Войти
Искусственный орган - это искусственный орган или ткань, которая имплантированы или интегрированы в человека - взаимодействуя с живой тканью - для замены естественного органа, для дублирования или увеличения определенной функции или функций, чтобы пациент мог вернуться к нормальной жизни как можно скорее. Замененная функция не обязательно должна быть связана с жизнеобеспечением, но это часто бывает. Например, заменяемые кости и суставы, такие как те, которые встречаются в замене тазобедренного сустава, также могут считаться искусственными органами.
Подразумевается по определению, что устройство не должно быть постоянно привязано к стационарный источник питания или другие стационарные ресурсы, такие как фильтры или химические установки. (Периодическая быстрая подзарядка батарей, добавление химикатов и / или очистка / замена фильтров исключили бы наименование устройства искусственным органом.) Таким образом, диализный аппарат , будучи очень успешным и критически важным устройство жизнеобеспечения, которое почти полностью заменяет функции почки, не является искусственным органом.
Создание и установка искусственных органов, чрезвычайно исследовательская работа -интенсивный и дорогостоящий процесс на начальном этапе, может потребовать многих лет постоянного обслуживания, в котором не нуждается естественный орган. :
Использование человеком любого искусственного органа почти всегда предшествует обширным экспериментам на животных. Первоначальное тестирование на людях часто ограничивается теми, кто либо уже столкнулся со смертью, либо исчерпал все другие возможности лечения.
Протезы руки Искусственные руки и ноги или протезы предназначены для восстановления нормальной функции людей с ампутированными конечностями. Механические устройства, которые позволяют инвалидам снова ходить или продолжать пользоваться двумя руками, вероятно, использовались с древних времен, наиболее примечательным из которых является простая нога-колышек. С тех пор разработка протезов быстро прогрессировала. Новые пластмассы и другие материалы, такие как углеродное волокно, позволили протезам стать сильнее и легче, ограничивая количество дополнительной энергии, необходимой для работы конечности. Дополнительные материалы позволили протезам выглядеть намного реалистичнее. Протезы можно условно разделить на верхние и нижние конечности, они могут иметь разные формы и размеры.
Новые достижения в области протезов конечностей включают дополнительные уровни интеграции с человеческим телом. Электроды можно вводить в нервную ткань, и тело можно обучить управлению протезом. Эта технология использовалась как на животных, так и на людях. Протез может управляться мозгом с помощью прямого имплантата или имплантата в различные мышцы.
Два основных метода восстановления функции мочевого пузыря включают либо перенаправление потока мочи, либо замену мочевого пузыря на месте. Стандартные методы замены мочевого пузыря включают создание мешочка, похожего на мочевой пузырь, из кишечной ткани. По состоянию на 2017 год методы выращивания мочевого пузыря с использованием стволовых клеток были предприняты в клинических исследованиях, но эта процедура не была частью медицины.
Схема протез гиппокампа Нервные протезы - это серия устройств, которые могут заменить двигательные, сенсорные или когнитивные функции, которые могли быть повреждены в результате травмы или заболевания.
Нейростимуляторы, в том числе глубокие стимуляторы мозга, посылают электрические импульсы в мозг для лечения неврологических и двигательных нарушений, включая болезнь Паркинсона, эпилепсия, депрессия, резистентная к лечению, и другие состояния, такие как недержание мочи. Вместо того, чтобы заменять существующие нейронные сети для восстановления функции, эти устройства часто служат, нарушая работу существующих неисправных нервных центров для устранения симптомов.
В 2013 году ученые создали мини-мозг, который разработал ключевые неврологические
Для лечения эректильной дисфункции оба кавернозные тела могут быть необратимо заменены хирургическим путем надувные вручную имплантаты полового члена. Это радикальная терапевтическая операция, предназначенная только для мужчин, страдающих полной импотенцией, которые сопротивлялись всем другим методам лечения. Имплантированным насосом в (пах) или (мошонку) можно манипулировать вручную, чтобы заполнить эти искусственные цилиндры, обычно рассчитанные на прямую замену естественных кавернозных тел, из имплантированного резервуара для достижения эрекции.
Мужчины, у которых были аномалии яичек из-за врожденных дефектов или травм, смогли заменить поврежденное яичко протезом яичка. Хотя протез не восстанавливает биологическую репродуктивную функцию, было показано, что устройство улучшает психическое здоровье этих пациентов.
