Piese de schimb pentru oameni

Progrese uimitoare în domeniul bioingineriei schimbă viețile a milioane de oameni
 

În filmul de succes Robocop, oamenii de știință transformă un polițist într-un cyborg – pe jumătate om, pe jumătate „bionic“. S-ar putea întâmpla în realitate? Deși nu am început să producem supraoameni, conceptul reconstrucției și îmbunătățirii trupurilor vătămate grav s-a mutat de pe raftul cu literatură științifico-fantastică pe cel etichetat pur și simplu știință. Doctorii din ziua de azi înlocuiesc membre pierdute cu proteze robotice, înlocuiesc organe bolnave cu unele funcționale, redau într-o anumită măsură auzul surzilor și orbilor vederea.

Iată câteva progrese medicale uimitoare, care fac viața pacienților mai bună, și descoperiri care ar putea avea aplicații practice extrem de utile în viitorul nu foarte îndepărtat.

O nouă față

Suturarea unei multitudini de vase de sânge minuscule, nervi și mușchi pe o suprafață pentru care nu au fost niciodată proiectate să se potrivească, împreună cu nevoia de a obține un rezultat plăcut din punct de vedere estetic, fac din transplanturile de față unele dintre cele mai dificile și complexe intervenții chirurgicale.

La mijlocul anului 2013, un tânăr cunoscut doar ca Grzegorz (numele de familie nu a fost dezvăluit niciodată) i-a luat pe nepregătite pe doctori. Într-un accident de muncă, întreaga față a lui Grzegorz, împreună cu bucăți din gât, mandibulă și pomeți, au fost smulse de o mașină de tăiat piatra. Incapabil să mănânce sau să respire singur, starea lui se deteriora. Doctorul Adam Maciejewski, șeful secției de transplant de la Centrul Memorial de Cancer și Oncologie „Maria Sklodowska-Curie“ din Polonia, a condus echipa de chirurgi care i-a oferit lui Grzegorz o nouă față și i-a salvat viața.

Într-o operație-maraton de 27 de ore, chirurgii au recoltat mai întâi părțile care urmau să fie transplantate de la un donator aflat în moarte clinică, apoi au început procesul potrivirii și atașării oaselor, mușchilor, cavităților orale și nazale, nervilor și vaselor de sânge, pielii și grăsimii subcutanate la pacient.

Recuperarea completă după o operație deosebit de delicată este un proces de durată, dar, un an mai târziu, dr. Maciejewski a comunicat faptul că Grzegorz se simțea bine. „El poate mânca orice, poate bea și vorbi normal“.

De la primul transplant realizat cu succes în Franța în urmă cu mai puțin de un deceniu, doar vreo două duzini de astfel de operații au mai avut loc în lume. Dar dr. Maciejewski consideră că în anii următori transplanturile de față vor deveni „o procedură normală, de rutină, în toată lumea“.

Mișcare cu ajutorul roboticii

Cele mai simple proteze pentru picioare nu fac decât să umple golul lăsat de pierderea unui picior natural. Dar protezele specializate din ziua de azi numai simple nu sunt, permițându-le celor care le folosesc să facă drumeții, să înoate, să schieze, să urce pe munte și altele.

Magnus Oddsson, inginer la Ossun, în Islanda, care a proiectat picioarele din fibră de carbon Cheetah, folosite de atleții paralimpici, spune că următoarea etapă în protetica membrelor inferioare este bio-electronica (bionica): proteze robotice care încorporează senzori și microprocesoare.

Protezele pentru membrele superioare au intrat deja în această etapă. Chirurgul traumatolog Albert Chi, director medical al Programului pentru Reinervarea Mușchilor de la Spitalul „Johns Hopkins“ din SUA, crede că, în viitorul nu foarte îndepărtat, brațele robotice nu se vor deosebi prin nimic de cele naturale. |elul lui este să le ofere pacienților amputați o funcționalitate mai bună a protezelor, prin redirijarea nervilor care fuseseră atașați mâinilor amputate spre alți mușchi, unde acești nervi pot comunica, prin mici electrozi montați la suprafața pielii, cu protezele robotice. Când se realizează acest lucru, rezultatul este o mână robotică controlată de creier. Folosește aceleași semnale ale creierului care erau trimise inițial brațului și mâinii care lipsesc cu instrucțiunile de a îndoi, a apuca și a roti. Pentru utilizator este aproape ca și cum proteza ar fi propria lui mână.

Însă nervii noștri nu au doar rolul de a transmite semnale care ne permit să ne mișcăm. Ei de asemenea simt, reacționând la stimuli externi ca frigul și căldura. Ar putea oare și un braț bionic să simtă?

Un pacient al doctorului Chi, Johnny Matheny, de 59 de ani, și-a pierdut brațul stâng din cauza cancerului. Dar, când se folosește de brațul bionic controlat de creier creat în laboratorul de fizică aplicată al Universității „Johns Hopkins“, Matheny poate simți atingeri pe fiecare dintre degetele bionice. Poate simți dacă apucă obiecte tari sau moi. Mâna lui bionică poate chiar să facă deosebirea dintre fierbinte și rece. Matheny a fost poate cel mai uimit atunci când soția sa l-a prins de mâna bionică. A simțit atingerea ei aproape la fel ca atunci când a ținut-o ultima oară de mână cu mâna lui naturală în urmă cu cinci ani.

