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10 innovazioni bioniche che potrebbero rivoluzionare la medicina
Dopo che l'astronauta immaginario Steve Austin fu gravemente ferito in un incidente aereo sperimentale, il regista Oscar Goldman assicurò ai suoi colleghi dell'Ufficio di Intelligenza Strategica: "Possiamo ricostruirlo; abbiamo la tecnologia. "Nel 1974, quando L'uomo da sei milioni di dollari Le serie televisive iniziarono, la richiesta di Goldman sarebbe stata assurda se fosse stata fatta nel mondo reale.
Ora, poco più di 40 anni dopo, abbiamo la tecnologia per ricostruire gli esseri umani, o almeno una parte di essi. Poiché queste dieci innovazioni bioniche che potrebbero cambiare la medicina indicano, potrebbe non essere molto più lungo prima di poter "ricostruire" completamente uomini e donne feriti.
10 occhio
A causa della degenerazione maculare legata all'età, il pensionato britannico Ray Flynn ha perso la capacità di distinguere i volti nel 2009. La sua qualità della vita è migliorata drasticamente nel 2015, quando ha ricevuto un impianto elettrico che trasmette un feed video a cellule sane nella sua retina. Una piccola videocamera attaccata ai suoi occhiali cattura il video. Ora può riconoscere di nuovo i volti e anche leggere. Può vedere anche la sua TV in modo più chiaro. Più sorprendente di tutti, riesce a vedere anche a occhi chiusi, grazie ai suoi occhiali video.
Le persone che soffrono di retinite pigmentosa sono state aiutate dalla stessa tecnologia che aiuta Flynn a vedere. L'oftalmologo Paulo Stanga del Manchester Royal Eye Hospital ha dichiarato: "Questa tecnologia è rivoluzionaria e cambia la vita dei pazienti, ripristinando una visione funzionale e aiutandoli a vivere in modo più indipendente".
9 orecchio
In alcuni casi, la terapia genica può funzionare con la tecnologia bionica per migliorare l'udito. La maggior parte della perdita dell'udito si verifica tra le cellule ciliate nella coclea e il nervo uditivo. Gli impianti cocleari allevieranno questo simulando il nervo uditivo con piccoli elettrodi. Tuttavia, quando i nervi uditivi sono danneggiati, i segnali inviati dagli elettrodi devono essere più forti, il che confonde il suono risultante. L'unico modo per perfezionare il suono è riparare i nervi uditivi.
È qui che entra in gioco la terapia genica. Nei test, tale terapia ha causato il ricrescere dei nervi uditivi "avvizziti". Più in particolare, Jeremy Pinyon, uno scienziato uditivo dell'Università del New South Wales, e il suo team hanno somministrato una neurotropina codificante i geni, una proteina che stimola la crescita del nervo, alle cellule delle orecchie interne delle cavie non udenti. Ciò ha provocato la rigenerazione del nervo uditivo, permettendo agli animali di sentire di nuovo. Sebbene la procedura non sia pronta per l'uso clinico per un po 'di tempo, mostra la promessa come un modo per produrre orecchie bioniche potenziate attraverso la terapia genica.
8 denti
La capacità di rigenerare i denti e prevenire la carie usando la tecnologia bionica è possibile nel prossimo futuro, dal momento che i dentisti usano sostituti bioattivi per combattere la carie. La Dott.ssa Ana Angelova Volponi afferma che la ricerca per creare questo "bioteeth" ha fatto grandi progressi utilizzando le cellule staminali gengivali adulte.
Sebbene lo sviluppo di bioteeth possa essere possibile, gli esperti differiscono sulla praticità della crescita dei denti come pratica dentistica di routine. Tuttavia, la ricerca continua, in parte con la stampa 3-D, nella speranza che, in futuro, saremo in grado di far crescere i denti sostitutivi.
7 mano
Il film del 2006 Labirinto di Pan ha introdotto un personaggio con gli occhi nei palmi delle sue mani. Anche se il film è una fantasia, una mano bionica dotata del proprio occhio artificiale è un dato di fatto. La protesi utilizza l'intelligenza artificiale per "vedere" gli oggetti. L'intenzione dell'utilizzatore di raccogliere un oggetto viene trasmessa, come impulsi elettrici, alla mano. La mano risponde scattando una foto dell'oggetto. Quindi, usando "una delle quattro possibili posizioni di presa", la mano si chiude sull'oggetto desiderato, sollevandolo.
