι ώστε να είναι συμβατά με τον ασθενή. Ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την δημιουργία τεχνητών μερών μέσα σε μερικές ώρες, κάτι το οποίο θα μπορούσε να φανεί εξαιρετικά χρήσιμο σε περιπτώσεις ατυχημάτων και έκτακτων αναγκών. Μια ειδική συσκευή παράγει «οστά» χρησιμοποιώντας ένα νέο πορώδες πολυμερές, το οποίο είναι σχεδόν τόσο ισχυρό όσο τα πραγματικά οστά.

Παρόλα αυτά, τα τεχνητά οστά δεν είναι τέλεια. Μια σκέψη που θα μπορούσε να βοηθήσει στη μίμηση των πραγματικών οστών είναι η κατασκευή εμφυτευμάτων με τη βοήθεια της χρήσης σκόνης τιτάνιου. Η σκόνη αυτή θα δημιουργούσε πόρους διαφορετικού μεγέθους σε διαφορετικές περιοχές του τελικού προϊόντος, ελέγχοντας την ισχύ και την ακαμψία με τον ίδιο τρόπο, όπως ένα πραγματικό οστό.

Μερικοί από τους πιο πρόσφατους τρόπους για τη βελτίωση των εμφυτευμάτων συμπεριλαμβάνουν την δημιουργία ενός μαγνητικού πεδίου για την προσέλκυση φαρμάκων ή την παροχή επιφανειακών δομών ικανών να προάγουν την ανάπτυξη νέων οστών.

Ωστόσο η ανάπτυξη των ζωντανών οστών και ο χόνδρος είναι ο καλύτερος τρόπος για την αντιμετώπιση των προβλημάτων που σχετίζονται με την απόρριψη των τεχνητών μελών από το ανθρώπινο σώμα.

Το παιχνίδι της αναγέννησης

Κατά την πρώτη ανθρώπινη προσπάθεια σε αυτό τον τομέα, οι τεχνητοί χόνδροι αποδείχθηκαν ικανοί να αναπλάσουν τραυματισμένα γόνατα. Αυτός ο τύπος ιστών οδηγεί στην καλλιέργεια κυττάρων μέσα σε ένα πλαίσιο, το οποίο βασίζεται σε στοιχεία που βρίσκονται σε συνεκτικούς ιστούς.

Οι σύνδεσμοι μπορούν επίσης να αναπτυχθούν με τον ίδιο τρόπο. Η τοποθέτηση ενός πλαισίου στον ανθρώπινο σώμα επιτρέπει τη φυσική ανάπτυξη, μια τεχνική που μπορεί επίσης να δουλέψει με νεύρα και να χαρίσει την όραση σε τυφλά ποντίκια.



Στην πραγματικότητα, καλλιεργώντας φυσιολογικά ή εμβρυονικά κύτταρα, σήμερα είναι πιθανή η ανάπτυξη οποιουδήποτε τύπου ιστού. Ορισμένα ολοκληρωμένα όργανα έχουν ήδη αναπτυχθεί με αυτό τον τρόπο.

Οι τεχνητές κύστες έχουν αλλάξει τη ζωή μερικών ασθενών που πάσχουν από δισχιδής ράχη (spina bifida). Σήμερα έχουν κατασκευαστεί ακόμα και λειτουργικά γενετικά όργανα, για κουνέλια, τα οποία μπορούν να ζευγαρώσουν επιτυχώς.

Παρόλα αυτά, η ανάπτυξη όλο και πιο πολύπλοκων οργάνων με περίπλοκο σύστημα αιμοφόρων αγγείων είναι δύσκολη. Μια πιθανή λύση συμπεριλαμβάνει την κατασκευή ενός πλαστικού προτύπου αιμοφόρων αγγείων ενός οργάνου, συμπληρώνοντας ένα δοτό όργανο με πολυμερές. Το τεχνητό λοιπόν πρότυπο τροφοδοτείται με κύτταρα, τα οποία αναπτύσσονται μέσα σε αιμοφόρα αγγεία. Ένα τεχνητό ήπαρ έχει ήδη ανοίξει το δρόμο προς αυτή την κατεύθυνση αλλά δεν ήταν πλήρως λειτουργικό.

Τα όργανα

Ένας τρόπος για την αποφυγή των προβλημάτων των αναπτυσσόμενων πολύπλοκων δομών είναι η εκμετάλλευση των συνθέσεων των δοτών οργάνων.

