BIONIČKI ORGANI NAŠA SU BUDUĆNOST: Noge od titana, polimersko srce, pametni prsti i bioničke oči...na redu je mozak u "oblaku"

Ja sam bionička žena, često govorim svojim kolegama dok gledaju kako jurim po redakciji. Još se živo sjećaju početka 2014. kad sam teško ustajala sa stolice, pa uz veliku bol i šepajući jedva prohodala dvadesetak metara.

Iako je uobičajeno da kukove ljudi mijenjaju u kasnijoj životnoj dobi, meni je desni kuk iz nepoznatog razloga “otkazao” već u dobi od 50 godina. Stoga mi je krajem veljače lani ugrađen implantat na bazi titana.

Bolovi kao da su rukom odnešeni.

Šest tjedana nakon operacije odbacila sam štake i vratila se u redakciju. Pola godine kasnije nastavila sam trenirati u teretani.

Iako je danas ugradnja implantata kuka jedna od najčešćih i najuspješnijih operacija u svijetu, šezdesetih godina (kad sam rođena) smatrala se prekretnicom u medicini.

Zasluge za to pripadaju britanskom kirurgu Sir Johnu Charnleyu koji je u bolnici Wrightington, blizu grada Wigana, počeo s modernom ugradnjom proteze kuka uz primjenu koštanog cementa i polietilena za čašicu zgloba.

Operacija ugradnje kuka od sedamdesetih se godina uspješno izvodi i u Hrvatskoj.

Ugrađeni kuk na bazi titana, koji je mi je omogućio povratak u formu, samo je jedan u nizu umjetnih organa koji su zadnjih desetljeća poboljšali kvalitetu ili spasili živote mnogih ljudi. Zahvaljujući napretku znanosti i tehnologije gotovo da nema dijela tijela ili organa koji nije moguće zamijeniti njegovom bioničkom inačicom. Pojam “bionički” javlja se u znanstvenoj fantastici pedesetih, a popularnost stječe zahvaljujući američkoj TV seriji “The Six Million Dollar Man” koja se prikazivala sedamdesetih godina.

Bila je to priča o astronautu Steveu Austinu, glumio ga je Lee Majors, koji je teško stradao u nesreći pa su mu znanstvenici kreirali bioničke ruke i noge te umjetne oči.

Četrdesetak godina kasnije britanski znanstvenici Richard Walker i Matthew Goden kreirali su Rexa, milijun dolara vrijednog umjetnog čovjeka. Rex je dizajniran za potrebe dokumenatarca “Kako napraviti bioničkog čovjeka” koji se bavi uznapredovalom tehnologijom bioničkih organa, ali i etičkim dvojbama koje ona pobuđuje. Autori prate švicarskog socijalnog psihologa dr. Bertolta Meyera koji je rođen bez lijeve rukem što je bila posljedica rijetke urođene bolesti dismelije.

– Tijekom odrastanja mrzio sam nositi umjetnu ruku. Plastična je uvijek izgledala lažno dok je metalna bila korisna u nekim situacijama. No, izgledala je zastrašujuće, kazao je Meyer. Njegova 45.000 eura vrijedna umjetna ruka, proizvod britanske tvrtke Touch Bionics, najnapredniji je nadomjestak te vrste koji se može naći na tržištu.

– Sada imam ruku koju osjećam kao da je dio mene. Kad je ne nosim, nešto mi nedostaje – dodao je Meyer.

Tvrtka Touch Bionics prije nekoliko godina uspješno je demonstrirala i prve bioničke prste, koji su napravljeni od čvrste, ali lagane plastike i pokretani minijaturnim motorima.

Procjenjuje se da 1,2 milijuna ljudi diljem svijeta, od toga 50.000 u Europi, zbog različitih infekcija, ozljeda ili urođenih defekata nema jedan ili više prstiju. Jedna od njih jest i Maria Antonia Iglesias koja je bila uspješna koncertna pijanistica sve dok u srpnju 2003. nije iznenada oboljela od bakterijske infekcije nepoznatog porijekla. Infekcija je rezultirala septičkim šokom, zbog čega su Mariji amputirani prsti na obje ruke. No, zahvaljujući bioničkim prstima Marija može pisati, držati čašu i pribor za jelo, a počela je ponovno svirati i klavir.