Иллюстрация кохлеарного имплантата В случаях, когда человеку глухой или плохо слышащий на оба уха, кохлеарный имплант может быть имплантирован хирургическим путем. Кохлеарные имплантаты обходят большую часть периферической слуховой системы, чтобы обеспечить ощущение звука через микрофон и некоторые электронные устройства, расположенные вне кожи, как правило, за ухом. Внешние компоненты передают сигнал на массив электродов, помещенных в улитку, который, в свою очередь, стимулирует улитковый нерв.
. В случае травмы наружного уха - черепно-лицевой протез может понадобиться.
Томас Сервантес и его коллеги из Массачусетской больницы общего профиля построили искусственное ухо из овечьего хряща с помощью 3D-принтера. С помощью множества расчетов и моделей им удалось построить ухо в форме человека. Созданные пластическим хирургом, они должны были несколько раз регулироваться, чтобы искусственное ухо могло иметь изгибы и линии, как человеческое ухо. Исследователи заявили, что «технология сейчас находится в стадии разработки для клинических испытаний, и поэтому мы увеличили масштаб и изменили характерные особенности каркаса, чтобы они соответствовали размеру уха взрослого человека и сохранили эстетический вид после имплантации». Их искусственные уши не были успешно анонсированы, но в настоящее время они все еще разрабатывают проект. Каждый год появляются сообщения о том, что тысячи детей родились с врожденной деформацией, называемой микротией, когда внешнее ухо не могло полностью развиться. Это может стать большим шагом в области медицины и хирургии.
Бионический глаз На сегодняшний день наиболее успешной заменяющей функцию искусственным глазом на самом деле является внешняя миниатюрная цифровая камера с дистанционным однонаправленным электронным интерфейс имплантирован в сетчатку, зрительный нерв или другие связанные места внутри мозга. Современное состояние техники дает только частичную функциональность, такую как распознавание уровней яркости, образцов цвета и / или основных геометрических форм, что доказывает потенциал концепции.
Различные исследователи продемонстрировали, что сетчатка выполняет стратегические функции image препроцессинг для мозга. Еще сложнее задача создания полностью функционального искусственного электронного глаза. Ожидается, что успехи в преодолении сложности искусственного соединения с сетчаткой, зрительным нервом или связанными с ним областями мозга в сочетании с текущими достижениями в информатике значительно улучшат производительность этой технологии.
Искусственное сердце Сердечно-сосудистые Искусственные органы имплантируются в случаях, когда сердце, его клапаны или другая часть системы кровообращения находятся в состоянии нарушения. искусственное сердце обычно используется для сокращения времени до трансплантации сердца или для постоянной замены сердца в случае, если трансплантация сердца невозможна. Искусственные кардиостимуляторы представляют собой еще одно сердечно-сосудистое устройство, которое может быть имплантировано для периодического увеличения (режим дефибриллятора), непрерывного увеличения или полного обхода естественного живого кардиостимулятора по мере необходимости. Вспомогательные устройства для желудочков - еще одна альтернатива, действующая как механические устройства кровообращения, которые частично или полностью заменяют функцию сердца, работающего при сердечной недостаточности, без удаления самого сердца. выращенные в лаборатории сердца и сердца с трехмерной биопечатью также изучаются. В настоящее время ученые ограничены в своих способностях выращивать и печатать сердца из-за трудностей в обеспечении согласованного функционирования кровеносных сосудов и лабораторных тканей.
Сообщалось, что ученые из Калифорнийский университет в Сан-Франциско разрабатывает имплантируемую искусственную почку. По состоянию на 2018 год эти ученые добились значительных успехов в этой технологии, но все еще ищут методы предотвращения свертывания крови, связанные с их аппаратом.
Список пациентов, ожидающих лечения почек, длинный, а почки редко по сравнению с другими органами. Многие люди не могли дождаться операции. Ученые чувствуют позыв разработки искусственной почки, они работают над тем, чтобы сделать почку, что функция может отлично, и мы надеемся, может заменить человека почки. Благодаря грантополучателям NIBIB Quantum продвинулось развитие искусственной почки, они вычислили моделирование кровотока, они объединили свою работу с редким опытом в области искусственной почки. «Разработчики этой технологии слишком хорошо знают, что особенно неприятно иметь дело со сгустками крови, которые могут закупоривать устройство, делая его бесполезным, и создавать опасность для других частей тела, где кровоток может быть нарушен», - сказала Розмари Хунцикер, директор программы NIBIB в области тканевой инженерии и регенеративной медицины.
