Opbygning af manden på seks millioner dollars

Udskiftelige kropsdele lyder som noget ud af en science-fiction (eller horror) film. Men for dem, der mangler lemmer, har brug for en organtransplantation, eller har syns- eller hørselsnedsættelser, kan det betyde en ny lejekontrakt takket være de biomedicinske ingeniører, der står op til udfordringen.

Man kunne forestille sig en fremtid, hvor mennesker vælger at få fungerende kropsdele udskiftet med dem, der kan give dem overmenneskelige evner. Men visioner om cyborgs glemmes hurtigt, når en person, der har mistet synet, har gendannet den med et mikrochipdrevet nethindimplantat eller en professionel danser, der mistede sit ben i en national tragedie er i stand til at optræde på scenen igen.

Når man testede grænserne for, hvor meget af den menneskelige krop, der kan replikeres og udskiftes, arbejdede den schweiziske psykolog Bertolt Meyer sammen med robotteknikere for at skabe en robot, der var modelleret efter sig selv. Meyer har en protesearm - i-lem ultra-revolutionen - som blev dokumenteret i BBC-dokumentaren How to Build a Bionic Man . Så han var godt positioneret til at samle robot Rex fra en række proteser, endda give ham et kredsløbssystem. Når han står over for en robot med sit eget syn og en frustrerende uhyggelig krop, er Meyer oprindeligt ulykkelig, men hans bekymringer bliver hurtigt afvist, når Rex navigerer verden godt og trækker beundrere undervejs.

Mens Rex ikke snart erstatter os fuldt ud når som helst, fungerer han som en model for, hvad der er muligt, når teknologisk opfindsomhed opfylder biologi. Se vores slideshow for flere eksempler.

1 Hud

Kunstig hud kan føles reel for en person, der rører ved den, men giver måske ikke meget følelse til transplantationsmodtageren. Ved hjælp af nanopartikler med guld monolagskappede lagde forskere ved Technion-Israel Institute of Technology e-hud, der er 10 gange mere følsom over for berøring end alternativer. E-huden er fleksibel og i stand til at registrere tryk, temperatur og fugtighed.

• 2 kranium

  En kvinde i Holland, der lider af en knoglelidelse, havde en fortykkelsesskalle, der truede hendes liv. Læger ved University Medical Center Utrecht henvendte sig til 3D-udskrivning for at skabe en ny kranium til hende. Med trykket fra hendes hjerne forsvandt hun vanskeligheder med syn og motorisk kontrol.

  En ung pige i Kina blev på samme måde reddet af en titanium 3D-trykt kranium efter at have lidt et alvorligt tilfælde af hydrocephalus. Hendes hoved var vokset fire gange sin normale størrelse. Læger fjernede noget af hendes kranium, dræne væsken og erstattede knoglen med det trykte implantat.



3 hjerne

Gendannelse af mistet hjernefunktion overlades ofte til selve hjernen. Men en kunstig cerebellum-på-en-chip har vist sig at gendanne mistet hjernefunktion hos rotter. Ved Israels Tel Aviv-universitet koblet forskerne fra en rottehjerneblod, hvilket forhindrede den i at blinke som reaktion på en stimulus. Efter at have implanteret chippen var de i stand til at lære rotten at blinke som svar. Forskerne mener, at deres fund kan gå ud over at gendanne funktionalitet og forbedre hjernens evner.

Et forskerteam ved University of Pittsburgh Medical Center var i stand til at outsource armfunktion fra en mand, der har været en quadriplegic i 10 år til en robotarm. Ved at implantere to matriser af elektroder i mandens hjerne og derefter fastgøre en modtager på hans kranium, er han i stand til at føle sensation via armen og kontrollere den nok, så han kan holde et glas og udføre andre opgaver.

