Արհեստական օրգաններ ու հյուսվածքներ

Արհեստական ​​օրգանները սարքեր են, որոնք նախագծված են ժամանակավորապես կամ մշտապես փոխարինելու ստացողի հարազատ օրգանների գործառույթները։ Կարող է լինել և՛ մշտական, և՛ ժամանակավոր; ինչպես ներքին (մարմնում ներդնվելու համար), այնպես էլ արտաքին։

Ըստ սահմանման ենթադրվում է, որ սարքը չպետք է մշտապես կապված լինի ստացիոնար սնուցման աղբյուրին կամ այլ անշարժ մանիպուլյացիաներին, ինչպիսիք են ֆիլտրի փոփոխությունները կամ քիմիական մշակման ընթացակարգերը։ (Մարտկոցների պարբերական արագ լիցքավորում, քիմիական նյութերի լիցքավորում և/կամ ֆիլտրերի մաքրում/փոխարինում, բացառությամբ արհեստական ​​օրգան կոչվող սարքի:)  Այսպիսով, դիալիզի մեքենան շատ հաջողակ և կարևոր կենսաապահովման սարք է, որը գրեթե ամբողջությամբ փոխարինում է երիկամները, բայց դա արհեստական ​​մարմին չէ։

Նպատակը 
Արհեստական ​​օրգանների պատրաստումը և տեղադրումը, որոնք սկզբում չափազանց աշխատատար և ծախսատար են, կարող են պահանջել տարիներ շարունակ մշտական ​​պահպանում, որը բնական օրգանը չի պահանջում։

 Փոխպատվաստման սպասելիս մոտալուտ մահվան կանխարգելում (օրինակ՝ արհեստական ​​սիրտ);
 բարելավել հիվանդի ինքնասպասարկման կարողությունը (օրինակ, պրոթեզ);
 հիվանդի սոցիալական փոխազդեցության կարողության բարելավում (օրինակ՝ կոխլեար իմպլանտացիա);
 հիվանդի կյանքի որակի բարելավում կոսմետիկ վերականգնման միջոցով ուռուցքաբանությունից տուժած օրգանների հեռացումից կամ դժբախտ պատահարից հետո։

Մարդկանց կողմից ցանկացած արհեստական ​​օրգանի օգտագործումը գրեթե միշտ նախորդում է կենդանիների լայնածավալ փորձերին։ Մարդկային թեստավորումը հաճախ սահմանափակվում է նրանցով, ովքեր մահացու հիվանդ են կամ ում չեն օգնել այլ բուժումներ։

Օրինակներ

Պրոտեզներ 

Արհեստական ​​ձեռքերն ու ոտքերը կամ պրոտեզները նախատեսված են անդամահատված վերջույթների ֆունկցիան վերականգնելու համար։ Մեխանիկական սարքերը, որոնք թույլ են տալիս անդամահատվածներին նորից քայլել կամ շարունակել օգտագործել երկու ձեռքը, հավանաբար օգտագործվել են հին ժամանակներից, որոնցից ամենահայտնին հասարակ փայտի կտորն էր։ Այդ ժամանակից ի վեր պրոթեզների մշակումն արագ առաջընթաց է գրանցել։ Պլաստիկները և այլ նյութերը, ինչպիսիք են ածխածնային մանրաթելերը, թույլ են տվել արհեստական ​​վերջույթներին դառնալ ավելի ամուր և թեթև՝ սահմանափակելով վերջույթը գործարկելու համար անհրաժեշտ ուժի քանակը։ Լրացուցիչ նյութերը թույլ են տվել պրոթեզներին շատ ավելի իրատեսական տեսք ունենալ։ Պրոթեզները կարելի է մոտավորապես դասակարգել վերին և ստորին վերջույթների և կարող են ստանալ տարբեր ձևեր և չափեր։

Պրոտեզավորման նոր ձեռքբերումները ներառում են մարդու մարմնի հետ ինտեգրման լրացուցիչ մակարդակներ։ Էլեկտրոդները կարող են տեղադրվել նյարդային հյուսվածքի մեջ, իսկ բեռնախցիկը կարող է մարզվել պրոտեզը կառավարելու համար։ Այս տեխնոլոգիան օգտագործվել է ինչպես կենդանիների, այնպես էլ մարդկանց մոտ։ Պրոտեզը կարող է կառավարվել անմիջապես ուղեղի կամ տարբեր մկանների իմպլանտի միջոցով։

