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10 bionische Innovationen, die die Medizin revolutionieren könnten
Nachdem der fiktive Astronaut Steve Austin bei einem experimentellen Flugzeugabsturz schwer verletzt worden war, versicherte Oscar Goldman seinen Kollegen des Office of Strategic Intelligence: „Wir können ihn wieder aufbauen; Wir haben die Technologie. “1974, als Der sechs Millionen Dollar Mann Die Fernsehserie begann, Goldmans Behauptung wäre absurd gewesen, wenn er in der realen Welt gemacht worden wäre.
Jetzt, etwas mehr als 40 Jahre später, verfügen wir über die Technologie, um Menschen - oder zumindest Teile von ihnen - wieder aufzubauen. Diese zehn bionischen Neuerungen, die die Medizin verändern könnten, deuten darauf hin, dass es nicht mehr lange dauern wird, bis wir verletzte Männer und Frauen vollständig „wieder aufbauen“ können.
10 Auge
Als Folge einer altersbedingten Makuladegeneration verlor der britische Rentner Ray Flynn 2009 seine Fähigkeit, Gesichter zu unterscheiden. Seine Lebensqualität verbesserte sich im Jahr 2015 drastisch, als er ein elektrisches Implantat erhielt, das ein Video an gesunde Zellen in seiner Netzhaut überträgt. Eine winzige Kamera an der Brille hält das Video fest. Er kann jetzt Gesichter wieder erkennen und lesen. Er kann seinen Fernseher auch klarer sehen. Am erstaunlichsten ist, dass er dank seiner Videobrille auch mit geschlossenen Augen sehen kann.
Menschen, die an Retinitis pigmentosa leiden, wurden von derselben Technologie unterstützt, mit der Flynn besser sehen kann. Der Augenarzt Paulo Stanga vom Manchester Royal Eye Hospital sagte: "Diese Technologie ist revolutionär und verändert das Leben der Patienten. Sie stellt einige funktionale Vision wieder her und hilft ihnen, unabhängiger zu leben."
9 Ohr
In einigen Fällen kann die Gentherapie mit bionischer Technologie arbeiten, um das Gehör zu verbessern. Der meiste Hörverlust findet zwischen den Haarzellen in der Cochlea und dem Hörnerv statt. Cochlea-Implantate lindern dies, indem sie den Hörnerv mit winzigen Elektroden simulieren. Wenn jedoch Hörnerven beschädigt werden, müssen die von den Elektroden gesendeten Signale stärker sein, wodurch das resultierende Geräusch durcheinander gerät. Die einzige Möglichkeit, den Klang zu verfeinern, besteht darin, die Hörnerven zu reparieren.
Hier kommt die Gentherapie ins Spiel. In Tests hat eine solche Therapie dazu geführt, dass „geschrumpfte“ Hörnerven wieder nachwachsen. Genauer gesagt verabreichten Jeremy Pinyon, ein Hörwissenschaftler an der University of New South Wales, und sein Team ein Gen-kodierendes Neurotrophin, ein Protein, das das Nervenwachstum stimuliert, den Zellen in den Innenohren von tauben Meerschweinchen. Dies führte zu einer Regeneration der Hörnerven, wodurch die Tiere wieder hören konnten. Obwohl das Verfahren für einige Zeit nicht für die klinische Anwendung bereit ist, zeigt es vielversprechende Möglichkeiten, um bionische Ohren herzustellen, die durch Gentherapie verstärkt werden.
8 Zähne
Die Regeneration von Zähnen und die Verhinderung von Karieslücken mit der Bionic-Technologie ist in naher Zukunft möglich, da Zahnärzte einen bioaktiven Ersatz zur Bekämpfung von Karies verwenden. Dr. Ana Angelova Volponi sagt, die Forschung zur Schaffung eines solchen „Bioteeths“ habe durch die Verwendung von Zahnfleischstammzellen für Erwachsene große Fortschritte gemacht.
Obwohl die Entwicklung von Bioteeth möglich sein kann, unterscheiden sich die Experten hinsichtlich der Praktikabilität des Zahnwachstums als Routinezahnarztpraxis. Die Forschung geht jedoch weiter, zum Teil mit 3D-Druck. In der Hoffnung, dass wir in Zukunft Ersatzzähne züchten können.
