Totul despre producătorii de organe artificiale. O poveste care îți dă fiori

Va mai trece o vreme bună până când ne vom putea încărca mintea în androizi sau înlocui integral trupurile cu clone biosintetice. Dar asimilarea cyberorga­ne­lor de schimb a început.  

„Este interesant şi un pic înfricoşător. S-ar putea să ne aflăm într-un punct în care începem să ne dăm seama de posibilităţile pe care ni le oferă ştiinţa şi tehnologia pentru a depăşi limitele evoluţiei“, spunea cu ceva vreme în urmă dr. Bertolt Meyer, cre­a­­­torul lui Frank, Omul Bionic. O prescurtare de la Frankenstein, firească pentru un amal­­gam de 28 de proteze şi organe sinte­ti­ce, controlate de 70 de plăci de bază şi 200 de procesoare, şi animate de o inimă cu o pompă electronică 100% funcţională și un sistem circulator cu sânge artificial care transportă oxigen.

Subiect (și) al unui documentar, „The Incredible Bionic Man“, Frank a avut 60-70% din funcţiile unui corp omenesc. A pu­tut să meargă, să vorbească şi să răs­pun­dă la întrebări. Nu a avut ficat, stomac şi intestine, iar creierul i-a fost suplinit de câteva procesoare. Chiar şi aşa, perfor­man­­ţele sale au fost remarcabile. Și gân­diţi-vă că Frank a fost pus cap la cap din proteze și organe artificiale donate de laboratoare şi centre de cercetare din întreaga lume. Unele, cum ar fi picioarele, mâinile sau inima, au intrat în producţia de serie. Altele – rinichii, plămânii sau pancreasul – sunt încă în faza de prototip.

„Treaba noastră a fost să preluăm coletele ce conţineau o colecţie largă de părţi ale corpului şi să transformăm tot acest morman într-un om bionic. De regulă, pui o proteză unui om căruia îi lipseşte o parte a corpului. Nouă ne-a lipsit omul. Şi am construit unul din proteze”, povestea Rich Walker, unul dintre roboticienii care au lucrat la asamblarea lui Frank. Asemenea creaturii infamului baron, și Frank a avut o existență efemeră. A fost expus vreme de o lună la Muzeul Smithsonian, după care a fost dezmembrat. Dar chiar și așa, meteorica sa existenţă a stârnit destule angoase etico-ontologice. E ameninţată însăşi no­ţiu­nea de om de crearea a ceva atât de ase­mănător fiinţei umane? Până la ce punct e acceptabilă „repararea“ omului? E greşit că doar unii oameni au acces la astfel de tehnologii de extindere a vieţii? Până vom avea un răspuns, să vedem câ­teva dintre piesele de schimb care ne-ar pu­tea duce cu un pas mai aproape de CyberOm.

PIELE. E ușor de înțeles dorința de a avea o proteză care să poată simți fragilitatea unui bob de strugure sau căldura mâinii unei alte persoane. Dar de ce ar fi nevoie de una care să simtă durerea? Pentru că du­rerea ar putea să o facă să fie percepută mai reală, mai firească și mai aproape de o parte naturală a corpului, spun cercetă­torii de la Johns Hopkins University, care au dezvoltat așa-numita „e-dermă“, o piele electronică dintr-un strat subțire de cauciuc care odată grefată – deocamdată doar pe degetele unei mâini protetice – poate percepe diferite senzații, inclusiv durerea.

Pentru crearea acesteia, cercetătorii au plecat, firesc, de la pielea umană și vasta sa rețea de receptori ce transmit o varietate de senzații la creier, permițân­du-ne să aflăm dacă ceea ce atingem este ascuțit sau neted, cald sau rece, dur sau moale etc. La rândul său, e-derma are in­c­­lus un strat de senzori care imită termina­țiile nervoase ale degetelor cu ajutorul că­rora recreează senzația de atingere sau de durere, pe care o retransmite apoi către nervii periferici. „După mulţi ani mi-am sim­ţit mâna, ca şi cum o carcasă goală a devenit din nou plină de viaţă. Pot să fac diferența dintre durere și atingere fără să mă mai gândesc, și să știu instinctiv dacă mâna mea este sau nu în pericol“, mărtu­risea unul dintre voluntarii la teste.

