Sztuczne narządy

Sztuczne narząd – jest sztucznym urządzeniem wszczepionym lub zintegrowanym z człowiekiem – łączącym się z żywą tkanką – w celu zastąpienia naturalnego narządu, w celu powielania lub powiększania określonej funkcji lub grupy pokrewnych funkcji, aby pacjent mógł powrócić do normalnego życia jak najszybciej. Zastąpiona funkcja niekoniecznie musi być powiązana ze wsparciem dla życia, ale często jest. Na przykład, kości zastępcze i stawy, takie jak te znalezione w protezach biodrowych mogłyby być uznane za sztuczne narządy.

Przyjęta definicja polega na tym, że urządzenie nie może być ciągle przywiązane do stacjonarnego źródła zasilania lub innych stałych zasobów, takich jak filtry lub jednostki przetwarzania chemicznego. (Okresowe szybkie ładowanie baterii, uzupełnianie chemikaliów i / lub czyszczenie / wymiana filtrów wykluczałoby, że urządzenie było nazwane sztucznym organem).

Dlatego aparat do dializy, będący bardzo skutecznym i krytycznie ważnym urządzeniem wspomagającym życie, niemal całkowicie zastępuje nerki, nie jest jednak sztucznym narządem.

 

⇓ Cel


Powody budowania i zainstalowania sztucznego narządu, początkowo wymagają bardzo długiego badania i kosztownego procesu, które może wiązać się z:

– Zapewnieniem wsparcia życia, aby zapobiec bliskiej śmierci podczas oczekiwania na przeszczep (np. Sztuczne serce );
– Znacznej poprawienie zdolności pacjenta do samoopieki (np. sztuczne kończyny );
– Poprawa zdolności pacjenta do interakcji społecznej (np. Implant ślimakowy );
– Poprawa jakości życia pacjenta poprzez odbudowę kosmetyczną po operacji raka lub po wypadku.

Prawie zawsze narządy przed użyciem jakiegokolwiek sztucznego narządu przez ludzi podlegają eksperymentom ze zwierzętami. Pierwsze badania na ludziach często ograniczają się do tych, które już stoją przed śmiercią lub wyczerpali oni każdą inną możliwość leczenia.

 

⇓ Przykłady


Sztuczne kończyny

Sztuczne ramiona i nogi, lub protezy, mają przywrócić określony stopień normalnej funkcji. Urządzenia mechaniczne, które pozwalają chorym chodzić znowu lub jak dalej używać dwóch rąk, prawdopodobnie były używane od czasów starożytnych. Od tego czasu rozwój sztucznych kończyn szybko się rozwijał. Nowe tworzywa sztuczne i inne materiały, takie jak włókno węglowe, pozwoliły na sztucznym kończynom stawać się silniejsze i lżejsze, ograniczać ilość dodatkowej energii niezbędnej do obsługi kończyny. Dodatkowe materiały pozwalały sztucznym kończynom wyglądać bardziej realistycznie. Protezy mogą być skategoryzowane jako kończyny górne i dolne i mogą mieć wiele kształtów i rozmiarów.

Nowe postępy w budowie sztucznych kończynach obejmują dodatkowe poziomy integracji z organizmem ludzkim. Elektrody mogą być umieszczone w tkance nerwowej, a ciało może być przeszkolone w celu kontroli działania protezy. Ta technologia była stosowana zarówno u zwierząt, jak i ludzi. Protetyczne mogą być kontrolowane przez mózg przy użyciu bezpośredniego implantu lub implantu podłączonego do różnych mięśni.

Sztuczny pęcherz moczowy

Dwa główne sposoby zastępowania funkcji pęcherza moczowego obejmują przekierowanie przepływu moczu lub wymianę pęcherza w jego pierwotnym miejscu. Standardowe sposoby zastępowania pęcherza moczowego polegają na formowaniu worka podobnego do pęcherza moczowego z tkanki jelitowej. Alternatywne podejście polega na wzrastaniu pęcherza moczowego z komórek pobieranych od pacjenta umożliwiających wzrost na rusztowaniu w pęcherza moczowym.

Sztuczny mózg

Protezy nerwowe to szereg urządzeń, które mogą zastąpić funkcje mechaniczne, zmysłowy lub poznawczy które mogą zostać uszkodzone w wyniku urazu lub choroby.

Neurostymulatory wysyłają impulsy elektryczne do mózgu w celu leczenia zaburzeń neurologicznych i ruchowych, w tym choroby Parkinsona, padaczki, depresji opornej na leczenie i innych stanów, takich jak nietrzymanie moczu. Zamiast zastępować istniejące sieci neuronowe w celu przywrócenia funkcji, urządzenia te często służą zakłócając produkcję istniejących nieprawidłowo działających ośrodków nerwowych w celu wyeliminowania objawów.

Proteza penisa

Stosowana w celu leczenia zaburzeń erekcji. Ciało jamiste mogą być nieodwracalnie chirurgicznie zastępowane ręcznie nadmuchiwanymi implantami penisowymi. Jest to drastyczna operacja terapeutyczna przeznaczona tylko dla mężczyzn, którzy cierpią z powodu całkowitej impotencji, która opierała się wszystkim innym metodom leczenia. Wszczepiona pompa w tkance (pachwinie) może być ręcznie manipulowana ręcznie w celu osiągnięcia erekcji.