Dar nu numai cei care și-au pierdut anumite membre beneficiază de progresele înregistrate în domeniul proteticii. Persoanele paralizate sau slăbite din cauza unor leziuni ale  coloanei vertebrale sau tulburări  neurologice pot fi echipate cu un costum robotic special, numit exoschelet, „ase­mănător costumului lui Iron Man, pe care îl pui pe tine“, explică Arun Jayaraman, care studiază și cercetează astfel de echipamente la Institutul de Recuperare Medicală din Chicago. Exoscheletul robotic îl propulsează pe cel care îl poartă.

Sunt deja mai multe modele disponibile pentru publicul larg în anumite țări. Acestea folosesc diverse mecanisme pentru a te duce acolo unde vrei să ajungi, însă toate au senzori multipli proiectați pentru a detecta mișcarea pe care intenționează utilizatorul să o facă.

Un ochi bionic

Când era foarte tânăr, doctorul Mark Humayun nu a putut face mare lucru pentru a o ajuta pe bunica lui, care-și pierdea vederea și care se chinuia cu lucruri simple, pe care noi le facem în mod natural. De atunci, profesorul de inginerie biomedicală de la Universitatea California de Sud și-a dedicat o mare parte din carieră realizării unei retine artificiale – ochiul bionic.

O cameră video miniaturală, montată pe ochelari de vedere prinși în jurul capului, captează o imagine care  apoi este comunicată prin tehnologia fără fir unui aparat minuscul implantat în retină. Implantul „preia informația de la cameră și o convertește apoi în mici impulsuri electrice care pornesc ochiul altfel orb“, explică dr. Humayun. Imaginea rezultată amintește de înregistrările video cu rezoluție slabă.

Inițial, ochiul bionic era capabil să transmită doar imagini în tonuri de gri, dar o modificare a softului le-a permis celor cu implant să distingă până la nouă culori. „De fiecare dată când dezvoltăm această tehnologie, pacienții văd din ce în ce mai bine“, explică doctorul Humayun.

Ochiul bionic, a cărui utilizare a fost aprobată în 2011, funcționează doar când orbirea este cauzată de pierderea celulelor ce procesează lumina, care are loc în cazurile de retinită pigmentară, degenerare maculară și alte câte-va afecțiuni. Dar e posibil ca, în viitor, astfel de aparate să poată fi conectate direct la zona din creier care procesează vederea, astfel încât persoanele cu alte tipuri de orbire sau chiar cele cărora le lipsește un ochi să poată vedea din nou.

„Donatorul de organe de mâine

Pur și simplu nu sunt suficienți donatori de organe, pentru a salva viețile tuturor celor 56.000 de pacienți care așteaptă pe diferite liste de transplant în toată Europa. Ce-ar fi dacă ei ar putea fi, totuși, salvați?

Ce-ar fi dacă? ar putea deveni realitate mai curând decât ne imaginăm, datorită unei tehnici inovatoare de construcție de noi organe care folosește bioingineria și tehnologia de imprimare 3D.

„Am modificat imprimantele cu jet de cerneală, astfel încât să imprime strat după strat“, spune doctorul Anthony Atala, director la Institutul „Forest Wake“ pentru Medicină Regenerativă din Carolina de Nord, SUA. „Cerneala“ folosită de imprimantele 3D utilizate în bioinginerie ar putea fi celule sau altă materie organică, minerale, sintetice sau combinate.

De exemplu, folosind colagenul în loc de „cerneală“, echipa doctorului Atala a produs obiecte de forma și dimensiunea vezicii umane. Acestea formează scheletul pe care vor crește propriile celule ale pacientului.

Pentru a obține celulele, „recoltăm o bucățică de țesut sănătos de vezică de la pacient“, spune dr. Atala. Aceste  celule sunt cultivate până când există su-ficient material pentru a acoperi în înregime scheletul. Întreaga vezică obținută prin bioinginerie este apoi incubată într-un aparat care simulează condițiile din corpul uman. Celulele se înmulțesc timp de șase până la opt săptămâni, până când oamenii de știință obțin un organ transplantabil, complet funcțional.

Mai mulți tineri cărora le-a cedat vezica urinară trăiesc acum cu organele produse în laborator de dr. Atala, iar echipa lui a transplantat cu succes și alte organe obținute cu ajutorul imprimantelor 3D.

Organele solide tipărite în laborator sunt la ani de zile depărtare din cauza complexității lor. Dar, la un moment dat, în viitor, dacă vei avea nevoie o inimă, un rinichi, plămân, ficat sau pancreas, noul tău organ ar putea fi generat astfel. Va fi apoi mai puțin probabil ca sistemul tău imunitar să-l respingă, înlăturându-se poate și cea mai mare provocare căreia trebuie să-i facă față beneficiarii organelor.

Bio-electronica Și Bio-ingineria sunt încă într-un stadiu incipient. Dar pe măsură ce medicina se întrepătrunde din ce în ce mai mult cu tehnologia, vedem lucruri pe care nu cu mult timp în urmă le-am fi considerat de domeniul SF-ului.

Ce ne rezervă viitorul? Undeva, un om de știință visează la o soluție revoluționară pentru una dintre cele mai dificile probleme medicale. Și, mai curând decât ne imaginăm, acel vis va deveni realitate.

 

Vote it up
183
Ți-a plăcut acest articol?Voteaza