Yapay organ

Yapay organ işlevini yitirmiş veya yitirmekte olan ve genellikle hayati önem taşıyan organların yerine bu organların işlevlerinin bir kısmını ya da tamamını geri kazandırmak amacıyla tasarlanan mekanik malzemelerden veya doku mühendisliği yoluyla üretilen organdır. Hayati organlardan herhangi birinin yetmezliği bu organının işlevlerinin restore edilmediği durumlarda hastanın ölümüne yol açar. Organ nakli ya başka bir insandan ya da insan yapımı yapay organla sağlanır. Hayati organlar oldukça karmaşık yapıya sahiptirler ve işlevlerinin yapay malzemeler tarafından taklit edilmesi zordur. Bu yüzden bütün yapay organlar işlevsellik bakkımından çeşitli ödünler verilerek tasarlanırlar. Diğer organların da (hayati olmayan), duyu organları vs., onarımı ya da yapay organ vasıtasıyla nakli yapılmaktadır. Son 30 yıldır yapay organlar insan vücudunun yaklaşık 40 farklı kısmına rutin olarak nakil edilmektedir.

 Hayati yapay organlar 

Yapay organ nakli yapılan veya yakın zamanda yapılabilir olması umulan hayati organlar böbrek, kalp, ak ve kara ciğerler ve pankreas'tır. Bu yapay organlar genel olarak doğal organların işlevlerinin bir kısmını karşılayabilmektedirler. Fakat kök hücre araştırmaları ve doku mühendisliğindeki gelişmeler ile birlikte malzeme bilimindeki gelişmeler yapay organların geleceği hakkında umut vermektedir.

 Yapay akciğer 

Akciğerler karbondioksiti oksijenle değiştirirler. Akciğer 40 farklı çeşit yapay şekilde taklit edilmesi çok zor olan hücre içerir. Bu her bir hücrenin işlevleri henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Bu sebeplerden dolayı henüz sadece yardımcı solunum ve gaz değişim aletleri geliştirilebilmiştir. Bu aletler genellikle ameliyatlarda kullanılır. Yakın zamanda nakil edilebilir akçiğerin kısıtlı işlevlerini kısa süreliğine yerine getirebilen bir kateter geliştirilmiştir. Bu alet Vena Kava'''ya yerleştirilip kronic akciğer hastalarına uygulanmaktadır.

Beyin

Nöral protezler, bir yaralanma veya hastalık sonucu hasar görmüş olabilecek bir motor, duyusal veya bilişsel modalitenin yerini alabilen bir dizi cihazdır.

Derin beyin uyarıcıları da dahil olmak üzere nörostimülatörler, Parkinson hastalığı, epilepsi, tedaviye dirençli depresyon ve idrar tutamama gibi diğer durumlar dahil olmak üzere nörolojik ve hareket bozukluklarını tedavi etmek için beyne elektriksel uyarılar gönderir. İşlevi geri kazandırmak için mevcut sinir ağlarını değiştirmek yerine, bu cihazlar genellikle semptomları ortadan kaldırmak için mevcut arızalı sinir merkezlerinin çıktısını bozarak hizmet eder.

Bilim insanları 2013 yılında fetal olgunlaşmanın erken gebelik evrelerine kadar temel nörolojik bileşenleri geliştiren bir mini beyin yarattılar.

 Yapay böbrek 

Böbreğin yanal görüntüsü|küçükresim|sol|upright=0.68 
küçükresim|sağ|upright=0.91|İlk Dializ Aleti, Hayfa, İsrail, 1965.Böbreğin işlevlerini yerine getirmek üzere tasarlanan diyaliz makinası ilk yapay organ olarak gösterilebilinir. Diyaliz makinası 1940'lı yıllarda Kolff tarafından icat edilmiştir. Böbrekler kan basıncını, hacmini ve asitliğini, çeşitli kimyasal maddelerin derişimlerini kontrol ederek, filtre görevi üstlenerek ve ayrıca çeşitli hormonlar üreterek vücüttun dengesini sağlarlar. Yetmezlik sorunu çeken böbreğe diyaliz yaşam kurtaran fakat ideal olmaktan uzak bir çözümdür. Dializ makinesi üre ve diğer istenmeyen besinleri ve tuzları kandan arıtarak böbreğin işlevlerinin bir kısmını üstlenebilmekte birlikte doğal bir böbreğin kullanılmayan besinleri tekrar kandolaşımına katma işlevini yerine getiremez. Ortalama bir hasta diyaliz tedavisine haftada üç kez her seferinde 5-6 saat olmak üzere girer.
Yapay böbreğe bir diğer örnekte yapay bio-böbrektir. Yapay bio-böbrek hastanın kendi hücrelerini yapay bir yapıda kullanarak diyaliz makinalarının yerine getiremediği hormon ve bağışıklık faktörleri salgılamak gibi doğal böbrek işlevlerini sağlamayı amaçlamaktadır. FDA ("Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi") kurumu nisan 2012'de yaptığı duyuruyla üç yapay bio-böbrek uygulaması şeçmiş ve bunları test etmeye başlamıştır.