Per allenare la mano sono state utilizzate immagini di oltre 500 oggetti diversi. Ognuno è stato mostrato in 72 immagini per indicare vari angoli e per visualizzare vari sfondi. Mentre i test progredivano, la mano imparava quale posizione di presa funzionava meglio per ogni oggetto. Attualmente, la mano è un prototipo, sebbene sia stata testata da due amputati, con un'efficacia del 90 percento. Prima che possa essere messo in servizio, deve raggiungere un tasso di successo del 100 percento. I ricercatori sperano che i nuovi algoritmi consentiranno loro di raggiungere questo obiettivo. Hanno anche intenzione di rendere la mano più leggera e di mettere la fotocamera nel suo palmo, anziché sul dorso della mano.
6 pancreas
Il pancreas bionico creato dai ricercatori del Massachusetts General Hospital e della Boston University misura automaticamente la glicemia, rilasciando l'insulina secondo necessità. Un sensore impiantato sotto la pelle monitora la glicemia nel tessuto dell'indossatore, caricando i dati su un'applicazione iPhone. Ogni cinque minuti, l'app calcola la quantità di insulina necessaria, fornendola attraverso una pompa.
Non è necessario determinare i carboidrati consumati in ogni pasto e inserire la quantità nel dispositivo. Invece, chi lo indossa indica se il pasto è stato "tipico", "più del solito", "meno tipico" o "piccolo morso", nonché se si trattasse di colazione, pranzo o cena. Un test di diabetici sia per adulti che per adolescenti ha mostrato che lo zucchero nel sangue dei partecipanti era più sano quando hanno usato il pancreas bionico invece dei loro soliti trattamenti. Dopo ulteriori test, il pancreas bionico può fornire un nuovo modo di monitorare e controllare i livelli di zucchero nel sangue nei pazienti diabetici.
5 Leg Brace
Quando aveva due anni, John Simpson, ora sulla sessantina, cadde e gli tagliò il mento.Di conseguenza, ha contratto la polio, che lo ha lasciato incapace di camminare senza un tutore per le gambe. Il tutore era ingombrante e limitato nella funzione. "Per tutto il tempo che posso ricordare," dice, "ho dovuto camminare con una pinza d'acciaio a ginocchio chiuso che dovevo regolare manualmente ogni volta che volevo piegare la gamba. Se ciò non funzionasse, mi sono rotto una gamba. "La sua nuova tuta per gamba bionica, tuttavia, gli ha dato la libertà. Con esso, può camminare, andare in bicicletta e salire le scale. Il dispositivo ha "rivoluzionato" la sua vita, ha detto.
Utilizzando la tecnologia Bluetooth, il tutore bionico computerizzato, utilizzando i sensori sulla coscia di Simpson, monitora i suoi passi, muovendosi con lui. Il rinforzo in fibra di carbonio è più resistente dell'acciaio e funziona con una batteria ricaricabile. Il tutore bionico controlla la posizione del ginocchio ogni 0,02 secondi, dando a Simpson la flessibilità di cui ha bisogno, ma mancava del suo precedente tutore.
4 ginocchia
Hailey Daniswicz flette i muscoli della sua coscia. Gli elettrodi inviano segnali a un computer. Su un monitor, un avatar piega il ginocchio. La giovane donna ha perso la gamba sinistra in basso al cancro. Una volta che il computer è stato calibrato per "riconoscere i leggeri movimenti della sua coscia", può essere dotata di una gamba bionica che controlla in modo naturale. Secondo il capo del progetto Levi Hargrove, ricercatore presso l'Istituto di riabilitazione del Centro di medicina bionica di Chicago, l'obiettivo è "integrare la macchina con la persona".
La protesi utilizza l'elettromiografia (misurazione dell'attività elettrica dei muscoli) e il software di riconoscimento dei pattern. Nove elettrodi, ciascuno collegato a un muscolo diverso, rilevano i segnali elettrici inviati dai nervi ai muscoli. Il computer riconosce i modelli di segnale e determina se vuole piegare il ginocchio o flettersi la caviglia. Daniswicz e gli altri tre soggetti del programma non solo potevano muovere le gambe e piegare le ginocchia, ma potevano anche controllare le caviglie usando il ginocchio bionico.