Արհեստական միզապարկ 
Միզապարկի ֆունկցիայի փոխարինման երկու հիմնական մեթոդները ներառում են կա՛մ մեզի հոսքի վերահղում, կա՛մ միզապարկի ամբողջական փոխարինում։ Միզապարկի փոխարինման ստանդարտ մեթոդները ներառում են աղիքային հյուսվածքից պղպջակների տոպրակի պատրաստում։ 2017 թվականի դրությամբ կլինիկական հետազոտության մեջ փորձեր են արվել աճեցնել միզապարկը ցողունային բջիջների միջոցով, սակայն այս պրոցեդուրան փորձնական էր։

Ուղեղ 
Նեյրոպրոտեզները մի շարք սարքեր են, որոնք կարող են փոխարինել շարժիչային, զգայական կամ ճանաչողական կարողությունները, որոնք կարող են վնասվել վնասվածքից կամ հիվանդությունից։

Նեյրոստիմուլյատորները, ներառյալ ուղեղի խորը խթանիչները, էլեկտրական իմպուլսներ են ուղարկում ուղեղ՝ բուժելու նյարդաբանական և շարժողական խանգարումները, ներառյալ Պարկինսոնի հիվանդությունը, էպիլեպսիան, բուժման դիմացկուն դեպրեսիան և այլ պայմաններ, ինչպիսիք են միզուղիների անմիզապահությունը։ Գործողությունը վերականգնելու համար գոյություն ունեցող նեյրոնային ցանցերը փոխարինելու փոխարեն, այս սարքերն ավելի հավանական է, որ միջամտեն անսարք նյարդային կենտրոններին՝ ախտանիշները թեթևացնելու համար։

Գիտնականները 2013 թվականին ստեղծեցին մինի ուղեղ, որը զարգացրեց հիմնական նյարդաբանական բաղադրիչները մինչև պտղի հասունացման վաղ փուլերը։

Ականջ 

Այն դեպքերում, երբ մարդն ամբողջությամբ խուլ է կամ երկու ականջներում վատ լսողություն ունի, կոխլեար իմպլանտը կարող է տեղադրվել վիրահատական ​​ճանապարհով։ Կոխլեար իմպլանտները փաթաթվում են ծայրամասային լսողական համակարգի մեծ մասի շուրջ՝ ապահովելով ձայնի զգացողություն միկրոֆոնի և որոշ էլեկտրոնիկայի միջոցով, որոնք նստած են մաշկից դուրս, սովորաբար ականջի հետևում։ Արտաքին բաղադրիչները ազդանշան են փոխանցում պատյանում տեղադրված էլեկտրոդների զանգվածին, որն իր հերթին խթանում է ականջի նյարդը։

Արտաքին ականջի վնասվածքի դեպքում կարող է պահանջվել գանգուղեղային պրոտեզ։

Աչքեր 

Մինչ օրս աչքի ֆունկցիայի ամենահաջող փոխարինողը եղել է արտաքին մանրացված թվային ֆոտոխցիկը` հեռակառավարվող միակողմանի էլեկտրոնային միջերեսով, որը տեղադրվել է ցանցաթաղանթում, օպտիկական նյարդում կամ ուղեղի այլ համապատասխան հատվածներում։ Արվեստի ներկայիս վիճակը տալիս է միայն մասնակի գործառույթներ, ինչպիսիք են պայծառության մակարդակների ճանաչումը, գունային նախշերը և/կամ հիմնական երկրաչափական ձևերը, որոնք ապացուցում են հայեցակարգի ներուժը։

Տարբեր հետազոտողներ ապացուցել են, որ ցանցաթաղանթը կատարում է ուղեղի պատկերի ռազմավարական նախնական մշակում։ Լրիվ ֆունկցիոնալ արհեստական ​​էլեկտրոնային աչքի ստեղծման խնդիրն էլ ավելի բարդ է։ Ակնկալվում է, որ ցանցաթաղանթին, օպտիկական նյարդին կամ ուղեղի հարակից տարածքներին արհեստականորեն միանալու առաջընթացը, զուգորդված համակարգչային գիտության ներկայիս առաջընթացի հետ, մեծապես կբարելավի այս տեխնոլոգիայի արդյունավետությունը։

