Sztuczne, ale jak żywe

Najpierw był hak zamiast ręki i kawałek drewna zamiast nogi. Pierwsze protezy nóg i rąk przypominały kończyny lalek przywiązane do człowieka. Obecnie to już przeszłość.

Najnowsze protezy to elektroniczne dłonie. Mechaniczna część ręki połączona jest z nerwami za pomocą bezprzewodowych implantów. Jednak przyszłością w tej dziedzinie nie jest coraz bardziej precyzyjne połączenie tego, co sztuczne i tego, co naturalne. Przyszłość to mieszanka sztucznego i naturalnego. Naukowcy pobierają komórki z danego narządu, hodują je na odpowiednim podłożu i wprowadzają do mechanicznego urządzenia.

Amerykańscy uczeni twierdzą, że już za kilka lat możliwa będzie dzięki temu wymiana nie tylko nerek, ale także trzustki i wątroby uważanych do tej pory za niezastąpione przez sztuczno-naturalne urządzenia. Tego typu urządzenia mają ogromną zaletę. „Wmontowują" się w pracę całego organizmu - nie tylko pompują, przetwarzają, ale uczestniczą w bardziej skomplikowanych procesach, np. gospodarce hormonalnej.

Człowiek z żelaza

Co sztucznego może znaleźć się w ciele, zastępując prawdziwe narządy?

• Mózg - największe i najtrudniejsze wyzwanie. Na razie do mózgu wszczepia się chipy, które niwelują objawy choroby Parkinsona.
• Oko - dzięki specjalnej kamerze i mikroprocesorowi niewidomi widzą czarno-biały świat. Na świecie jest zaledwie kilku takich szczęśliwców (na naszym zdjęciu - jeden z nich). Możliwe jest również „zamontowanie" sztucznej, silikonowej siatkówki oka.
• Ucho - słuch można odzyskać dzięki implantowi ślimakowemu, który śle impuls pobudzający zakończenia nerwu słuchowego. Dźwięk z implantu brzmi inaczej niż naturalny. Jest bardziej mechaniczny. Najgłębiej wszczepialną protezą słuchu jest implant pniowy. Nad uchem chorego umieszcza się mikrofon z procesorem przesyłającym przetwarzane dźwięki do pnia mózgu.
• Krtań - sztuczna zastępuje organ zaatakowany przez raka. Zasilane baterią urządzenie mocowane jest przy gardle - wywołując wibracje umożliwia choremu artykułowanie słów.
• Serce - wykonano pompę z plastiku i tytanu, która nosi nazwę AbioCor i jest pierwszym całkowicie wszczepialnym sercem. Jego bateria znajduje się pod skórą, ładowarka na pasku. Gdy niesprawna jest jedna komora, możliwe jest wszczepienie nowej, sztucznej. Czasem trzeba zastąpić dwie komory. Powszechniejszym rozwiązaniem jest pneumatyczne sztuczne serce, z którym pacjent przeżył najdłużej rok. Drugie to pozaustrojowa pompa wspomagająca chory organ, zakładana na kilkadziesiąt dni. Umożliwia dotrwanie do przeszczepu. Obie konstrukcje przywiązują pacjenta do łóżka.
• Nerka - aparaty do dializy są zastępowane urządzeniami biologiczno-mechanicznymi. Jednak wciąż najpopularniejsze jest podłączanie się do cyklera, później sztucznej nerki, która oczyszcza krew z mocznika i kreatyniny - związku azotowego, produktu przemiany materii.
• Mięśnie i kości - proteza i żywy fragment zostają połączone mikrostymulatorami, które przekazują impulsy nerwowe do protezy. Jest to możliwe także dzięki temu, że najnowsze sztuczne kości doskonale dopasowują się do ludzkiego szkieletu. Często używana jest sztuczna kość udowa, którą zakłada się dzieciom po amputacjach związanych z chorobą nowotworową. Proteza rozciąga się, a więc rośnie wraz z pacjentem dzięki wewnętrznym śrubom. Skonstruowano również sztuczne ramię, poruszane impulsami biegnącymi z układu nerwowego. Utraconą rękę może zastąpić robot podłączony do układu nerwowego.
• Sztuczne mogą być stawy - biodrowy, kolanowy, barkowy, łokciowy, skokowy oraz chrząstki, elementy kręgosłupa, ścięgna i wiązadła stawowe. Ubytki w czaszce można załatać, używając sztucznych krążków z włókien sztucznych przyszywanych nićmi polimerowymi.
• Kręgosłup - możliwe jest wszczepienie tytanowej płytki, która usztywni rozchwiane kręgi, boleśnie uciskające nerwy. Tytan jest trwały, a organizm dobrze go toleruje. Inna metoda walki z rozchwianym kręgosłupem to proteza dysku. Gdy np. nowotwór zniszczy kręg, jego funkcję przejmuje proteza trzonu.
• Członek - podniesie go hydraulika. Osoby z zaburzeniami erekcji decydują się nieraz na wszczepienie baloników regulowanych pompką.
• Pęcherz moczowy - usunięty w wyniku choroby nowotworowej może zostać wyhodowany z komórek umieszczonych na specjalnym rusztowaniu.
• Pierś - woreczek wypełniony roztworem soli fizjologicznej lub silikonem.
• Naczynia krwionośne - wykonuje się z poliestru używanego m.in. do szycia żagli. Nadaje się tylko do zastępowania dużych tętnic, które nie kurczą się zbyt szybko.