Μια διαδικασία που καλείται "decellularisation" αφαιρεί όλα τα κύτταρα από ένα όργανο, αφήνοντας τους συνδετικούς ιστούς γυμνούς. Όλα αυτά έχουν ως αποτέλεσμα χωρίς ζωντανά κύτταρα, το εμφύτευμα να μην μπορεί να απορριφθεί από τον ξενιστή.

Χρησιμοποιούμενα αρχικά για την αντικατάσταση καρδιακών βαλβίδων, η τεχνική αυτή εφαρμόστηκε φέτος για την αντικατάσταση της καρδιάς ενός ποντικιού. Μετά από μερικά ηλεκτροσόκ, η νέο-αναπτυσσόμενη καρδιά άρχισε να χτυπάει κανονικά.

Υποστήριξη καρδιάς

Η τεχνική αυτή βρίσκεται ακόμα μακριά από τους ασθενείς και την ευρεία εφαρμογή της στα νοσοκομεία, όμως οι ασθενείς που πάσχουν από καρδιακά νοσήματα έχουν ακόμα την επιλογή όταν πρόκειται για τη μεταμόσχευση.

Η πιο κοινή πρακτική είναι οι βηματοδότες, οι οποίοι αναλαμβάνουν τις ομάδες των κυττάρων που συγχρονίζουν τους καρδιακούς μύες με ηλεκτρισμό. Οι επιστήμονες πρόσφατα κατασκεύασαν έναν βηματοδότη που τροφοδοτείται από την ίδια την καρδιά.

Η μεταμόσχευση ανθρώπινης καρδιάς είναι πραγματικότητα εδώ και δεκαετίες, ενώ οι τεχνητές καρδιές μπορούν να βοηθήσουν τους ανθρώπους που περιμένουν μόσχευμα.

Άλλα μέρη του ανθρώπινου σώματος , όπως το λεμφικό σύστημα, αρχίζουν να αντικαθιστούνται σιγά σιγά. Το περασμένο έτος, εμφυτεύθηκε σε ποντίκια τεχνητός λεμφικός αδένας φτιαγμένος από κολλαγόνο και κύτταρα που είχαν μεταφερθεί από τον αδένα νεογέννητων ποντικιών.

Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε κάποτε να χρησιμοποιηθεί στην αναδόμηση του ανοσοποιητικού συστήματος που αντιμετωπίσει ασθένειες, όπως το AIDS.

Νευρική αντίδραση

Η πολυπλοκότητα του εγκεφάλου καθιστά αμφίβολη την ανάπλαση του. Ωστόσο κάποιες από τις λειτουργίες του και τα μέρη του νευρικού συστήματος μπορούν ήδη να αντικατασταθούν μέσω της ηλεκτρονικής.



Το πιο επιτυχημένο παράδειγμα είναι κοχλιακό μόσχευμα. Περισσότεροι από 100.000 άνθρωποι μπορούν να ακούσουν ξανά χάρη στη μικροφωνική έξοδο που διεγείρει τον κοχλία του εσωτερικού αυτιού.

Αυτή η προσέγγιση ωστόσο έχει περιορισμούς, έτσι ένα νέο σχέδιο κεντρίζει το νευρικό σύστημα, συνδέοντας το αυτί με τον εγκέφαλο, μια προσέγγιση που θα μπορούσε να προσφέρει καλύτερη ποιότητα ακοής.

Τα εμφυτεύματα μπορούν ακόμα να βοηθήσουν τυφλούς ανθρώπους να δουν, διεγείροντας τον αμφιβληστροειδή χιτώνα ή τον οπτικό φλοιό του εγκεφάλου. Παρόλα αυτά, η ποιότητα των αποτελεσμάτων ποικίλει. Η κατασκευή καλύτερων βιονικών ματιών στηρίζεται στην κατανόηση του αμφιβληστροειδούς χιτώνα και του τρόπου με τον οποίο επεξεργάζεται εικόνες ο εγκέφαλος.

Ίσως η πιο φιλόδοξη προσπάθεια δημιουργίας νευρικού μοσχεύματος έχει ως σκοπό την αντικατάσταση μιας ολόκληρης περιοχής του εγκεφάλου, όπως του ιππόκαμπου, ο οποίος εμπλέκεται στην χωρική και βραχυπρόθεσμη μνήμη. Οι ερευνητές δουλεύουν για την δημιουργία ενός τεχνητού ιππόκαμπου που θα δέχεται, θα επεξεργάζεται και θα παράγει ηλεκτρικά σήματα όπως ακριβώς ένας πραγματικός.