O altă versiune de piele electronică vine de la Universitatea Boulder din Colorado. E-skin este o peliculă subțire din polimeri și nanoparticule de argint echipată cu rețea de senzori capabili să simtă variațiile de temperatură, presiune, umiditate, precum și curenții de aer. În plus, în cazul unor leziuni ușoare este capabilă să se au­to­­regenereze. Când își încheie ciclul de viață, este 100% reciclabilă.

OCHI. Rezultat a 200 de milioane de dolari investite în două decenii de cercetare, Argus II e cel mai cunoscut ochi electronic al momentului disponibil publicului larg. Produși de Second Sight, au fost şi ochii lui Frank şi constau într-o cameră video in­te­grată într-o pereche de ochelari conectată wireless la un receptor implantat în retină, ce preia patternurile de imagine şi le transmite nervului optic sub formă de impulsuri electrice, impulsuri pe care creierul le traduce ca informaţie vizuală. Sunt încă departe de a restabili vederea normală, dar pacienţii pot învăţa cum să interpre­teze aceste semnale, astfel încât să ajungă să perceapă culori, să recunoască litere de dimensiuni mari sau să localizeze obiecte.

Dezvoltat la Universitatea Tübingen din Germania, Alpha IMS redefineşte conceptul de implant bionic ocular. Cu o dimensiune de 3×3 mm, cipul este conectat la creier prin intermediul a 1.500 de electrozi (faţă de cei 60 ai lui Argus II), asigurând o rezo­luţie şi o acuitate vizuală de neegalat. Dar ceea ce e cu adevărat SF e că Alpha IMS nu îşi colectează datele printr-o ca­meră ex­ternă, ci prin intermediul unui senzor încorporat ce preia lumina care ajunge la re­tină. Din acest punct, datele sunt trans­formate în semnale electrice care pot fi interpretate de creier. Rezultatele preliminare sunt remarcabile: opt din nouă pa­cienţi au perceput feţe şi expresii faciale – zâmbete, încruntări –, obiecte mici – telefoane, tacâmuri sau semne pe uşi –, reu­şind chiar să distingă un pahar cu vin roșu de un altul cu vin alb.

URECHI. Într-o descriere profană, un implant cohlear este un dispozitiv care supli­neşte funcţiile urechii interne. Spre deo­sebire de protezele auditive, care doar ampli­fică sunetul, implantul cohlear acţionează prin stimularea directă a nervului auditiv, ocolind porţiunile deteriorate ale urechii. Semnalele implantului sunt trimise la creier, care le recunoaşte ca sunete. Cohlear, cel mai mare pro­du­cător de implan­turi cohleare al lumii, a lansat anul tre­cut procesorul audio Nucleus 7, un model conceput în colaborare cu Apple, capabil să facă streaming (convorbiri telefonice, muzică, video etc.) cu iPhone, iPad și iPod.

Cu ajutorul unei aplicații dedicate se poate controla volumul mediului încon­jurător, dispozitivul adaptându-se rapid la diferite peisaje sonore pentru a distinge vocile şi sunetele precise de zgomotul de fundal.

MÂINI. Dezvoltată la The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, „Modular Prosthetic Limb“ (MPL) este cea mai avansată mână bionică a momentului. Cu un schelet din fibră de carbon, e dotată cu peste 100 de senzori și controlată direct de creier, fiind capabilă să facă majoritatea mișcărilor pe care le face o mână normală. Spre deosebire de restul protezelor, se fixează direct în os, iar degetele sunt capabile să simtă textura obiectelor, presiunea cu care apasă și temperatura.

Johnny Matheny, prima persoană care a testat MPL, a învățat chiar să cânte la pian. „Singurul lucru pe care nu pot să îl fac e sa­lutul vulcanian“, mărturisea el pentru gizmodo.com, referindu-se la gestul degetelor despărțite în formă de V între inelar și mijlociu, din franciza Star Trek.

PICIOARE. Cei de la Ossur sunt specialişti în picioare de vreo patru decenii încoace, cu modele aplicate diferitelor activităţi pe care le depui, de la fotbal până la alergatul la Paraolimpiadă. Majoritatea modelelor gândesc şi învaţă din obiceiurile posesorului, iar lista de accesorii e impre­sionantă.

