Побудова людини з шести мільйонів доларів

Замінні частини тіла звучать як щось із науково-фантастичного (або жаху) фільму. Але для тих, хто не має кінцівки, які потребують пересадки органів, або мають порушення зору чи слуху, це може означати нову оренду життя завдяки інженерам-біомедикам, які вирішують цю проблему.

Можна було б передбачити майбутнє, коли люди вирішили мати функціонуючі частини тіла замінені на ті, які можуть надати їм надлюдські здібності. Але бачення кіборгів швидко забуваються, коли людина, яка втратила зір, відновила його із застосуванням імплантату сітківки сітківки, що працює на мікрочіпах, або професійний танцюрист, який втратив ногу в національній трагедії, зможе знову вийти на сцену.

Випробовуючи межі того, скільки людського тіла можна відтворити і замінити, швейцарський психолог Бертольт Мейєр працював з інженерами-робототехніками, щоб створити робота, змодельований ним самим. У Мейєра є протезна рука - ультра революція i-кінцівки - що було зафіксовано у документальному фільмі BBC " Як побудувати біонічну людину" . Тож він мав змогу зібрати робота Рекса з масиву протезів, навіть давши йому кровоносну систему. Зіткнувшись з роботом із власним зором та розчаровуючим незграбним тілом, Мейєр спочатку зазнає неприємностей, але його занепокоєння швидко відміняються, коли Рекс добре орієнтується у світі та притягує шанувальників по дорозі.

Хоча Рекс незабаром не повністю замінює нас, він слугує зразком того, що можливо, коли технологічна винахідливість відповідає біології. Перегляньте наше слайд-шоу, щоб отримати більше прикладів.

1 Шкіра

Штучна шкіра може відчувати себе справжньою людиною, яка торкається її, але може не доставляти особливого почуття одержувачу трансплантації. Використовуючи наночастинки із золотим покриттям з моношарів, дослідники Технологічного інституту в Ізраїлі створили електронну шкіру, яка в 10 разів чутливіша на дотик, ніж альтернативи. Електронна шкіра гнучка і здатна визначати тиск, температуру та вологість.

• 2 Череп

  У жінки в Нідерландах, яка страждає на кісткове захворювання, був потовщений череп, який загрожував її життю. Лікарі університетського медичного центру Утрехт звернулися до 3D-друку, щоб створити для неї новий череп. Із тиском на її мозок труднощі, пов’язані із зором та руховим контролем, зникли.

  
  Молоду дівчину в Китаї аналогічно врятував титановий 3D-надрукований череп після важкого випадку гідроцефалії. Її голова виросла в чотири рази від звичайного розміру. Медики видалили частину її черепа, злили рідину і замінили кістку на друкований імплантат.



3 Мозок

Відновлення втраченої функції мозку часто залишається на самому мозку. Але було показано, що штучний мозочок на чіпі відновлює втрачену функцію мозку у щурів. В ізраїльському університеті Тель-Авів дослідники відключили мозочок щура, що не дало йому блимати реакцією на подразник. Після імплантації чіпа вони змогли навчити щура моргати у відповідь. Дослідники вважають, що їхні висновки можуть вийти за рамки відновлення функціональності та підвищення можливостей мозку.


Вийшовши за межі моделі щурів, дослідницька група Медичного центру Університету Піттсбурга змогла передавати функцію озброєння від чоловіка, який протягом чотирьох років був чотириплегічним, до роботизованої руки. Імплантуючи два масиви електродів у мозок людини, а потім прикріпивши приймач до черепа, він здатний відчути відчуття через руку і достатньо керувати нею, щоб він міг тримати келих і виконувати інші завдання.


DARPA тим часом вивчає мозкові імплантати, які можуть призвести до покращення розумових можливостей людини. Організація виділяє 62 мільйони доларів на розробку імплантату, який би передавав дані між мозку та пристроями. Агентство відверто визнає, що його мета може бути нездійсненною, зазначивши, що успіх спричинить "інтегрований прорив у численних дисциплінах, включаючи нейронауку, синтетичну біологію, електроніку малої потужності, фотоніку, упаковку та виготовлення медичних пристроїв, інженерію систем та клінічні випробування".



4 очі

Навіть коли зір 20/20, це не просто. Бачити зображення - це багатоетапний процес, а не прямий, і він здійснюється через делікатну нейронну павутину. У Стенфордському університеті дослідники працюють над фотоелектричним протезом сітківки для відновлення зору особам із сліпотою, що виникають внаслідок певних станів сітківки, таких як пігментна ретиніт та дегенерація макули. Імплантат стимулює нейрони сітківки, доповнюючи ту частину зорового процесу, на яку негативно впливають дегенеративні захворювання сітківки. На відміну від попередніх імплантатів, які спиралися на позаочні джерела живлення, імплантат команди Стенфорда отримує свою силу, перетворюючи світло в електричний струм через пару очок. Система знаходиться в клінічних випробуваннях у Національній очній лікарні Квінце-Вінгтс в Парижі.



5 Вухо

Кажуть, що втрачаючи одне з почуттів, інші загострюються. Не бажаючи залишати це обґрунтованими свідченнями, Річ Лі, який втрачав зір, мав в вуха імплантувати художник, що змінює тіло. У навушниках використовуються магніти, які працюють як динаміки та котушка для передачі звуку і значно посилюють те, що Лі чує, щоб він міг орієнтуватися у світі за допомогою ехолокації.



6 Щелепа

Лазерно-спеченою щелепою з 3D-друком було успішно імплантовано жінці, яка втратила власну через кісткову інфекцію. Щелепа складалася з тисяч шарів і надавала біокерамічне покриття. Рішенням стала робота лікарів університету Хассельта в Нідерландах.

• 7 Штучне серце

  Чекати донора серця може бути таким, якого пацієнти не виживають. Щоб приділити їм більше часу, дослідники розробили SynCardia, штучне серце. SynCardia замінює клапани та шлуночки та працює із зовнішнім джерелом живлення, дозволяючи пацієнтам покинути лікарню та продовжити життя. Але слово застереження: останнім часом виникли деякі проблеми, зокрема смерть, яка могла статися внаслідок відмови компресора.



8 Арм

Segway нікуди не пішов. Але його винахідник Дін Камен перейшов до виготовлення протезу, керованого розумом. Рука Deka - це розмір і вага середньої руки і дозволяє малому керувати двигуном досить великим, щоб власник міг забрати виноград. Рамка була розроблена в рамках проекту DARPA і тепер отримала схвалення FDA.

• 9 Нога

  Х'ю Герр має більшу мотивацію, ніж більшість, щоб будувати біонічні ноги - він носить їх. Після втрати ноги від обмороження під час скелелазіння він почав модифікувати протезування. Зараз він директор групи біомехатроніки в лабораторії MIT Media і керував командою, яка виготовила протезування ніг, які рухаються більш біологічним, ніж механічним. Роботизований протезно-голеностопний протез, створений командою, є першим, хто дозволив отримати природну ходу.



10 Нирка

Дослідники з Університету науки та техніки Хуачжун у Китаї зробили мініатюрні, функціонуючі нирки за допомогою 3D-друку. Вони складаються з 90 відсотків живих клітин і функціонують майже точно як справжні нирки. За допомогою кількох коригувань та вдосконалень, можливо, вони одного дня будуть готові до імплантації людям.