Corpora cavernosa
Sertleşme bozukluğunu tedavi etmek için, her iki corpora cavernosa da elle şişirilebilen Mutluluk çubuklarıyla cerrahi olarak geri döndürülemez şekilde değiştirilebilir. Bu, yalnızca diğer tüm tedavi yaklaşımlarına direnen tam iktidarsızlık sorunu yaşayan erkekler için tasarlanmış köklü terapötik bir cerrahidir. (Kasık) veya (skrotum) içine yerleştirilen bir pompa, ereksiyon elde etmek için, doğal corpora cavernosa'nın doğrudan yerine geçecek şekilde boyutlandırılmış bu yapay silindirleri yerleştirilmiş bir rezervuardan doldurmak için elle çalıştırılabilir.

Göz

Şimdiye kadar en başarılı işlev değiştiren yapay göz aslında retina, optik sinir veya beyin içindeki diğer ilgili yerlere yerleştirilen uzaktan tek yönlü elektronik arayüzlü harici bir minyatür dijital fotoğraf makinesidir. Mevcut sanat durumu yalnızca parlaklık seviyelerini, renk örneklerini ve/veya temel geometrik şekilleri tanıma gibi kısmi işlevsellik sağlar ve bu da kavramın potansiyelini kanıtlar.

Çeşitli araştırmacılar, retinanın beyin için stratejik görüntü ön işleme gerçekleştirdiğini göstermiştir. Tamamen işlevsel bir yapay elektronik göz yaratma sorunu daha da karmaşıktır. Retina, optik sinir veya ilgili beyin bölgelerine yapay bağlantının karmaşıklığını ele almaya yönelik ilerlemeler, bilgisayar bilimindeki devam eden ilerlemelerle birleştiğinde, bu teknolojinin performansını önemli ölçüde iyileştirmesi beklenmektedir.

 Yapay kalp 
upright=0.91|küçükresim|sol|upright=0.91|Bir insanın iç kalp görüntüsü

küçükresim|upright=0.81|Ventriküler Destek Cihazı

Kalp, kapakçıkları veya dolaşım sisteminin başka bir parçası bozuk olduğunda kardiyovasküler ile ilgili yapay organlar implante edilir. Yapay kalp genellikle kalp nakli zamanını köprülemek veya kalp nakli imkansız olduğunda kalbi kalıcı olarak değiştirmek için kullanılır. Yapay kalp pilleri, gerektiğinde doğal canlı kalp pilini aralıklı olarak artırmak (defibrilatör modu), sürekli olarak artırmak veya tamamen atlatmak için implante edilebilen başka bir kardiyovasküler cihazı temsil eder. Ventriküler destek cihazları, kalbin kendisinin çıkarılmasına gerek kalmadan, hasta kalbin işlevini kısmen veya tamamen değiştiren mekanik dolaşım cihazları olarak hareket eden başka bir alternatiftir.

kardiyovasküler ile ilgili yapay organlar, kalp, kapakçıkları veya dolaşım sisteminin başka bir parçası bozuk olduğunda implante edilir. Yapay kalp genellikle kalp nakli zamanını köprülemek veya kalp nakli imkansız olduğunda kalbi kalıcı olarak değiştirmek için kullanılır. Yapay kalp pili'ler, gerektiğinde doğal yaşayan kardiyak kalp pilini aralıklı olarak güçlendirmek (defibrilatör modu), sürekli olarak güçlendirmek veya tamamen atlatmak için implante edilebilen başka bir kardiyovasküler cihazı temsil eder. Ventriküler destek cihazı'lar, kalbin kendisinin çıkarılmasına gerek kalmadan, başarısız bir kalbin işlevini kısmen veya tamamen değiştiren mekanik dolaşım cihazları gibi davranan başka bir alternatiftir.