DARPA undersøger i mellemtiden hjerneimplantater, der kan resultere i forbedringer af menneskers mentale evner. Organisationen forpligter $ 62 millioner til at udvikle et implantat, der vil overføre data mellem hjernen og enheder. Agenturet anerkender bagmærket, at dets mål muligvis ikke er muligt ved at bemærke, at succes ville tage "integrerede gennembrud på tværs af adskillige discipliner, herunder neurovidenskab, syntetisk biologi, laveffektelektronik, fotonik, emballering og fremstilling af medicinsk udstyr, systemteknik og klinisk test."



4 øjne

Selv når visionen er 20/20, er det ikke ligetil. At se et billede er en flertrinsproces og ikke en direkte proces, og det udføres på tværs af en delikat neural web. Ved Stanford University arbejder forskere på en fotovoltaisk nethindeprotese for at genoprette syn på dem med blindhed, der er resultatet af visse nethindebetingelser, såsom retinitis pigmentosa og makulær degeneration. Implantatet stimulerer nethinderne, hvilket afslutter den del af den visuelle proces, der er negativt påvirket af degenerative netthindesygdomme. I modsætning til tidligere implantater, der var afhængige af ekstraokulære strømforsyninger, får Stanford-teamets implantat sin kraft ved at konvertere lys til elektrisk strøm via et par briller. Systemet er i kliniske forsøg på Quinze-Vingts National Eye Hospital i Paris.



5 Øre

Det siges, at når du mister en af ​​dine sanser, skærpes de andre. Da han ikke ville overlade det op til omstændighederne, havde Rich Lee, der mistede sin vision, høretelefoner implanteret i ørerne af en kunstner, der modificerede kroppen. Hovedtelefonerne bruger magneter, der fungerer som højttalere og en spole til at transmittere lyd og forstærker meget, hvad Lee hører, så han kan navigere rundt i verden ved hjælp af ekkolokalisering.



6 Kæbe

En laser-sintret, 3D-trykt kæbe blev med succes implanteret fra en kvinde, der mistede sin egen gennem en knoglesinfektion. Kæben var sammensat af tusinder af lag og fik en bioceramisk belægning. Løsningen var arbejde fra læger ved Hasselt University i Holland.

• 7 Kunstigt hjerte

  Ventetiden på en hjertedonor kan være en sådan, at patienter ikke overlever. For at give dem mere tid udviklede forskere SynCardia, et kunstigt hjerte. SynCardia udskifter ventiler og ventrikler og arbejder med en ekstern strømforsyning, hvilket lader patienter forlade hospitalet og fortsætte deres liv. Et forsigtighedsord: der har været nogle problemer for nylig, herunder et dødsfald, der kan være sket som følge af, at en kompressor mislykkedes.



8 Arm

Segway gik ikke noget sted. Men dens opfinder, Dean Kamen, er gået videre til at lave en tankekontrolleret armprotese. Deka-armen er størrelsen og vægten af ​​en gennemsnitlig arm og tillader en lille motorstyring stor nok til, at bæreren kan hente en drue. Armen blev udviklet som en del af et DARPA-projekt og har nu modtaget FDA-godkendelse.

• 9 ben

  Hugh Herr har mere motivation end de fleste til at bygge bioniske ben - han bærer dem. Efter at have mistet benene til at forkøle, mens han klatrede, begyndte han at modificere sine proteser. Nu er han direktør for Biomechatronics Group på MIT Media Lab og har ledet et team, der er lavet benprotetik, der bevæger sig på en måde, der er mere biologisk end mekanisk. Den robot-ankel-fodprotese, som teamet designet, er den første, der muliggør en naturlig gangart.



10 Nyre

Forskere ved Huazhong University of Science and Technology i Kina har lavet miniature, fungerende nyrer gennem 3D-udskrivning. De er sammensat af 90 procent levende celler og fungerer næsten nøjagtigt som ægte nyrer. Med et par justeringer og fremskridt er det muligt, at de en dag er klar til at implanteres i mennesker.