- Sretna sam, jer donedavno su mi i jednostavne stvari poput držanja čaše da bih otpila gutljaj vode bile nemoguće - rekla je Maria, koja se smatra prvom osobom s bioničkim prstima.

U međuvremenu, Touch Bionics unaprijedio je tehnologiju. Tako je prošle godine Amerikanac Adrian Albrich (45) , koji je kao 19-godišnjak ostao bez prstiju lijeve ruke, demonstrirao I-Limb Digits, novu generaciju digitalnih prstiju te britanske tvrtke.

Povijest protetičkih nadomjestaka vuče korijene iz drevnih vremena. Arheolozi su u Kairu 2000. godine na mumiji koja je pripadala bogatoj Egipćanki otkrili protetički nožni prst napravljen od drva i kože.

Oko 3000 godina star, taj se umjetni prst smatra najstarijim protetičkim pomagalom. Iako su se protetička pomagala koristila i proteklih stoljeća, do njihova ubrzanog razvoja došlo je nakon Drugog svjetskog rata kada su se ranjeni vojnici vraćali kući s bojnog polja.

- Liječnici, terapeuti, psiholozi i obični ljudi često su veterane gledali kao na muškarce čija je nedavna amputacija bila fizički dokaz kastracije ili općenite nekompetencije ili kao neku vrstu monstruozne defamilijarizacije ‘normalnog’ muškog tijela – rekao je za Atlantic Monthly David Serlin, profesor na Sveučilištu California u San Dijegu.

Serlin opisuje kako su ih mediji i vojska trudili predstavljati kao “normalne”. Tako je 1946. godine lanisiran strip Gasoline Alley u kome je junak bio Bix, muškarac kome njegova proteza omogućava da bude “normalan američki dečko”. Nadalje, profesionalni fotografi snimali su ispred poznate vojne bolnice Walter Reed u Washingtonu muškarce s protetičkim nogama iscrtanim “tetovažama” pin-up djevojaka kako se bave “normalnim” muškim aktivnostima poput pušenja ili čitanja sportskih novina.

Protetička pomogala trebala su biti nevidljiva pa se tako počela razvijati velika industrija kozmetičkih pokrivala i kalupa. Danas se tako bez problema može kupiti replika koja izgleda kao stvarna noga s dlakama i pjegama. Istodobno, sve je više osoba s amputiranim nogama koje ne žele prikrivati svoje protetičke udove, nego otvoreno pokazuju mašineriju koja pokreće njihova tijela. Jedan od njih je i Hugh Herr (50), profesor na prestižnom Massachusetts Institute of Technology (MIT) u Bostonu.

Kad je imao 17 godina, Herr je izgubio obje noge zbog smrzotina koje je kao neiskusni mladi planinar zadobio tijekom snježne oluje. Danas se penje po stijenama zahvaljujući bioničkim nogama.

– Umjetnim udovima uspinjem se bolje nego što sam mogao prije nesreće – priznaje Herr, voditelj poznatog MIT Media laba koji se bavi dizajnom bioničkih nogu. Magazin Time prije nekoliko godina nazvao je Herra “liderom bioničkog doba” zbog njegova revolucionarnog rada u biomehatronici, novoj tehnologiji koja povezuje čovjekovu fiziologiju s elektromehanikom.

- Proteze će postati prijevozno sredstvo, kao automobili. Ljudi kojima su amputirani udovi moći će hodati s manje energije nego oni koji imaju biološke noge. Žalosno je imati biološke udove jer si ograničen prirodom, a umjetni udovi su besmrtni - kaže Herr koji je skovao i naziv Human 2.0. Tehnologija ima nevjerojatnu mogućnost zacjeljivanja i rehabilitacije, pa čak i povećanja ljudskih kapaciteta, drži Herr.

