Bionika wkracza w nasze życie...
Bioniczne organy
Człowiek od początku swojej historii podglądał zjawiska przyrody i żywe organizmy – uczył się od nich, jak przetrwać. Wraz z postępem cywilizacji obserwacje te są bardziej precyzyjne, a wnioski z nich wyciągane znajdują szerokie zastosowanie w niemal każdym obszarze nauki i techniki.
Bionika to interdyscyplinarna nauka, która bada żywe organizmy (rośliny, zwierzęta) oraz materiały i procesy występujące w środowisku naturalnym pod kątem możliwości wykorzystania w technice rozwiązań wypracowanych przez naturę.
Głównym celem jest tworzenie modeli systemów biologicznych. Bada budowę i zasady działania organizmów oraz ich zaadoptowanie w technice i budowie urządzeń technicznych na wzór organizmu.
Bionika wykorzystywana jest w różnych gałęziach gospodarczych. W medycynie zajmuje się m.in. wykonywaniem prototypów ludzkich narządów wewnętrznych. Tłumaczy się, że dzięki sztucznym narządom bardzo chorzy ludzie nie będą musieli już czekać w długich kolejkach na przeszczepy. Specjaliści bioniki zajęli się więc stworzeniem między innymi sztucznego serca, które będzie można przeszczepiać osobom po zawałach czy ofiarom wypadków.
Oprócz tego stworzono już prototyp sztucznych mięśni ze skręconych włókienek węglowych nanorurek, przez co charakteryzują się one dużą wytrzymałością i twardością. Mechanizm ich działania opiera się na fizjologii pracy naturalnych ludzkich mięśni. Póki co, sztuczne mięśnie wykorzystywane są w robotyce, ale trwają badania nad ich przeszczepami w ciała ludzkie.
Przez wiele lat starano się wytworzyć protezę oka, która mogłaby przywrócić wzrok osobom niewidomym. Udało się to i pierwszy przeszczep sztucznego oka wykonano w Wielkiej Brytanii, gdzie takie oko otrzymał mężczyzna, który stracił wzrok wskutek poważnej choroby. W efekcie po przeszczepie mógł on ponownie prawidłowo widzieć.
Wytworzono także bio-manipulatory (bioproteza ludzkiej ręki lub nogi), które z wysoką dokładnością naśladują ruchy ludzkie. Dzięki temu możliwe będzie zaaplikowanie protezy kończyny górnej lub dolnej osobie po amputacji, aby mogła ona funkcjonować tak sprawnie, jak przez nią.
W fazie testowej jest także bioniczny kręgosłup.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco wynaleźli pierwszą na świecie bioniczną nerkę, która może zastąpić uszkodzoną nerkę, a dializy mogą niebawem odejść w zapomnienie. Bioniczna nerka składa się z kilku mikroczipów poruszanych przez serce. Odfiltrowuje również toksyny z krwi w taki sam sposób jak zdrowy narząd.
Mikroczip, który znajduje się w bionerce został wykonany z użyciem technologii stosowanej w podzespołach komputerowych. Jak się okazało, mikroczipy doskonale sprawdzają się w roli filtrów. Każde urządzenie będzie miało około 15 tego typu podzespołów, które będą działać jako „rusztowanie” utrzymujące żywe komórki nerkowe. Te komórki będą imitować aktywność żywej nerki.
Najważniejszą zaletą bionicznej nerki jest to, że współczynnik odrzucenia „organu” wynosi zero. Wynalazek działa z pełną skutecznością, a dodatkowo reguluje ciśnienie krwi. Jednak dodatkowym wyzwaniem, które stoi przed naukowcami, jest przepuszczenie krwi przez urządzenie bez uszkodzenia jej lub powodowania skrzepów.
A co z trzustką, jak produkowana jest bioniczna trzustka i jak działa?
Przyjrzyjmy się temu bliżej. Została już stworzona metoda, równie skuteczna jak przeszczep trzustki i małoinwazyjna, jak przeszczep wysp trzustkowych. Dr hab. n. med. Michał Wszoła z Fundacji Badań Rozwoju Nauki wraz ze swoim zespołem badawczym jako pierwszy na świecie wyprodukował bioniczną trzustkę w technice 3D.
Koncepcja bionicznej trzustki wywodzi się z transplantologii czyli przeszczepiania trzustki i wysp trzustkowych. Bioniczna trzustka składa się z wysp trzustkowych zatopionych w specjalnym biologicznym biotuszu, który ma imitować naturalne miejsce bytowania w trzustce. Wokół wysp trzustkowych udało się wyprodukować układ naczyniowy, do którego został podłączony aktywny przepływ. Taką trzustkę umieszczono w bioreaktorze. Zrobiono rekonstrukcję obrazów w 3D.