Bunların yanı sıra, laboratuvarda yetiştirilen kalpler ve 3 boyutlu biyoyazdırılmış kalpler de araştırılıyor. Şu anda, bilim insanları, kan damarlarının ve laboratuvarda üretilen dokuların uyumlu bir şekilde işlev görmesindeki zorluklar nedeniyle kalp yetiştirme ve yazdırma yeteneklerinde kısıtlamalar yaşamaktadır.

İlk tümüyle nakil edilebilir yapay kalp 2001 yılında bir hastaya nakil edilmiştir. Abiomed tarafından üretilen bu yapay kalp 1 kg ağırlığındaydı ve AbioCor olarak adlandırılmıştı. AbioCor titanyum ve polimer den yapılma vücut içine yerleştirilen bir iç bateri ve hastanın omuzlarına giydirilen bir dış bateriden oluşan bir kan pompasıydı. İlk yapay kalbi taşıyan hasta ameliyattan 4 ay sonra genel sağlık durumunun kötüye gitmesi sonucu ölmüştür. Bir önceki kuşak yapay kalpler (Jarvik-7) poliüretan ünitesinden ve iki pompa ve 4 yapay kalp kapakcığından oluşmaktaydı. Jarvik-7 sadece 4-5 yıl kulanılmak üzere tasarlanmıştı. Kilinik deneyleri 1980'lerde yapılmış fakat uzun dönem kullanım testlerini geçememiştir. Bunun yerine organ nakli bekleyen hastaları kısa süre hayatta tutmak için kullanılmıştır. Yapay kalp dışında kronik kalp rahatsızlıklarıyla savaşmak için kalp pompaları, kalp pili, yapay kalp kapakcığı ve yapay kan damarları gibi yapay organlardan da yararlanılmaktadır.

 Yapay karaciğer 

Karaciğer binlerce değişik işlevi olan hücrelerden oluşan büyük ve karmaşık bir organdır. Karaciğer yağ, karbonhidrat, kan pıhtılaşma faktörlerininin oranlarını, protein metabolizmasını ve birçok diğer işlemi yerine getirir. Günümüz imkânlarıyla bu işlevlerin tümüyle yapay bir şekilde taklit edilmesi imkânsız görülmektedir. Bu yüzden en yapılabilir yol 
doku yapay malzeme karışımı bir yapay karaciğer olarak gözükmektedir.

Kulak
küçükresim|upright=0.51|Bir koklear implantın çizimi

Bir kişinin her iki kulağında da çok sağırlık veya çok zor işitme olması durumunda, cerrahi olarak bir koklear implant' yerleştirilebilir. Koklear implantlar, genellikle kulağın arkasında bulunan bir mikrofon ve bazı elektronik cihazlar aracılığıyla ses hissi sağlamak için çevresel işitme sisteminin çoğunu atlar. Dış bileşenler, kokleaya yerleştirilen bir dizi elektrota bir sinyal iletir ve bu da koklear siniri uyarır.

Dış kulak travması durumunda, kraniyofasiyal protez gerekebilir.

Massachusetts Genel Hastanesi'nden Thomas Cervantes ve meslektaşları, 3 boyutlu yazıcıyla koyun kıkırdağından yapay bir kulak yaptılar. Çok sayıda hesaplama ve modelle, tipik bir insan kulağı şeklinde bir kulak yapmayı başardılar. Plastik bir cerrah tarafından modellenen yapay kulağın tıpkı insan kulağı gibi kıvrımlara ve çizgilere sahip olabilmesi için birkaç kez ayarlama yapmaları gerekti. Araştırmacılar, "Teknoloji şu anda klinik denemeler için geliştiriliyor ve bu nedenle iskeletin belirgin özelliklerini yetişkin bir insan kulağının boyutuna uyacak ve implantasyondan sonra estetik görünümü koruyacak şekilde ölçeklendirdik ve yeniden tasarladık." dedi. Yapay kulakları başarılı olarak duyurulmadı ancak projeyi hala geliştiriyorlar. Her yıl binlerce çocuk, dış kulağın tam olarak gelişmediği mikroti adı verilen doğuştan gelen bir şekil bozukluğu ile doğuyor. Bu, tıbbi ve cerrahi mikroti tedavisinde önemli bir adım olabilir.