Սիրտ 

Սրտանոթային արհեստական ​​օրգանները տեղադրվում են այն դեպքերում, երբ սիրտը, նրա փականները կամ շրջանառության համակարգի մեկ այլ հատված անդառնալիորեն վնասված է։ Արհեստական ​​սիրտը սովորաբար օգտագործվում է սրտի փոխպատվաստման ժամանակավոր սպասման համար կամ եթե սրտի մշտական ​​փոխարինումը հնարավոր չէ։ Արհեստական ​​սրտի ռիթմավարները սրտանոթային սարք են, որը կարող է տեղադրվել՝ ընդհատումներով մեծացնելու համար (դեֆիբրիլյատորի ռեժիմ), անընդհատ մեծացնելու կամ ամբողջությամբ շրջանցելու սրտի բնական կենդանի ռիթմավարը, ըստ անհրաժեշտության։ Փորոքային աջակցության սարքերը ևս մեկ այլընտրանք են, որոնք գործում են որպես մեխանիկական շրջանառության սարքեր, որոնք մասամբ կամ ամբողջությամբ փոխարինում են սրտի անբավարարության ֆունկցիան՝ առանց ինքնին հեռացնելու սիրտը։

Բացի այդ, հետազոտվում են լաբորատոր սրտեր և 3D բիոպրինտով սրտեր։ Ներկայումս գիտնականները սահմանափակված են սրտեր աճեցնելու և տպելու իրենց կարողությամբ՝ արյան անոթների և հյուսվածքների համատեղ աշխատանքի դժվարության պատճառով։

Լյարդ 
HepaLife-ը ցողունային բջիջների միջոցով լյարդի անբավարարությունը բուժելու համար բիոարհեստական ​​լյարդի սարք է մշակում։ Արհեստական ​​լյարդը նախատեսված է ծառայելու որպես օժանդակ միջոց, որը թույլ կտա լյարդին վերականգնվել կամ դոնոր լյարդի սպասելիս։ Սա հնարավոր է դառնում միայն այն պատճառով, որ այն օգտագործում է իրական լյարդի բջիջներ (հեպատոցիտներ), իսկ հետո այն մշտական ​​փոխարինող չէ։

Ճապոնացի հետազոտողները պարզել են, որ մարդու լյարդի նախածննդյան բջիջների խառնուրդը (բացի մարդու կողմից առաջացած բազմապրոտեն ցողունային բջիջներից) և բջիջների երկու այլ տեսակներ կարող են ինքնաբերաբար ձևավորել եռաչափ կառուցվածքներ, որոնք կոչվում են «լյարդի բողբոջներ»։

Թոքեր 
Արհեստական ​​թոքը իմպլանտացված սարք է, որը թթվածնով հագեցնում է արյունը և հեռացնում ածխաթթու գազը արյունից։ Արհեստական ​​թոքերը նախատեսված են կենսաբանական թոքերի որոշ գործառույթներ ստանձնելու համար։ Այն տարբերվում է սիրտ-թոքային ապարատից նրանով, որ այն արտաքին է և նախատեսված է թոքերի գործառույթը երկարատև ժամանակով կատարելու համար, այլ ոչ թե ժամանակավոր հիմունքներով։

Էքստրակորպորալ թաղանթային թթվածնացումը (ECMO) կարող է օգտագործվել թոքերի և սրտի հյուսվածքի վրա զգալի սթրեսից ազատվելու համար։ ECMO-ում հիվանդի մեջ տեղադրվում են մեկ կամ մի քանի կաթետեր, և պոմպը օգտագործվում է արյունը ստիպելու համար սնամեջ թաղանթային մանրաթելերի շուրջ, որոնք արյան հետ փոխանակում են թթվածինը և ածխածնի երկօքսիդը։ Ինչպես ECMO-ն, CO2 արտամարմնային հեռացումը (ECCO2R) ունի նմանատիպ կառուցվածք, բայց հիմնականում օգուտ է տալիս հիվանդին` հեռացնելով ածխաթթու գազը, այլ ոչ թե թթվածնով ապահովելով հեշտ թուլացում և բուժում։

Ենթաստամոքսային գեղձ 
Արհեստական ​​ենթաստամոքսային գեղձը օգտագործվում է դիաբետիկների և դրա կարիքն ունեցող այլ հիվանդների առողջ ենթաստամոքսային գեղձի էնդոկրին ֆունկցիան փոխարինելու համար։ Այն կարող է օգտագործվել ինսուլինի փոխարինման թերապիայի բարելավման համար, մինչև գլիկեմիկ հսկողությունը մոտենա նորմալին, ինչը արվում է հիպերգլիկեմիայի բարդություններից խուսափելու համար, և այն կարող է նաև թեթևացնել ինսուլինից կախված թերապիայի բեռը։ Հնարավոր մոտեցումները ներառում են կառավարվող ինսուլինի պոմպի օգտագործումը, բիոարհեստական ​​ենթաստամոքսային գեղձի ստեղծումը, որը բաղկացած է պարուրված բետա բջիջների կենսահամատեղելի թերթիկից կամ գենային թերապիայի օգտագործումը։