Da nove tehnologije osobama s invaliditetom potencijalno mogu dati prednost u odnosu na zdrave ljude, govorilo se i tijekom rasprava oko Oscara Pistoriusa, najbržeg čovjeku na svijetu bez nogu, koji je inzistirao da se natječe u normalnoj konkurenciji. Iako je južnoafrički Blade Runner pravomoćno osuđen za ubojstvo iz nehaja svoje zaručnice Reeve Steenkamp, rasprava o njegovim protetičkim nogama Cheetah (u prijevodu gepard), napravljenim od ugljikovih vlakana traje i dalje. Naime, dio znanstvenika smatra da paraolimpijci pomoću protetičkih nogu, od kojih svaka stoji 18.000 dolara, troše manje energije nego atletičari bez hendikepa. - Te protetičke noge uistinu su revolucija. Napravljene su od polimera ojačanih ugljikovim vlaknima. Ta kombinacija daje izuzetnu lakoću, željenu krutost, ali i visoku čvrstoću. Kod vanjskog djelovanja sile, noge Cheetah imaju veliku elastičnu deformaciju i ponašaju se kao opruga. Kad gledate kako neki paraolimpijac trči, opažate da se te noge stalno elastično deformiraju. I motka za skok u vis mora imati slična svojstva: da ostane elastična i podnosi visoka mehanička opterećenja – pojasnio je prof. Tomislav Filetin s Fakulteta strojarstva i brodogradnje (FSB) u Zagrebu i istaknuti hrvatski stručnjak za trendove razvoja i primjene novih materijala.

Materijali ojačani ugljikovim vlaknima došli su iz zrakoplovstva pa su onda ušli u malu brodogradnju, jer se od njih rade brzi i laki brodovi. Zatim su svoju primjenu našli u izradi sportskih rekvizita i medicini. Zrakoplovstvo, brodogradnja, sportski rekviziti i medicina područja su koja su tradicionalno sklona primjeni najnaprednijihmaterijala jer se tu dopušta viša cijena.

Protetičke noge Cheetah proizvod su islandske tvrtke Ossur iz Reykjavika, jednog od lidera u proizvodnji protetičkih pomagala. Tvrtku je sedamdesetih godina osnovao Ossur Kristinsson, koji je rođen s deformiranom desnom nogom zbog čega nije mogao hodati. U ranoj je mladosti odlučio da će pomogati ljudima s invaliditetom. Stoga je otišao studirati protetiku u Švedsku, a zatim se vratio na Island gdje je 1971. osnovao kliniku Ossur. Klinika je djelovala sve do kraja osamdesetih kad se počelo s izvozom ortopedskih pomagala i proteza.

Danas su jedan od najpoznatijih Ossurovih proizvoda upravo protetičke noge Cheetah za koje je “manekenka“ Aimee Mullins (39). Baš kao i Pistorius, Aimee Mullins rođena je bez fibule (lisne kosti) i liječnici su joj na njezin prvi rođendan amputirali obje noge od koljena naniže. Kao dvogodišnja djevojčica prohodala je pomoću protetičkih nogu, a 1996. već je bila članica američkog tima na Paraolimpijskim igrama u Atlanti da bi do 1998. godine postigla svjetske rekorde u utrkama na 100 i 200 metara te skoku u dalj za atletičarke s invaliditetom. Tada je i napustila sportsku karijeru te postala manekenka, glumica i spisateljica koja povremeno drži motivacijske govore. Za takve prilike koristi druge vrste protetičkih nogu.

- Imam 12 pari nogu. Uvijek mi ih treba mnogo. Ljudi su me pitali zašto mi je važno kako izgledaju s obzirom na to da su moje ‘prave’ noge amputirane. Ideja je, valjda, da moraš prihvatiti manje kvalitetan život, rekla je Mullins koja je dosad na modnim revijama nosila modele Vivienne Westwood, Johna Galliana i Alexandra McQueena, koji joj je “napravio” i potkoljenice s potpisom i čiju je reviju otvorila.

Iako je napredak u tehnologiji protetičkih pomagala najvidljiviji, ništa manje nisu spektakularni uspjesi u razvoju bioničkih inačica niza organa čovjekova tijela.