Proteza ucha

W przypadkach, gdy osoba jest głęboko głucha lub ciężko niedosłyszy w obydwu uszach, implant ślimakowy może być chirurgicznie wszczepiony do obu małżowin. Implanty ślimakowe obchodzą większość obwodowego systemu słuchowego, zapewniając poczucie dźwięku przez mikrofon i elektronikę, która znajduje się na zewnątrz skóry, zazwyczaj za uchem. Komponenty zewnętrzne przekazują sygnał do tablicy elektrod umieszczonych w ślimaku co z kolei pobudza nerwy ślimakowe .

W przypadku zewnętrznego urazu ucha niezbędna jest proteza czaszkowo-twarzowa.

Proteza oka 

Najbardziej skutecznym sztucznym okiem jest to, zbudowane z zewnętrzną miniaturową cyfrową kamerą z odległym, jednokierunkowym interfejsem elektronicznym wszczepionym w siatkówkę , nerw wzrokowy lub inne powiązane miejsca wewnątrz mózgu . Obecny stan techniki daje tylko częściową funkcjonalność, taką jak rozpoznawanie poziomów jasności, próbek koloru i / lub podstawowych kształtów geometrycznych, co świadczy o potencjale koncepcji.

Wielu badaczy wykazało, że siatkówka wykonuje wstępne przetwarzanie obrazowe dla mózgu. Problem tworzenia całkowicie funkcjonalnego sztucznego oka elektronicznego jest jeszcze bardziej złożony. Oczekuje się, że postępy w rozwiązywaniu złożoności sztucznego połączenia z siatkówką, nerwem wzrokowym lub związanymi z nimi obszarami mózgu w połączeniu z trwającymi postępami w informatyce mają znacząco poprawić wydajność tej technologii.

Sztuczne serce

Organy sztuczne związane z układem sercowo-naczyniowym wszczepia się w przypadkach, gdy serce, zastawki lub inna część układu krążenia jest w stanie zaburzenia. Sztuczne serce jest zazwyczaj używane do pomostowania czasu do przeszczepu serca lub do trwałego zastąpienia serca, jeśli nie jest możliwy przeszczep serca. Sztuczne stymulatory stają się kolejnym urządzeniem układu sercowo-naczyniowego, które mogą być wszczepione do ciągłego stymulowania (tryb defibrylatora), stale zwiększać lub całkowicie pomijać naturalny stymulator serca w razie potrzeby.

Urządzenia wspomagające impulsy komorowe są kolejną alternatywą, działającą jako mechaniczne urządzenia krążące, które częściowo lub całkowicie zastępują funkcję serca, bez usunięcia samego serca.

Sztuczna wątroba

Fima HepaLife opracowuje bioartykalne urządzenie wątrobowe przeznaczone do leczenia niewydolności wątroby za pomocą komórek macierzystych. Sztuczna wątroba ma służyć jako urządzenie wspomagające, umożliwiające regenerację wątroby po niepowodzeniu lub złagodzenie funkcji wątroby pacjenta do czasu przeszczepu. Jest to możliwe tylko dzięki temu, że używa on rzeczywistych komórek wątroby (hepatocytów), a nawet wtedy, nie jest stałym substytutem.

Naukowcy z Japonii stwierdzili, że mieszanka ludzkich komórek prekursorowych wątroby (różniących się od ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych [iPSCs]) oraz dwa inne typy komórek mogą spontanicznie tworzyć trójwymiarowe struktury, nazywane „pąkami wątroby”

Sztuczne płuca

Obecnie firma Ann Arbor MC3 pracuje nad tym typem sprzętu medycznego.

Zewnętrzne membranowe utlenianie (ECMO) może być stosowane do znacznego obciążenia tkanki płucnej i serca. W ECMO u pacjenta umieszcza się jeden lub więcej cewników, a pompa jest wykorzystywana do przepływu krwi przez wydrążone włókna membranowe, które wymieniają tlen i dwutlenek węgla we krwi. Podobnie jak w przypadku ECMO, usuwanie CO2 pozaustrojowego (ECCO2R) ma podobny układ, ale przede wszystkim przynosi korzyści pacjentowi w wyniku usunięcia dwutlenku węgla, a nie natleniania, w celu umożliwienia płucom odpoczynku.

Sztuczne jajniki

Kobiety w wieku rozrodczym, u których rak jest często leczony chemioterapią lub radioterapią powoduje uszkodzenie oocytów i prowadzi do wczesnej menopauzy. Sztuczny ludzki jajnik został opracowany na Brown University z mikroorganizmami samoorganizacyjnymi utworzonymi przy użyciu nowej technologii 3-D Petriego. Sztuczne jajniki będą wykorzystywane do dojrzewania niedojrzałych komórek jajowych in vitro i opracowania systemu do badania wpływu toksyn środowiskowych na folikulogenezę.

Sztuczna trzustka

Sztuczne trzustki stosowane są do zastąpienia czynności endokrynologicznych u chorych na cukrzycę i innych, którzy tego potrzebują. Może być stosowane do poprawy terapii zastępczej insuliną, dopóki kontrola glikemii jest praktycznie normalna, co widoczne jest poprzez uniknięcie powikłań hiperglikemii, a także może zmniejszyć ciężar terapii zależnej od insuliny.