 Yapay pankreas 

upright=0.68|küçükresim|sağ|Pankreas
küçükresim|sol|upright=0.68|Insulin pompasıPankreas insulin salgılanmasında rol oynayarak kandaki glikoz seviyesini kontrol eder. 1969 yılında Minnesota Universitesinde nakil edilebilir insulin pompası geliştirilmiştir. Bu pompa 300 gr ağırlığındaydı. Yakın zamanda yapay pankreas Roman Hovorka tarafından Londra şehir universitesinde geliştirilmiştir. Bu alet insulini deri altından kana ulaştırarak kan şekeri oranının sabit kalmasını sağlar.

Diğer bir yapay pankreas üretim yaklaşımıda yapay-bio pankreastır. Bu metot uyarıldığında endokrin hormonu salgılayabilen hücre adacıklarından oluşan dokuların doku mühendisliği tekniğiyle üretilip nakil edilebilir hale getirilmesini amaçlamaktadır.

Yapay uzuvlar

küçükresim|Protez kol
Yapay kollar ve bacaklar veya protezler, amputelere normal işlevlerini bir dereceye kadar geri kazandırmak için tasarlanmıştır. Amputelerin tekrar yürümesini veya iki elini kullanmaya devam etmesini sağlayan mekanik cihazlar muhtemelen eski zamanlardan beri kullanılmaktadır, en dikkat çekeni basit peg bacaktır. O zamandan beri, yapay uzuvların gelişimi hızla ilerlemiştir. Karbon elyaf gibi yeni plastikler ve diğer malzemeler, yapay uzuvların daha sağlam ve hafif olmasını sağlayarak, uzvu çalıştırmak için gereken ekstra enerji miktarını sınırladı. Ek malzemeler, yapay uzuvların çok daha gerçekçi görünmesini sağladı. Protezler kabaca üst ve alt ekstremite olarak sınıflandırılabilir ve birçok şekil ve boyutta olabilir.

Yapay uzuvlardaki yeni gelişmeler, insan vücuduyla ek entegrasyon seviyelerini içerir. Elektrotlar sinir dokusuna yerleştirilebilir ve vücut protezi kumanda etmek üzere eğitilebilir. Bu teknoloji hem hayvanlarda hem de insanlarda kullanılmıştır. Protez, doğrudan implant veya çeşitli kaslara implant kullanılarak beyin tarafından kumanda edilebilir.

Mesane
Mesane işlevini değiştirmenin iki ana yöntemi, idrar akışını yeniden yönlendirmek veya mesaneyi yerinde'' değiştirmektir.

Mesaneyi değiştirmenin standart yöntemi, bağırsak dokusundan mesane benzeri bir kese oluşturmaktır. 2017 itibarıyla kök hücreler kullanılarak mesane büyütme yöntemleri klinik araştırmalarda denenmiştir ancak bu yöntem tıbbın parçası değildi. 

 Diğer yapay organlar 
Diğer geliştirilmiş ya da geliştirilmekte olan yapay organlar genel olarak yapay deri, yapay kulak, yapay göz, yapay burun, yapay gırtlak olarak sıralanabilir.

 Ayrıca bakınız 
 Biyomedikal mühendisliği
 Doku mühendisliği
 Hücresizleştirme
 Malzeme bilimi
 Bağışıklık sistemi
 Organ nakli

 Dış bağlantılar 
Yapay Pankreas
AbioCor
Κidney Project

 Kaynakça 

 Bibliyografya 
Joseph B Zwischenberger and Scott K Alpard, Artificial lungs: a new inspiration Perfusion, July 2002 17: 253-268, 
Cauwels J.M., The Body Shop; Bionic Revolutions in Medicine, Missouri, USA, Mosby, 1986.
Fox R.C. and Swazey J. P., Spare Parts: Organ Replacement in American Society, Oxford, Oxford University Press, 1992.
Paul J. P., Biomaterials in Artificial Organs, Basingstoke, Palgrave Macmillan, 1984.

Kategori:Yapay organlar
Kategori:Biyomedikal mühendisliği
Kategori:İmplantlar
Kategori:Protezler