Τα άκρα

Άλλες έρευνες προσανατολίζονται προς την αντικατάσταση ολόκληρων άκρων με ρομποτικά υποκατάστατα. Οι ηλεκτρονικοί και μηχανικοί θα πρέπει να κατασκευάσουν οστά, μύες και νεύρα που θα λειτουργούν ομαδικά και θα είναι συμβατά με τα φυσικά μέρη.

Η Ιταλική έρευνα CyberHand έχει σκοπό να βοηθήσει τους ασθενείς να ελέγξουν και να αποκτήσουν συναίσθηση από ένα τεχνητό μέλος όπως ακριβώς από ένα πραγματικό. Ηλεκτρόδια θα συνδέουν τα νεύρα που προϋπήρχαν σε προσθετικούς κινητήρες και αισθητήρες ισχύος.

Κάποια προηγμένα βιονικά άκρα απαιτούν τα νεύρα που κάποτε έλεγχαν το χαμένο άκρο για να συνδεθούν με το στήθος του ασθενούς. Όταν το άτομο προσπαθήσει να κουνήσει το πρόσθετο άκρο, προκαλεί τη σύσπαση των μυών του στήθους, διεγείροντας τους αισθητήρες που ελέγχουν το χέρι. Επανασυνδέοντας τα αισθητήρια νεύρα ενός άκρου με τον ίδιο τρόπο καθίσταται δυνατή η αίσθηση της ανάδρασης από το χέρι το οποίο θα μοιάζει με αληθινό.

Ένας από τους σημαντικότερους στόχους της υπηρεσίας προηγμένων ερευνών του Πενταγώνου, DARPA, είναι η δημιουργία βελτιωμένων προσθετικών, με ένα χρηματοδοτούμενο πρόγραμμα, Luke arm, το οποίο ανέδειξε πρόσφατα εντυπωσιακά αποτελέσματα.



Οι μελλοντικές ατέλειες

Παρά τις επιτυχίες και τις πολλά υποσχόμενες τεχνικές, το ανθρώπινο σώμα παραμένει ακόμα πολύ πιο πολύπλοκο από οποιαδήποτε μηχανή και δυστυχώς δεν υπάρχει το αβαντάζ του εγχειριδίου.

Επίσης, πολύ συχνά, τα τεχνητά υποκατάστατα έχουν τα μειονεκτήματα τους. Τα μοσχεύματα οργάνων απαιτούν ισόβια θεραπεία με ανοσοκατασταλτικά φάρμακα, τα οποία θα εμποδίζουν την απόρριψη ενώ υπάρχουν κάποιες ενδείξεις που προτείνουν ότι οι θεραπείες των εμβρυονικών κυττάρων μπορεί να προκαλέσουν ακόμα και καρκίνο.

Οι ηλεκτρονικές συσκευές μπορεί να διαβρωθούν και να φθαρούν, ενώ απαιτούνται επαναλαμβανόμενες επεμβάσεις για την αντικατάσταση των μπαταριών τους. Η τροφοδοσία αυτών των συσκευών μέσω της κίνησης ή άλλης μορφής ενέργειας που θα προέρχεται από το σώμα ίσως είναι η λύση.

Τα ηλεκτρονικά εμφυτεύματα μπορεί να φανούν επίσης χρήσιμα κατά τη διάρκεια μιας ηλεκτρομαγνητικής παρέμβασης ή ακόμα σε απομακρυσμένες επιθέσεις. Νωρίτερα φέτος, ερευνητές χρησιμοποίησαν ραδιοκύματα για να ενεργήσουν σε έναν βηματοδότη με τέτοιο τρόπο ώστε να προκαλέσει καρδιακή προσβολή.

Η ενθάρρυνση του ανθρώπινου σώματος για την ανάπτυξη των δικών του υποκατάστατων έχει ως αποτέλεσμα την αποφυγή όλων των παραπάνω προβλημάτων. Ωστόσο, οι υπεράνθρωπες ικανότητες, θα εξαρτώνται πάντα από την ηλεκτρονική.

New Scientist :