7 Hand
Der 2006 Film Pans Labyrinth stellte eine Figur mit Augen in den Handflächen vor. Obwohl der Film eine Fantasie ist, ist eine bionische Hand mit einem eigenen künstlichen Auge eine Tatsache. Die Prothese verwendet künstliche Intelligenz, um Objekte zu „sehen“. Die Absicht des Trägers, einen Gegenstand aufzunehmen, wird als elektrische Impulse an die Hand weitergeleitet. Die Hand antwortet, indem sie ein Foto des Objekts macht. Mit einer der vier möglichen Griffpositionen schließt die Hand das gewünschte Objekt und hebt es an.
Bilder von über 500 verschiedenen Objekten wurden zum Trainieren der Hand verwendet. Jede wurde in 72 Bildern gezeigt, um verschiedene Winkel anzuzeigen und verschiedene Hintergründe anzuzeigen. Im Verlauf der Tests erfuhr die Hand, welche Greifposition für jedes Objekt am besten funktionierte. Derzeit ist die Hand ein Prototyp, obwohl sie von zwei Amputierten mit einer Wirksamkeit von 90 Prozent getestet wurde. Bevor es in Betrieb genommen werden kann, muss es eine Erfolgsquote von 100 Prozent erreichen. Die Forscher hoffen, dass neue Algorithmen dieses Ziel erreichen werden. Sie planen auch, die Hand leichter zu machen und die Kamera in die Handfläche zu legen, anstatt auf den Handrücken.
6 Bauchspeicheldrüse
Die bionische Bauchspeicheldrüse, die von Forschern des Massachusetts General Hospital und der Boston University entwickelt wurde, misst den Blutzucker automatisch und setzt Insulin nach Bedarf frei. Ein unter der Haut implantierter Sensor überwacht den Blutzucker im Gewebe des Trägers und lädt Daten in eine iPhone-Anwendung hoch. Alle fünf Minuten berechnet die App die benötigte Insulinmenge, die über eine Pumpe zugeführt wird.
Es ist nicht erforderlich, die in jeder Mahlzeit konsumierten Kohlenhydrate zu bestimmen und die Menge in das Gerät einzugeben. Stattdessen geben die Träger an, ob das Essen „typisch“, „mehr als gewöhnlich“, „weniger als typisch“ oder ein „kleiner Bissen“ war und ob es Frühstück, Mittag- oder Abendessen war. Ein Test von Diabetikern bei Erwachsenen und Jugendlichen zeigte, dass der Blutzucker der Teilnehmer gesünder war, wenn sie die bionische Bauchspeicheldrüse anstelle ihrer üblichen Behandlungen verwendeten. Nach weiteren Tests kann die bionische Bauchspeicheldrüse einen neuen Weg zur Überwachung und Kontrolle des Blutzuckerspiegels bei Diabetikern bieten.
5 Beinorthese
Als er zwei Jahre alt war, fiel John Simpson, jetzt in seinen Sechzigern, und schnitt sich das Kinn.Infolgedessen zog er Polio zusammen, wodurch er ohne Beinstütze nicht mehr gehen konnte. Die Zahnspange war umständlich und in ihrer Funktion eingeschränkt. „So lange ich mich erinnern kann“, sagt er, „musste ich mit einem Stahlsattel mit verriegeltem Knie laufen, den ich manuell einstellen musste, wenn ich mein Bein beugen wollte. Wenn das nicht funktioniert hat, habe ich mir das Bein gebrochen. “Seine neue bionische Beinorthese hat ihm jedoch die Freiheit gegeben. Damit kann er laufen, Fahrrad fahren und Treppen steigen. Das Gerät habe sein Leben "revolutioniert", sagte er.
Mit Hilfe der Bluetooth-Technologie überwacht die computerisierte bionische Zahnspange mit Sensoren an Simpsons Oberschenkel seine Schritte und bewegt sich mit ihm. Die Kohlefaserverstrebung ist stärker als Stahl und arbeitet mit einer wiederaufladbaren Batterie. Die bionische Zahnspange überprüft alle 0,02 Sekunden die Position des Knies und gibt Simpson die Flexibilität, die er braucht, die er jedoch bei seiner vorherigen Stütze nicht hatte.