Cu un picior amputat în urma unui accident de motocicletă, Zac Vawter reuşea să urce la începutul lui noiembrie 2012 cele 103 etaje ale Willis Tower, cea mai înaltă clădire din Chicago, în doar 53 de minute şi 9 secunde. O adevărată per­for­manţă pentru acea vreme, posibilă gra­ţie unui picior bionic dezvoltat de specia­liştii Institutului de Reabilitare din Chicago, pro­iectat pentru a răspunde la im­­pul­suri electrice transmise de muşchii ischiocrurali.

Între timp, britanicii de Blatchford au dezvoltat Linx, prima proteză cu control robotic integrat al genunchiului, gleznei și labei piciorului, grație căruia componentele reproduc mișcarea naturală a unui picior uman. Dotată cu o rețea de senzori care transmit un flux continuu de date despre mediul înconjurător, configurația te­re­nului și activitatea utilizatorului, proteza este controlată de patru microprocesoare care reglează permanent viteza și nivelul de sprijin al piciorului.

CREIER. Destinate celor care nu-şi mai pot controla diferite membre, implanturile de la BrainGate facilitează drumul de la gând la acţiune. Rezumat şi simplificat, BrainGate constă dintr-un senzor implantat în cortexul motor al creierului şi un computer care analizează semnalele creierului. Senzorul este alcătuit dintr-o matrice de silicon mai mică decât o aspirină şi conţine aproximativ o sută de electrozi de aur, fie­care mai subţire decât un fir de păr uman.

Principiul după care funcţionează este acela că un creier fără leziuni continuă să genereze semnale, chiar dacă ele nu (mai) sunt trimise către mâini sau picioare. Odată recepţionate de computer, semnalele altfel pierdute ale creierului sunt interpretate şi traduse în acţiuni precum mişcarea cursorului unui mouse pe ecran sau deschiderea şi închiderea mâinii protetice.

Într-unul dintre studiile clinice, pa­cienţii au învăţat, de exemplu, să contro­leze un braţ robotic şi să apuce cu el mingi de cauciuc, imaginându-şi că se folosesc de fapt de mâinile lor.

INIMA. Prima inimă 100% artificială, Syncardia Total Artificial Heart, în valoare de până la 125.000 de dolari, a fost implantată în 2004. La început era folosită ca o alter­nativă precedând transplantul, dar între timp a devenit suficient de complexă pentru a suplini o inimă naturală. Pacienţii, mai mult de 1.200 de la fondarea compa­niei americane, se recuperează în pro­porţie de 100% după doar câteva săptă­mâni, iar numărul de bătăi pe minut al noii lor inimi rămâne constant: 125. Procesând echivalentul a aproximativ 13.680 de litri la fiecare 24 de ore, inima trebuie contro­lată din două în două luni.

Sfârşitul lui 2013 a adus o premieră mon­­dială: un transplant cu o inimă artifi­cială autonomă creată de compania fran­ceză Carmat. O minune tehnologică la care s-a lucrat 25 de ani: e alimentată cu o bate­rie de litiu, cântăreşte 900 de grame (cam de trei ori mai mult decât o inimă normală) şi „imită în totalitate o inimă umană nor­mală, cu două ventricule care mobilizează sân­gele aşa cum o face muşchiul cardiac, prin senzori care permit accelerarea ini­mii, decelerarea, creşterea sau scăderea debitului (sângelui, n.r.)“. „Dacă bolnavul doarme, debitul scade. Dacă bolnavul urcă scările, atunci îl măreşte, iar proteza nu are nimic de-a face cu o pompă mecanică“, explică Philippe Pouletty, cofondator al companiei.

PLĂMÂNI. După opt ani de căutări şi în­cercări, o echipă a Michigan Critical Care Consultants (MC3), condusă de chirurgul Robert Bartlett, a construit BioLung, un dispozitiv care poate să facă ceea ce nicio altă maşinărie a momentului nu reuşeşte: să asigure integral necesarul de oxigen al unui pacient folosindu-se doar de puterea de pompare a inimii. Puţin mai mare decât o doză de suc, Biolung e implantat în pieptul pacientului. Inima pompează sângele în plămânul artificial, care este acoperit de fibre tubulare de plastic perforate cu găuri atât de mici, încât doar moleculele de gaz pot trece prin ele. Pe măsură ce sângele este filtrat prin aceste fibre, dioxidul de carbon e eliminat prin orificii şi e înlocuit cu oxigenul din aer. Totuşi, BioLung nu e o soluţie pe termen lung pentru pacienţii cu boli grave de plămâni. Cercetătorii speră mai degrabă să câştige timp pentru cei aflaţi pe listele de transplant, timp pe care să-l petreacă mai degrabă relativ normal, decât conectaţi într-un spital la o unitate de menţinere a vieţii.

Cercetătorii de la Universitatea Cleveland au reuşit să pună la punct un plămân artificial complet funcţional, care poate pre­lua în totalitate funcţiile unuia natural. Acesta conţine tuburi din cauciuc siliconat asemănătoare vaselor sanguine, cu diametre de un sfert din grosimea firului de păr uman, care se dilată şi se contractă, permi­ţând circularea aerului întocmai ca într-un plămân normal. Tehnologia se află încă la început şi va fi disponibilă marelui public abia peste câţiva ani.

RINICHI. Un rinichi artificial implantabil, care elimină necesitatea dializei sau a transplantului, este în fază de testare la Universitatea California. Prototipul include sute de filtre microsco­pice care curăţă sângele de toxine şi un bio­reactor care suplineşte rolul unui rini­chi sănătos. „Dispozitivul a fost astfel pro­iectat încât să se obţină majoritatea bene­ficiilor asigurate de un transplant de rinichi. El ar reduce dramatic riscul de in­su­ficienţă re­nală“, explică Shuvo Roy, coordonatorul pro­iectului.Testele cu o versiune externă, de dimensiune mare, au confirmat fiabilitatea conceptului. Rămâne acum provocarea reducerii sale la o dimensiune care să permită implantul propriu-zis.

Omul imprimat

Se vorbește deja de printarea de organe pentru transplanturi create special pentru un beneficiar specific și fără riscul respingerii ulterioare. O echipă de la Harvard a realizat o replică viabilă a unor artere, o alta de la Princeton a reprodus o ureche complet funcțională, în vreme ce specialiștii Universidad Carlos III de Madrid au printat piele umană complet funcțională.

• CORNEE. Cercetătorii de la Newcastle University au anunțat recent că au dezvoltat o bio-cerneală pe care au folosit-o cu succes la printarea 3D a unor cornee umane. Procesul durează zece minute și poate fi realizat cu o imprimantă 3D obiș-nuită. Încă în fază de laborator, ar putea ajunge în sălile de operație în următorii ani. Se estimează că aproximativ 15 milioane de oameni au nevoie de un transplant de cornee, în condițiile în care se fac doar 44.000 de astfel de intervenții anual.
• ȚESUTURI. Organovo, o companie cu sediul în San Diego, a reușit să printeze țesut hepatic viabil, care a funcționat normal după ce a fost implantat la șoareci. Într-o primă fază, țesutul astfel obținut ar putea fi folosit la testarea de medicamente, iar ulterior în transplanturile propriu-zise. Până acum, cei de la Organovo au mai printat cu succes vase de sânge și țesut renal.
• FAȚĂ. Câțiva medici olandezi au printat un maxilar inferior, pe care l-au implantat unei paciente de 83 de ani, în vreme ce un nas printat 3D realizat pe o structură de polimeri acoperită cu celulele pacientului a fost folosit pentru reconstrucția feței unui bărbat bolnav de cancer.
• BRAȚE. Compania britanică Open Bionics a scos de curând la vânzare Hero Arm, o gamă de brațe bionice personalizate, reali-zate prin printare 3D. Sunt de trei ori mai ieftine decât protezele cu performanțe similare, au o greutate de sub un kilogram și pot ridica până la opt kilograme. Ca funcționalitate, au o încheietură care se poate roti la 180 de grade și asigură mai multe tipuri de priză (prindere), care pot fi reconfigurate în funcție de preferințele utilizatorului.

FOTO: Guliver / Getty Images