Oltre due milioni di persone hanno avuto l'amputazione della gamba in basso, e il doppio di quanto previsto è sottoposto a tale operazione entro il 2050, a causa di un aumento del diabete. Attualmente, le gambe protesiche fanno affidamento su chi le indossa iniziando il movimento delle gambe facendole oscillare. Si spera che nuove ginocchia e arti bionici rivoluzioneranno queste protesi in futuro.
3 caviglia
Secondo Hugh Herr, direttore del gruppo di Biomechatronics del Massachusetts Institute of Technology, "La tecnologia sta avanzando a un ritmo così accelerato che possiamo facilmente immaginare che molte disabilità che esistono oggi non siano più disabilità." Le membra bioniche sono una delle applicazioni che possono ripristinare le capacità perse per i disabili. Adrianne Haslet-Davis è un esempio. Una ballerina professionista, ha perso parte della gamba negli attentati alla maratona di Boston.
Herr, che ha perso le proprie gambe in un incidente di arrampicata, ha costruito una caviglia artificiale che ha ripristinato la capacità di ballare di Haslet-Davis. "In questo laboratorio rubiamo alla natura", spiega Herr. "Modelliamo la parte del corpo che manca e modelliamo i muscoli e come i muscoli sono controllati dal midollo spinale e da questa scienza estrapiamo i principi che determinano come sono progettati i meccanismi." Il team di Herr ha fornito 90 amputati con versioni personalizzate della caviglia bionica. L'amministrazione dei veterani, il dipartimento della difesa e alcune compagnie di assicurazioni private hanno sopportato il costo delle caviglie, ma in futuro, Herr spera che le protesi high-tech diventeranno più ampiamente disponibili per coloro che ne hanno bisogno.
2 esoscheletro
I progressi nella tecnologia bionica hanno portato allo sviluppo di un esoscheletro bionico. Indossato sul corpo, l'esoscheletro aiuta chi lo indossa a camminare. Kevin Oldt si è infortunato alla schiena in un incidente in motoslitta. Di conseguenza, era dipendente da una sedia a rotelle. Ora, con il suo esoscheletro, un dispositivo simile al cablaggio che combina un assortimento di montanti, sensori, cinghie e software, riceve assistenza specifica per le sue esigenze.
Una volta che Oldt inizia a camminare, aiutato dalle stampelle, i quattro motori elettrici dell'exoskeleton raddrizzano la parte inferiore del corpo. Le sue gambe lavorano con l'esoscheletro, poiché quest'ultimo misura la quantità di forza che genera mentre alza il piede, spingendo contro il pavimento. Nell'aprile 2016, la Food and Drug Administration statunitense ha approvato l'esoscheletro Ekso GT che Oldt utilizza per pazienti colpiti da ictus e persone con lesioni spinali al di sotto del collo.
1 coda
Non è spesso che una persona abbia bisogno di una coda, ma la squadra degli effetti speciali per la Signore degli Anelli i film davano a Nadya Vessey di Auckland, in Nuova Zelanda, uno in modo che lei potesse fare una nuotata. Una condizione congenita impediva alle sue gambe di svilupparsi correttamente e, all'età di 16 anni, furono amputate. Quando Vessey aveva 50 anni, un ragazzino, vedendola rimuovere le sue gambe protesiche, le chiese che fine avesse fatto delle sue stesse gambe. Lei gli ha detto che è una sirena.
Ispirata dalla sua spiegazione, ha scritto al premio Oscar Weta Workshop, la compagnia di effetti speciali che ha anche creato effetti visivi per Le Cronache di Narnia e King Kong, chiedendo loro di renderla una coda da sirena. Hanno risposto costruendo una coda simile a quella del tessuto della tuta bagnata e degli stampi di plastica.
La struttura della coda le consente di nuotare in movimenti aggraziati e ondulati come quelli della creatura mitologica a cui assomiglia quando indossa la protesi. La coda è su misura per Vessey, completa di spina e pinna caudale in policarbonato e di motivi di scala stampati digitalmente.Nonostante la perdita delle gambe, Vessey ha gareggiato a nuoto nelle scuole superiori e spera di usare la coda della sirena bionica per gareggiare in un evento di nuoto di un triathlon.