De man van zes miljoen dollar bouwen

Vervangbare lichaamsdelen klinken als iets uit een science-fiction (of horror) film. Maar voor degenen die ledematen missen, een orgaantransplantatie nodig hebben of een visuele of auditieve beperking hebben, kan dit een nieuw leven betekenen dankzij de biomedische ingenieurs die de uitdaging aankunnen.

Je zou je een toekomst kunnen voorstellen waarin mensen ervoor kiezen om functionerende lichaamsdelen te laten vervangen door delen die hen bovenmenselijke vermogens kunnen geven. Maar visioenen van cyborgs worden snel vergeten wanneer een persoon die zijn gezichtsvermogen heeft verloren, het heeft hersteld met een microchip-aangedreven netvliesimplantaat of een professionele danser die haar been in een nationale tragedie heeft verloren, weer op het podium kan optreden.

De Zwitserse psycholoog Bertolt Meyer testte de grenzen van hoeveel van het menselijk lichaam kan worden gerepliceerd en vervangen en werkte samen met robotica-ingenieurs om een ​​robot te creëren die naar zichzelf was gemodelleerd. Meyer heeft een prothetische arm - de ultrarevolutie van i-ledematen - die werd gedocumenteerd in de BBC-documentaire How to Build a Bionic Man . Hij was dus goed gepositioneerd om robot Rex uit een reeks protheses samen te stellen, waardoor hij zelfs een bloedsomloop kreeg. Wanneer hij geconfronteerd wordt met een robot met zijn eigen gezicht en een frustrerend onhandig lichaam, is Meyer aanvankelijk van streek, maar zijn zorgen worden snel weggenomen wanneer Rex de wereld goed navigeert en bewonderaars trekt.

Hoewel Rex ons niet snel volledig vervangt, dient hij als model voor wat mogelijk is wanneer technologisch vernuft samenkomt met biologie. Bekijk onze diavoorstelling voor meer voorbeelden.

1 huid

Kunstmatige huid kan echt aanvoelen voor een persoon die hem aanraakt, maar geeft de transplantatieontvanger misschien niet veel gevoel. Met behulp van goud monolaag-afgetopte nanodeeltjes, onderzoekers van Technion-Israel Institute of Technology gemaakt e-skin die 10 keer gevoeliger is voor aanraking dan alternatieven. De e-skin is flexibel en kan druk, temperatuur en vochtigheid detecteren.

• 2 schedel

  Een vrouw in Nederland die aan een botaandoening leed, had een verdikkende schedel die haar leven bedreigde. Artsen van het Universitair Medisch Centrum Utrecht wenden zich tot 3D-printen om een ​​nieuwe schedel voor haar te maken. Met de druk van haar hersenen verdwenen problemen die ze had met visie en motorische controle.

  Een jong meisje in China werd op dezelfde manier gered door een titanium 3D-geprinte schedel na een ernstig geval van hydrocephalus. Haar hoofd was vier keer zo groot geworden als normaal. Artsen verwijderden een deel van haar schedel, trokken de vloeistof af en vervangen het bot door het gedrukte implantaat.



3 hersenen

Herstel van verloren hersenfunctie wordt vaak aan de hersenen zelf overgelaten. Maar een kunstmatig cerebellum-on-a-chip heeft aangetoond de verloren hersenfunctie bij ratten te herstellen. Aan de Israëlische Universiteit van Tel Aviv hebben onderzoekers het cerebellum van een rat losgekoppeld, waardoor het niet kon knipperen als reactie op een stimulus. Na het implanteren van de chip konden ze de rat leren te knipperen als reactie. De onderzoekers geloven dat hun bevindingen verder kunnen gaan dan het herstellen van functionaliteit en het verbeteren van de vaardigheden van de hersenen.

Verdergaand dan het rattenmodel, was een onderzoeksteam van het University of Pittsburgh Medical Center in staat om de armfunctie uit te besteden van een man die al 10 jaar quadriplegisch is naar een robotarm. Door twee reeksen elektroden in de hersenen van de man te implanteren en vervolgens een ontvanger aan zijn schedel te bevestigen, kan hij een gevoel voelen via de arm en deze voldoende aansturen zodat hij een glas kan vasthouden en andere taken kan uitvoeren.