Čak i osobe koje su tijekom života oslijepile mogu sada vidjeti uz pomoć bioničkog oka Argus II. Riječ je o sofisticiranom uređaju koji se sastoji od tri glavne komponente: silicijskog čipa koji se umeće u oko, naočala i malog kompjutora koji se nosi za pojasom. Čip je povezan s videokamerom i odašiljačem koji se nalaze na naočalama. Pritom kamera snima slike koje se prevode u električne signale, a oni se bežično prenose do umetka. Elektrode u čipu zatim sliku prevode u električne signale koji se preko optičkog živca prenose do mozga. Zahvaljujući Argusu II, pacijenti mogu djelomično vidjeti, a raspoznaju bijelu, crnu i sivu boju. Ove godine pak pozornost svjetskih medija privukao je Allen Zderad (68) iz Minesotte koji je “progledao” zahvaljujući bioničkom oku Second Sight što podsjeća na sunčane naočale s Google Glass sustavom.

Sada smo i korak do bioničkog jezika koji su najavili znanstvenici Medicinskog sveučilišta Luebeck te ga uspješno testirali na svinjama. Bionički jezik napravljen je od mišića grkljana, povezan je s izvorom koji emitira živčane signale na sličan način kao srčani pacemaker, a dosad je testiran na svinjama. Na listi umjetnih organa nalazi se i bionička jetra, bionički trbuh i bionički anus koji je namijenjen pacijentima koji pate od teških oblika fekalne inkontinencije.

Jedan od najstarijih dijelova bioničkog čovjeka svakako je kohlearni implantat, umjetno uho koje se na tržištu pojavilo još 1969. godine, ali je u međuvremenu u više navrata usavršeno. Nedavno je Međunarodna skupina znanstvenika pod vodstvom dr. Damira Kovačića s Medicinskog fakulteta u Splitu objavila zapažen rad na tom području u Journal of Neural Engineering, jednom od najznačajnijih znanstvenih časopisa specijaliziranih za medicinsku bioniku.

- U radu smo proveli preliminarna istraživanja novog koncepta za izravnu električnu stimulaciju auditornog živca na staničnoj razini. Naime, naša istraživanja spadaju u medicinsku bioniku, odnosno neuroelektroniku, koja može učinkovito povezivati elektroničke sustave poput računalnog čipa sa živčanim sustavima, rekao mi je u jednom razgovoru dr. Damir Kovačić, voditelj Laboratorija za istraživanje slušanja i govora Medicinskog fakulteta u Splitu. Najuspješniji primjer takvog sučelja je umjetna pužnica, odnosno kohlearni implantat, koja izravnom električnom stimulacijom auditornog perifernog živčanog sustava omogućuje djelomičnu čujnost u potpuno gluhih osoba.

- Unatoč tome, današnja fundamentalna ograničenja dovode do velikih razlika u uspješnosti korištenja umjetnih pužnica koja još uvijek šalju vrlo siromašan zvuk, dodao je. Kako je objasnio, ovo temeljno ograničenje ‘napali’ smo uz pomoć novog auditornog neuroelektroničkog sučelja temeljenog na uzgoju auditornih neurona na poluvodičkim čipovima.

- Takvi sustavi mogu predstavljati naša prva tehnološka rješenja za povrat oštećenih osjetilnih, motoričkih i kognitivnih funkcija na staničnoj razini jer omogućuje izravnu stimulaciju pojedinačne živčane stanice, kaže Kovačić, koji kao osoba oštećena sluha i korisnik umjetne pužnice ima posebnu motivaciju za istraživanja.

Iako je prvo bioničko srce patentirano još sredinom pedestih godina, Barney Clark, zubar iz Seatlea, 1982. postao je prvi čovjek na svijetu kome je usađen Jarvik-7, umjetno srce.

Nažalost, Clark je s Jarvikom-7 preživio samo 117 dana.