Искусственная почка будет пропускать фильтрацию крови непрерывно, что поможет уменьшить заболевание почек и повысить качество жизни пациентов.
HepaLife разрабатывает биоискусственное устройство печень, предназначенное для лечения печеночной недостаточности с использованием стволовых клеток. Искусственная печень предназначена для использования в качестве поддерживающего устройства, позволяя печени регенерировать в случае неудачи или перекрывать функции печени пациента до тех пор, пока трансплантат не станет доступным. Это стало возможным только благодаря тому, что он использует настоящие клетки печени (гепатоциты), и даже тогда он не является постоянной заменой.
Исследователи из Японии обнаружили, что смесь клеток-предшественников печени человека (дифференцированных от человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток [ИПСК]) и двух других типов клеток может спонтанно образовывать трехмерные структуры, получившие название « зачатки печени ».
Искусственное легкое от MC3 Имея почти полностью функциональные, искусственные легкие обещают иметь большой успех в ближайшем будущем. Компания MC3 из Анн-Арбора в настоящее время работает над этим типом медицинского устройства.
Экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) может использоваться для снятия значительной нагрузки с естественной ткани легких и сердца. При ЭКМО пациенту вводятся один или несколько катетеров, и насос используется для прокачки крови по полым мембранным волокнам, которые обмениваются кислородом и углекислым газом с кровью. Подобно ЭКМО, экстракорпоральное удаление CO2 (ECCO2R) имеет аналогичную установку, но в основном приносит пользу пациенту за счет удаления углекислого газа, а не оксигенации, с целью позволить легким расслабиться и зажить.
Основа разработки искусственного яичника была заложена в начале 1990-х годов.
Пациенты репродуктивного возраста, у которых развивается рак, часто получают химиотерапию или лучевую терапию, которая наносит вред ооцитов и приводит к ранней менопаузе. Искусственный яичник человека был разработан в Университете Брауна из самособирающихся микротканей, созданных с использованием новой технологии трехмерных чашек Петри. В исследовании, финансируемом и проведенном NIH в 2017 году, ученым удалось распечатать трехмерные яичники и имплантировать их стерильным мышам. В будущем ученые надеются повторить это на более крупных животных, а также на людях. Искусственный яичник будет использоваться для созревания незрелых ооцитов in vitro и разработки системы для изучения влияния токсинов окружающей среды на фолликулогенез.
Искусственная поджелудочная железа используется для замены эндокринной функциональности здоровой поджелудочной железы диабетикам и другим пациентам, которым это необходимо. Его можно использовать для улучшения заместительной инсулиновой терапии до тех пор, пока гликемический контроль не станет практически нормальным, о чем свидетельствует предотвращение осложнений гипергликемии, а также он может облегчить бремя терапии для инсулинозависимых. Подходы включают использование инсулиновой помпы под замкнутым контуром управления, разработку биоискусственной поджелудочной железы, состоящей из биосовместимого листа инкапсулированного бета-клетки, или с помощью генной терапии.
Имплантируемого устройства, выполняющего функцию тимуса, не существует. Однако исследователям удалось вырастить тимус из перепрограммированных фибробластов. Они выразили надежду, что этот подход однажды сможет заменить или дополнить трансплантацию неонатального тимуса.
По состоянию на 2017 год исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали искусственный тимус, который, хотя и не имплантируемый, способен выполнять все функции настоящего тимуса..
Искусственный тимус будет играть важную роль в иммунной системе, он будет использовать стволовые клетки крови для производства большего количества Т-клеток, что поможет организму бороться с инфекциями, а также предоставит организму возможность устранять раковые клетки. Поскольку, когда люди стареют, их вилочковая железа перестает работать, поэтому искусственная вилочковая железа будет хорошим выбором для замены старой, плохо функционирующей вилочковой железы.