Թիմուս 
Չկա իմպլանտ, որը կատարում է թիմուսային գեղձի ֆունկցիան։ Այնուամենայնիվ, հետազոտողները կարողացան աճեցնել թիմուսը վերածրագրավորված ֆիբրոբլաստներից։ Նրանք հույս հայտնեցին, որ այս մոտեցումը մի օր կարող է փոխարինել կամ լրացնել նորածինների թիմուսի փոխպատվաստումը։

2017 թվականից ի վեր UCLA-ի հետազոտողները ստեղծել են արհեստական ​​թիմուս, որը թեև դեռևս չի իմպլանտացվել, բայց ունակ է կատարել իրական թիմուսի բոլոր գործառույթները։

Տրախեա 
Արհեստական ​​շնչափողերի տարածքը 2008-ից 2014 թվականներին Կարոլինսկի ինստիտուտում և այլուր Պաոլո Մաչիարինիի աշխատանքի շնորհիվ, թերթերի և հեռուստատեսության առաջին էջերի լուսաբանմամբ։ 2014-ին նրա աշխատանքի վերաբերյալ մտահոգություններ հնչեցին, և մինչև 2016 թվականը նա հեռացվեց աշխատանքից, իսկ Կարոլինսկայի համալսարանի բարձրագույն ղեկավարությունը, ներառյալ Նոբելյան մրցանակի հետ կապված մարդիկ։

2017 թվականի դրությամբ շնչափողի՝ բջիջներով խոռոչ խողովակի զարգացումն ապացուցվել է, որ ավելի դժվար է, քան ենթադրվում էր սկզբում։ Մարտահրավերները ներառում են կլինիկական ծանր վիճակը մարդկանց, ովքեր ծառայում են որպես կլինիկական թեկնածուներ, որոնք սովորաբար արդեն անցել են մի քանի ընթացակարգեր. ստեղծելով իմպլանտ, որը կարող է լիովին զարգանալ և ինտեգրվել տիրոջը՝ միաժամանակ դիմակայելով շնչառական ուժերին, ինչպես նաև շնչափողի պտտվող և երկայնական շարժմանը։ Առանձնահատուկ խնդիր է արհեստական ​​կամ բնական նյութից ստացված իմպլանտի կենսագործունեության մեթոդների ընտրությունը, քանի որ տարբեր աղբյուրներից բջիջների օգտագործումը կարող է կա՛մ խթանել հյուրընկալող բջիջների միգրացիան դեպի իմպլանտի նյութի ծավալ, կա՛մ տարածել նյութի վրա բնակեցված դոնոր բջիջներ:.

Միկրոչիպեր 
Օրգանների չիպերը սարքեր են, որոնք պարունակում են խոռոչ միկրոանոթներ՝ լցված բջիջներով, որոնք նմանակում են հյուսվածքները և/կամ օրգանները՝ որպես միկրոհեղուկ համակարգ, որը կարող է հիմնական տեղեկատվություն տրամադրել քիմիական և էլեկտրական ազդանշանների մասին։

Այս տեղեկատվությունը կարող է ստեղծել տարբեր կիրառություններ, ինչպիսիք են՝ ստեղծել «մարդկային մոդելներ ապակու մեջ» և՛ առողջ, և՛ հիվանդ օրգանների համար, դեղամիջոցների առաջխաղացում թունավորության սկրինինգում և փոխարինել կենդանիների թեստը։

Բջջային կուլտուրայի 3D տեխնոլոգիաների օգտագործումը գիտնականներին թույլ է տալիս վերստեղծել կենդանիների մոտ հայտնաբերված բարդ ECM-ը՝ նմանակելու մարդու արձագանքը մարդու դեղերին և հիվանդություններին։ Չիպերի վրա գտնվող օրգաններն օգտագործվում են նոր դեղամիջոցների մշակման ձախողման մակարդակը նվազեցնելու համար. միկրոճարտարագիտությունը թույլ է տալիս մոդելավորել միկրոմիջավայրը որպես օրգան։

Տես նաև 
 Արհեստական սիրտ
 Արհեստական նեյրոնային ցանց

Ծանոթագրություններ 

Կենսաբանություն