Obecnie jedyną dostępną metodą dla chorych na cukrzycę typu 1 z powikłaniami cukrzycowymi dającą szansę na wyleczenie jest przeszczep trzustki. W tej metodzie powikłania się nie rozwijają albo ich rozwój jest znacznie spowolniony. Jeżeli chory przejdzie wstępne kwalifikacje i nie ma przeciwwskazań, może zostać wpisany na listę oczekujących na przeszczep, ze świadomością, że operacja niesie duże ryzyko, ale jeśli się powiedzie, to można powiedzieć, że jest wyleczony z cukrzycy. Więc jest cały szereg ograniczeń, w tym ryzyko ciężkich powikłań pooperacyjnych i przyjmowanie po operacji leków immunosupresyjnych hamujących odrzucenie przeszczepu. Oprócz tego metoda wymaga zmarłego dawcy.
W alternatywie do tego powstał wzór bionicznej trzustki i wdrukowano jej prototyp. Wykorzystuje się tu komórki osoby chorej na cukrzycę, transformuje się je w kierunku produkcji insuliny i glukagonu. Dalej w warunkach In vitro łączy się takie organoidy, pseudowyspy trzustkowe w gotowy narządz całym zrębem i układem naczyniowym (wyprodukowany został płyn, który przepływa przez trzustkę, dostarcza tlen i substancje odżywcze). Po wydruku 3D, narząd umieszcza się w bioreaktorze, w którym dojrzewa przez kilka dni i przechodzi testy żywotności i funkcjonalności.
Taka wyprodukowana bioniczna trzustka ma imitować naturalną produkcję insuliny i odpowiedź na naturalnie wysokie bądź niskie stężenie glukozy we krwi. Ma powstrzymywać powikłania cukrzycy.
Na bionicznej trzustce można też prowadzić badania lekowe, więc ogranicza się prowadzenie ich na zwierzętach. Ma to zastosowanie zwłaszcza w onkologii jako bezpośrednia metoda leczenia. W tym celu drukuje się trzustkę z komórkami nowotworowymi i ocenia się skuteczność działania odpowiednich leków. Można następnie z większą precyzją i skutecznością stosować leczenie farmakologiczne na chorym organizmie ludzkim.
I na koniec bioniczny człowiek… czyli kto tak naprawdę?
Bioniczny organizm to taki, który został wzmocniony przy pomocy sztucznych, zaawansowanych technologicznie części. Mogą to być pojedyncze elementy w organizmie, ale na świecie postęp techniki i medycyny pozwolił na stworzenie człowieka całego ze sztucznych organów i połączeń.
Firma London's Shadow Robot Co. postanowiła zebrać wszystkie bioniczne wynalazki i zbudować z nich sztucznego człowieka. Dzieło nazywa się bioniczny człowiek. Ta nazwa nawiązuje do amerykańskiego serialu z lat 70, w którym głównym bohaterem był Steve Austin, astronauta, którego ciało po wypadku odbudowano niemal w całości.
Idea polegała na zebraniu wszystkich dostępnych dzisiaj "części zamiennych", jakie udało się stworzyć dla ludzkiego ciała i złożeniu ich w jeden organizm. Model został wykonany właśnie na wzór szwajcarskiego naukowca, który sam urodził się bez ręki i korzysta z protezy.
Pierwszy bioniczny człowiek jest średniego wzrostu - mierzy 183 cm, waży 77 kg. Potrafi chodzić (choć dość niezręcznie), ruszać rękoma i mówić. Dzięki sztucznym płucom może także oddychać, a sztuczne serce pompuje sztuczną krew przez jego sztuczny krwiobieg. Za jego wypowiedzi odpowiada program sztucznej inteligencji przypominający nieco znaną z iPhone'ów asystentkę Siri. Jego osobowość jest wzorowana na pewnym 13-latku z Ukrainy. I co ważne, bardzo podejrzanie przypomina żywą istotę.
Rex, bo tak został nazwany, jest dzisiaj najbardziej zaawansowaną bioniczną konstrukcją, w której udało im się odtworzyć ludzki organizm w 70 proc. Wciąż brakuje mu kilku kluczowych dla życia organów - nadal bowiem nie opracowano sztucznej wątroby czy systemu trawiennego. Na razie jest znakomitą demonstracją możliwości inżynierii bionicznej.
To się już wydarza…
W wielu publikacjach internetowych często pojawiają się hasła typu: „Nie bójmy się endoprotez, bo mogą sprawić, że nasze życie wróci do normy a my do pełnej sprawności”, które zachęcają do pójścia w kierunku rozwiązań łatwiejszych, niewymagających od nas wysiłku, bazujących na medycynie konwencjonalnej. Odciągają one nas od prawdziwej przyczyny naszych dolegliwości, odnalezienia przyczyny w sobie i uzdrowienia siebie. W taki oto sposób zachęca się nas do korzystania z gotowych rozwiązań na nasze dolegliwości, a my korzystając z tych rozwiązań wspieramy ich stosowanie.
Jaki mamy rzeczywisty wpływ na powstrzymanie pędzącej technologii która zamienia nasze naturalne środowisko życia na sztuczny konstrukt wszczepiając sztuczne narządy do ludzkiego ciała i tworząc bionicznego człowieka?
Źródło:
Opracowanie: Anna we współpracy z Edytą