Идея использования Т-клеток для борьбы с инфекциями существовала некоторое время, но до недавнего времени предлагалась идея использования источника Т-клеток, искусственного тимуса. «Мы знаем, что ключом к созданию последовательного и безопасного запаса Т-клеток, борющихся с раком, будет контроль процесса таким образом, чтобы деактивировать все рецепторы Т-клеток в трансплантированных клетках, за исключением рецепторов, борющихся с раком», - сказал Крукс.. Ученый также обнаружил, что Т-клетки, продуцируемые искусственным тимусом, несут широкий спектр рецепторов Т-клеток и работают аналогично Т-клеткам, продуцируемым нормальным тимусом. Поскольку они могут работать как тимус человека, искусственный тимус может поставлять в организм постоянное количество Т-клеток для пациентов, нуждающихся в лечении.
Область искусственных трахей пережила период большого интереса и ажиотажа из-за работы Паоло Маккиарини в Каролинском институте и в других местах с 2008 по 2014 год, с освещением на первых полосах газет и телевидения. Опасения по поводу его работы возникли в 2014 году, и к 2016 году он был уволен, а высшее руководство Каролинской было уволено, в том числе люди, получившие Нобелевскую премию.
По состоянию на 2017 год конструировали трахею - полую трубку, облицованную клетки - оказались более сложными, чем предполагалось изначально; проблемы включают сложную клиническую ситуацию людей, представленных в качестве клинических кандидатов, которые, как правило, уже прошли через несколько процедур; создание имплантата, который может полностью развиться и интегрироваться с хозяином, выдерживая при этом дыхательные силы, а также вращательное и продольное движение, которому подвергается трахея.
Искусственные красные кровяные тельца (RBC) уже участвовали в проектах около 60 лет, но они начали проявлять интерес, когда возник кризис донорской крови, зараженной ВИЧ. Искусственные эритроциты будут на 100% зависеть от нанотехнологий. Успешные искусственные эритроциты должны быть в состоянии полностью заменить человеческие эритроциты, что означает, что они могут выполнять все функции, которые выполняет человеческий эритроцит.
Первые искусственные эритроциты, созданные Чангом и Познански в 1968 году, были созданы для транспортировки кислорода и двуокиси углерода, которые также обладают антиоксидантными функциями.
Ученые работают над новым типом искусственных эритроцитов, которые составляют одну пятидесятую размера эритроцитов человека. Они сделаны из очищенных белков гемоглобина человека, покрытых синтетическим полимером. Благодаря специальным материалам искусственных эритроцитов они могут захватывать кислород при высоком pH крови и выделять кислород при низком pH. Полимерное покрытие также предотвращает реакцию гемоглобина с оксидом азота в кровотоке, предотвращая тем самым опасное сужение кровеносных сосудов. Аллан Доктор, доктор медицины, заявил, что искусственные эритроциты может использовать любой человек с любой группой крови, потому что покрытие не имеет иммунитета.
Также возможно сконструировать и установить искусственный орган, чтобы дать его обладателю способности, которые не возникают в природе. Исследования продолжаются в областях зрения, памяти и обработки информации. Некоторые текущие исследования сосредоточены на восстановлении кратковременной памяти у жертв несчастных случаев и долгосрочной памяти у пациентов с деменцией.
Одна область успеха была достигнута, когда Кевин Уорвик провел серию экспериментов по расширению своей нервной системы через Интернет, чтобы управлять рукой робота и первым электронным связь между нервными системами двух людей.
Это может также включать существующую практику имплантации подкожных чипов для идентификации и определения местоположения (например, RFID тегов).
Чипы для органов - это устройства, содержащие полые микрососуды, заполненные клетками, имитирующими ткань и / или органы как микрожидкостную систему, которая может предоставлять ключевую информацию о химических и электрических сигналах. Это отличается от альтернативного использования термина микрочип, который относится к маленьким электронным чипам, которые обычно используются в качестве идентификатора и могут также содержать транспондер.
Эта информация может использоваться в различных приложениях, таких как создание «человеческих in vitro моделей» как для здоровых, так и для больных органов, усовершенствования лекарств в области токсичности, а также для замены животных
Использование методов трехмерного культивирования клеток позволяет ученым воссоздать сложный внеклеточный матрикс, ECM, обнаруженный в in vivo, чтобы имитировать реакцию человека на лекарства и болезни человека. Органы на чипах используются для уменьшения количества неудач при разработке новых лекарств; Микроинженерия позволяет моделировать микросреду как орган.