DARPA onderzoekt ondertussen hersenimplantaten die kunnen leiden tot verbeteringen van de mentale vermogens van mensen. De organisatie verplicht $ 62 miljoen om een ​​implantaat te ontwikkelen dat gegevens tussen de hersenen en apparaten zou overdragen. Het bureau erkent met tegenzin dat zijn doel misschien niet haalbaar is door te stellen dat succes zou leiden tot "geïntegreerde doorbraken in verschillende disciplines, waaronder neurowetenschappen, synthetische biologie, energiezuinige elektronica, fotonica, verpakking en productie van medische hulpmiddelen, systeemtechniek en klinische testen."



4 ogen

Zelfs wanneer het zicht 20/20 is, is het niet eenvoudig. Het zien van een afbeelding is een proces in meerdere stappen, niet een direct, en het wordt uitgevoerd via een delicaat neuraal web. Aan de Stanford University werken onderzoekers aan een fotovoltaïsche retinale prothese om het gezichtsvermogen te herstellen bij mensen met blindheid als gevolg van bepaalde retinale aandoeningen, zoals retinitis pigmentosa en maculaire degeneratie. Het implantaat stimuleert netvliesneuronen en voltooit het deel van het visuele proces dat negatief wordt beïnvloed door degeneratieve netvliesaandoeningen. In tegenstelling tot eerdere implantaten die afhankelijk waren van extraoculaire voedingen, krijgt het implantaat van het Stanford-team zijn kracht door via een bril licht om te zetten in elektrische stroom. Het systeem bevindt zich in klinische proeven in het Quinze-Vingts National Eye Hospital in Parijs.



5 oor

Er wordt gezegd dat wanneer je een van je zintuigen verliest, de anderen scherpen. Rich Lee, die zijn gezichtsvermogen verloor, wilde dit niet aan het indirecte bewijs overlaten en liet een koptelefoon in zijn oren implanteren door een kunstenaar die het lichaam aanpaste. De hoofdtelefoon gebruikt magneten die werken als luidsprekers en een spoel om geluid over te dragen en wat Lee hoort aanzienlijk te versterken, zodat hij de wereld kan navigeren met behulp van echolocatie.



6 kaak

Een met laser gesinterde, 3D-geprinte kaak werd met succes geïmplanteerd van een vrouw die zichzelf had verloren door een botinfectie. De kaak bestond uit duizenden lagen en kreeg een biokeramische coating. De oplossing was het werk van artsen aan de Universiteit Hasselt in Nederland.

• 7 Kunstmatig hart

  Het wachten op een hartdonor kan er een zijn die patiënten niet overleven. Om hen meer tijd te geven, ontwikkelden onderzoekers SynCardia, een kunstmatig hart. SynCardia vervangt kleppen en ventrikels en werkt met een externe voeding, waardoor patiënten het ziekenhuis kunnen verlaten en hun leven kunnen voortzetten. Een woord van waarschuwing echter: er zijn recent enkele problemen geweest, waaronder een overlijden dat kan hebben plaatsgevonden als gevolg van een defecte compressor.



8 Arm

De Segway ging nergens heen. Maar de uitvinder, Dean Kamen, is doorgegaan met het maken van een geestgestuurde armprothese. De Deka-arm is de grootte en het gewicht van een gemiddelde arm en maakt een kleine motorbediening mogelijk die groot genoeg is om de drager een druif te laten pakken. De arm is ontwikkeld als onderdeel van een DARPA-project en heeft nu goedkeuring van de FDA gekregen.

• 9 been

  Hugh Herr is meer gemotiveerd dan de meeste om bionische benen te bouwen - hij draagt ​​ze. Nadat hij tijdens het rotsklimmen zijn benen had verloren om te bevriezen, begon hij zijn protheses aan te passen. Nu is hij de directeur van de Biomechatronics Group bij het MIT Media Lab en heeft hij een team geleid dat beenprotheses heeft gemaakt die biologischer dan mechanisch bewegen. De robotachtige enkel-voetprothese die het team heeft ontworpen, is de eerste die een natuurlijk looppatroon mogelijk maakt.



10 Nier

Onderzoekers van de Huazhong University of Science and Technology in China hebben miniatuur, functionerende nieren gemaakt door middel van 3D-printen. Ze zijn samengesteld uit 90 procent levende cellen en werken bijna precies zoals echte nieren. Met een paar aanpassingen en verbeteringen is het mogelijk dat ze op een dag klaar zijn voor implantatie in mensen.