Kosztowne wizje

Leczyć czy wymieniać - co jest tańsze? Z liczenia kosztów wynika, że serce, nerki należy pobierać od zmarłych. Sztuczne narządy, kuszące wizje np. sztucznych oczu, a nawet pamięci, to jeszcze odległa przyszłość. I jak wynika również z matematyki - bardzo kosztowna.

Od lat trwają prace nad sztuczną wątrobą. Nawet nie wymaga się od niej zbyt dużo. Miałaby pracować przez jakiś czas. Wtedy prawdziwa wątroba skorzystałaby ze swojej cudownej właściwości - wyłączona z pracy, zregenerowałaby się. Na sztuczne nerki i płuca poczekamy jeszcze wiele lat, bo tak długo potrwają badania kliniczne.

O wiele szybciej otrzymamy sztuczną trzustkę - podobno do 2017 r. Jej pierwsze egzemplarze wyposażone są w dozownik insuliny oraz podłączony do krwiobiegu czujnik stale rejestrujący poziom insuliny. To właśnie sztuczna trzustka ma uchronić cukrzyków przed takimi powikłaniami, jak: utrata wzroku, niewydolność nerek i amputacja kończyn.

Inny kierunek wyznaczają pierwsze eksperymenty z kończynami sterowanymi impulsami mózgu. Amerykańscy naukowcy zidentyfikowali neurony odpowiedzialne za ruchy rąk. Dzięki temu możliwe będzie skonstruowanie kończyn sterowanych tylko siłą woli.

Z roku na rok zwiększa się liczba części zamiennych dla człowieka. Obserwując wyniki badań naukowców, możemy przypuszczać, że być może i własne geny zaczniemy niedługo zastępować cudzymi lub sztucznymi. A wszystko to związane jest z marzeniem o jak najdłuższym życiu. I dlatego poszukiwania części zamiennych stają się intensywniejsze niż poszukiwania leków.

Naukowcy pobierają komórki z danego narządu, hodują je i wprowadzają do mechanicznego urządzenia, które „wmontowuje" się w pracę całego organizmu.

Problemy z trwałością

Dziś największym problemem jest fakt, że części zamienne też się psują. Oto zastawki serca - ich wstawienie to już rutynowa operacja. Mogą być pobrane od zmarłego. Ale wtedy istnieje ryzyko, iż po 10-15 latach wszczepione zastawki ulegną degeneracji i będzie konieczna ponowna operacja. Jest to jednak cena, jaką „płaci się" za brak konieczności zażywania leków obniżających krzepliwość krwi, koniecznych dla życia po wszczepieniu zastawki sztucznej (które z kolei są bardzo trwałe). Uciążliwość stosowania na stałe leków obniżających krzepliwość krwi jest motywacją dla intensywnego „udoskonalania" obróbki ludzkich zastawek pobieranych ze zwłok oraz opracowywania nowych zastawek wytwarzanych z tkanek zwierzęcych (świńskich lub końskich).

Magdalena Mielcarek

„Farmacja i ja”, maj 2008