Do novoga napretka došlo je u srpnju 2001. kad je pacijentu Robertu Toolsu presađen AbioCor, umjetno srce napravljeno od titana i polimernog materijala, a teško samo 900 grama. Dosad su razne verzije umjetnog srca uspješno ugrađene desecima pacijenata, a među onima koji su privukli pozornost medija svakako je Ally Smith, mlada Teksašanka koja je patila od kardiomiopatije uzrokovane virusom i liječnici su joj predviđali brzi kraj.

No, 2009. Ally je ugrađeno bioničko srce HeartMate II koje joj omogućilo da nastavi normalan život. Kada se 2011. udala, američki mediji su je nazvali “bioničkom mladom”.

- Prije nekoliko godina predviđali su mi skori kraj, a ja ne samo da nisam umrla nego sam se i udala, rekla je na prijemu.

Dakako, najveći izazov u stvaranju bioničkih organa jest čovjekov mozak. Znanstvenici su posljednjih godina demonstrirali nekoliko slučajeva pacijenata kojima su ugrađeni elektronički implantati u mozak. Najpoznatiji takav umetak svakako je BrainGate, čip površine četiri četvorna milimetra, koji se umeće na moždani korteks.

Biomedicinar Theodore Berger sa Sveučilišta Southern California otišao je i korak dalje jer radi na razvoju umjetnog hipokampusa. To je dio mozga koji ima oblik polumjeseca, a smješten je duboko ispod sljepoočnog korteksa. Hipokampus je važan za pamćenje i prostorno snalaženje, jedno je od prvih područja mozga koje pogađa Alzheimerova bolest.

Poznati američki futurolog Ray Kurzweil u svojoj knjizi “How to Create Human Mind” predviđa vrijeme kad će se ljudi i tehnologija fuzionirati kako bi nastala nova vrsta postojanja. - Naš mozak ima biološke limite, no i to bismo mogli nadvladati pomoću cloud computinga, odnosno korištenjem informacijsko-komunikacijske tehnologije zasnovane na internetu.

Kurzweil, koji tehnološke inovacije poput “Google naočala” naziva “mind expanderima” (širiteljima uma), tvrdi da će idućih desetljeća takvih biti napretek, a oni će nam omogućiti da uklonimo biološka ograničenja našeg mozga i uma.

- Umjetna inteligencija nadmašit će ljudsku do 2029. godine. Neće to biti samo invazija inteligentnih strojeva iza horizonta nego ćemo se mi fuzionirati s tom tehnologijom. Umetat ćemo inteligentne naprave u svoje tijelo i mozak kako bismo živjeli i dulje i zdravije - ustvrdio je Kurzweil.

Zubi, kukovi i kralježnični diskovi ne samo da mogu biti nadomješteni nego i napravljeni po mjeri individualnih pacijenata. Hrvatska ne zaostaje za svjetskim trendovima. Prošle godine u Klinici za dječje bolesti Zagreb, tim liječnika pod vodstvom doktora Roberta Kolundžića izveo je zahtjevnu operaciju rekonstrukcije zdjelice 3D implantatom 15-godišnjaku koji je bolovao od tumora. Ugrađeni implantat izrađen je točno po mjeri kompjuterskom analizom, a računalno modeliran u suradnji sa zagrebačkim Fakultetom strojarstva i brodogradnje (FSB) naprednom 3D tehnologijom u Velikoj Britaniji. Svjetski stručnjaci kažu da zbog velikih mogućnosti koje pružaju aditivne tehnologije imaju sposobnost revolucionirati zdravstvene usluge.

- To je novi princip da se ugradbeni dijelovi rade po mjeri čovjeka. Ako želite nekome napraviti implantat po mjeri, onda to možete učiniti i na taj način. CT snimka se ubaci u neki program za računalno modeliranje gdje se napravi trodimenzionalni model organa koji se zatim s aditivnom tehnologijom može napraviti prema mjeri čovjeka – naglasio je prof. Filetin.

SADRŽAJ JE PREUZET IZ JEDNOG OD PROŠLIH BROJEVA GLOBUSA. DOLJE POGLEDAJTE NASLOVNICU NOVOG BROJA GLOBUSA, KOJEG NA SVIM KIOSCIMA MOŽETE KUPITI OD ČETVRTKA: