Costruire l'uomo da sei milioni di dollari

Parti del corpo sostituibili sembrano qualcosa di un film di fantascienza (o horror). Ma per coloro che mancano degli arti, che hanno bisogno di un trapianto di organi o che hanno problemi di vista o udito, ciò potrebbe significare un nuovo leasing sulla vita grazie agli ingegneri biomedici che sono all'altezza della sfida.

Si potrebbe immaginare un futuro in cui gli umani optino per la sostituzione di parti del corpo funzionanti con quelle che possono conferire loro capacità sovrumane. Ma le visioni dei cyborg vengono rapidamente dimenticate quando una persona che ha perso la vista l'ha ripristinata con un impianto retinico alimentato da microchip o un ballerino professionista che ha perso la gamba in una tragedia nazionale è in grado di esibirsi di nuovo sul palco.

Testando i limiti di quanta parte del corpo umano può essere replicata e sostituita, la psicologa svizzera Bertolt Meyer ha lavorato con ingegneri di robotica per creare un robot modellato su se stesso. Meyer ha un braccio protesico, la rivoluzione ultra i-limb, documentata nel documentario della BBC How to Build a Bionic Man . Quindi era ben posizionato per assemblare il robot Rex da una serie di protesi, dandogli persino un sistema circolatorio. Di fronte a un robot con il suo volto e un corpo frustrantemente goffo, Meyer è inizialmente angosciato, ma le sue preoccupazioni vengono rapidamente respinte quando Rex naviga bene nel mondo e attira ammiratori lungo la strada.

Mentre Rex non ci sostituirà completamente in qualunque momento presto, funge da modello per ciò che è possibile quando l'ingegno tecnologico incontra la biologia. Dai un'occhiata alla nostra presentazione per altri esempi.

1 pelle

La pelle artificiale può sembrare reale per una persona che la tocca, ma potrebbe non dare molta sensazione al ricevente del trapianto. Utilizzando nanoparticelle ricoperte di monostrato d'oro, i ricercatori del Technion-Israel Institute of Technology hanno creato una pelle elettronica 10 volte più sensibile al tatto rispetto alle alternative. L'e-skin è flessibile e in grado di rilevare pressione, temperatura e umidità.

• 2 teschio

  Una donna nei Paesi Bassi che soffre di un disturbo osseo aveva un cranio ispessito che minacciava la sua vita. I medici del Centro medico universitario di Utrecht si sono rivolti alla stampa 3D per creare un nuovo teschio per lei. Senza la pressione del cervello, le difficoltà che aveva con la vista e il controllo motorio scomparvero.

  Una ragazza in Cina è stata parimenti salvata da un teschio in titanio stampato in 3D dopo aver subito un grave caso di idrocefalo. La sua testa era cresciuta quattro volte delle sue dimensioni normali. I medici hanno rimosso parte del suo cranio, drenato il liquido e sostituito l'osso con l'impianto stampato.



3 Cervello

Il ripristino della funzione cerebrale persa è spesso lasciato al cervello stesso. Ma è stato dimostrato che un cervelletto artificiale su un chip ripristina la funzione cerebrale persa nei ratti. All'università israeliana di Tel Aviv, i ricercatori hanno disconnesso il cervelletto di un topo, impedendogli di battere le palpebre in risposta a uno stimolo. Dopo aver impiantato il chip, sono stati in grado di insegnare al ratto a battere le palpebre in risposta. I ricercatori ritengono che i loro risultati possano andare oltre il ripristino della funzionalità e migliorare le capacità del cervello.

Andando oltre il modello del ratto, un team di ricerca presso il Medical Center dell'Università di Pittsburgh è stato in grado di esternalizzare la funzione del braccio da un uomo che è stato un quadriplegico per 10 anni a un braccio robotico. Impiantando due matrici di elettrodi nel cervello dell'uomo e quindi attaccando un ricevitore al suo cranio, è in grado di provare sensazioni attraverso il braccio e controllarlo abbastanza da poter tenere un bicchiere ed eseguire altri compiti.

DARPA, nel frattempo, sta esaminando le protesi cerebrali che potrebbero comportare miglioramenti delle capacità mentali degli esseri umani. L'organizzazione sta impegnando $ 62 milioni per sviluppare un impianto che trasferisca i dati tra il cervello e i dispositivi. L'agenzia riconosce a rovescio che il suo obiettivo potrebbe non essere realizzabile osservando che il successo richiederebbe "scoperte integrate in numerose discipline tra cui neuroscienze, biologia sintetica, elettronica a bassa potenza, fotonica, confezionamento e produzione di dispositivi medici, ingegneria dei sistemi e test clinici".



4 occhi

Anche quando la visione è 20/20, non è semplice. Vedere un'immagine è un processo in più fasi, non diretto, e viene eseguito attraverso una delicata rete neurale. Alla Stanford University, i ricercatori stanno lavorando a una protesi retinica fotovoltaica per ripristinare la vista a quelli con cecità risultante da alcune condizioni della retina, come la retinite pigmentosa e la degenerazione maculare. L'impianto stimola i neuroni della retina, completando la parte del processo visivo che è influenzata negativamente dalle malattie degenerative della retina. A differenza degli impianti precedenti che si basavano su alimentatori extraoculari, l'impianto del team Stanford ottiene la sua potenza convertendo la luce in corrente elettrica tramite un paio di occhiali. Il sistema è in fase di sperimentazione clinica presso il National Eye Hospital di Quinze-Vingts a Parigi.



5 orecchio

Si dice che quando perdi uno dei tuoi sensi, gli altri si acuiscono. Non volendo lasciarlo alle prove circostanziali, Rich Lee, che stava perdendo la vista, si era impiantato le cuffie nelle orecchie da un artista che modificava il corpo. Le cuffie usano magneti che funzionano come altoparlanti e una bobina per trasmettere il suono e amplificare notevolmente ciò che Lee sente in modo da poter navigare nel mondo usando l'ecolocalizzazione.



6 mascella

Una mascella sinterizzata al laser e stampata in 3D è stata impiantata con successo da una donna che ha perso la propria a causa di un'infezione ossea. La mascella era composta da migliaia di strati e riceveva un rivestimento bioceramico. La soluzione fu il lavoro dei medici dell'Università Hasselt nei Paesi Bassi.

• 7 cuore artificiale

  L'attesa per un donatore di cuore può essere quella in cui i pazienti non sopravvivono. Per dare loro più tempo, i ricercatori hanno sviluppato SynCardia, un cuore artificiale. SynCardia sostituisce valvole e ventricoli e lavora con un alimentatore esterno, permettendo ai pazienti di lasciare l'ospedale e continuare la loro vita. Un avvertimento però: recentemente ci sono stati alcuni problemi, tra cui un decesso che potrebbe essersi verificato a causa di un guasto del compressore.



8 Arm

Il Segway non è andato da nessuna parte. Ma il suo inventore, Dean Kamen, è passato alla realizzazione di una protesi del braccio controllata dalla mente. Il braccio Deka ha le dimensioni e il peso di un braccio medio e consente un piccolo controllo del motore abbastanza grande da consentire a chi lo indossa di raccogliere un'uva. Il braccio è stato sviluppato nell'ambito di un progetto DARPA e ora ha ricevuto l'approvazione della FDA.

• 9 Leg

  Hugh Herr ha più motivazione di molti per costruire gambe bioniche: le indossa. Dopo aver perso le gambe a causa del congelamento durante l'arrampicata su roccia, ha iniziato a modificare le sue protesi. Ora è il direttore del gruppo di biomeccanica presso il MIT Media Lab e ha guidato un team che ha realizzato protesi per le gambe che si muovono in un modo più biologico che meccanico. La protesi robotizzata alla caviglia-piede progettata dal team è la prima a consentire un'andatura naturale.



10 rene

I ricercatori della Huazhong University of Science and Technology in Cina hanno realizzato reni in miniatura funzionanti attraverso la stampa 3D. Sono composti da cellule viventi al 90 percento e funzionano quasi esattamente come i veri reni. Con alcune regolazioni e progressi, è possibile che un giorno saranno pronti per essere impiantati nelle persone.