4 Knie
Hailey Daniswicz beugt die Muskeln in ihrem Oberschenkel. Elektroden senden Signale an einen Computer. Auf einem Monitor neigt ein Avatar das Knie. Die junge Frau verlor ihr unteres linkes Bein an Krebs. Sobald der Computer kalibriert wurde, um „leichte Bewegungen des Oberschenkels zu erkennen“, kann er mit einem bionischen Bein ausgestattet werden, das sie auf natürliche Weise steuert. Laut Projektleiter Levi Hargrove, Forscher am Rehabilitation Institute des Chicagoer Center for Bionic Medicine, soll das Ziel darin bestehen, „die Maschine in die Person zu integrieren“.
Die Prothese verwendet Elektromyographie (zur Messung der elektrischen Aktivität der Muskeln) und Mustererkennungssoftware. Neun Elektroden, die jeweils an einem anderen Muskel befestigt sind, erkennen elektrische Signale, die von den Nerven an die Muskeln gesendet werden. Der Computer erkennt Signalmuster und bestimmt, ob sie das Knie beugen oder den Knöchel beugen möchte. Daniswicz und die drei anderen Testpersonen des Programms konnten nicht nur ihre Beine bewegen und ihre Knie beugen, sondern sie konnten auch ihre Knöchel mit dem Bionikknie kontrollieren.
Bei mehr als zwei Millionen Menschen wurden die Unterschenkel amputiert, und es wird erwartet, dass sich bis 2050 doppelt so viele Menschen einer solchen Operation unterziehen, da die Zahl der Diabetes ansteigt. Derzeit verlassen sich die Beinprothesen darauf, dass ihre Träger die Bewegung der Beine durch Schwenken initiieren. Es wird gehofft, dass neue bionische Knie und Gliedmaßen diese Prothesen zukünftig revolutionieren werden.
3 Knöchel
Laut Hugh Herr, Direktor der Biomechatronics-Gruppe des Massachusetts Institute of Technology: „Die Technologie schreitet so schnell voran, dass wir uns viele Behinderungen vorstellen können, die heute nicht mehr Behinderungen sind.“ Bionische Gliedmaßen sind eine der möglichen Anwendungen verlorene Fähigkeiten für Behinderte wieder herzustellen. Adrianne Haslet-Davis ist ein Beispiel. Als professionelle Ballsaaltänzerin verlor sie bei den Bombenanschlägen des Boston Marathon einen Teil ihres Beines.
Herr, der bei einem Kletterunfall seine eigenen Beine verlor, baute einen künstlichen Knöchel, der Haslet-Davis 'Tanzfähigkeit wiederherstellte. „In diesem Labor stehlen wir die Natur“, erklärt Herr. „Wir modellieren den fehlenden Körperteil, und wir modellieren die Muskeln und wie die Muskeln vom Rückenmark kontrolliert werden. Aus dieser Wissenschaft extrahieren wir Prinzipien, die bestimmen, wie die Mechanik entworfen wird.“ Herr's Team hat 90 Amputierte mit maßgeschneiderten Versionen geliefert des bionischen Knöchels Die Veteranenverwaltung, das Verteidigungsministerium und einige private Versicherungsgesellschaften trugen die Kosten für die Knöchel, aber in der Zukunft hofft Herr, dass die High-Tech-Prothese für diejenigen, die sie benötigen, breiter verfügbar ist.
2 Exoskelett
Fortschritte in der bionischen Technologie haben zur Entwicklung eines bionischen Exoskeletts geführt. Über dem Körper getragen, hilft das Exoskelett dem Träger beim Gehen. Kevin Oldt hat sich bei einem Schneemobilunfall die Wirbelsäule verletzt. Infolgedessen war er auf einen Rollstuhl angewiesen. Mit seinem Exoskelett, einem gurtähnlichen Gerät, das verschiedene Streben, Sensoren, Gurte und Software kombiniert, erhält er eine auf seine Bedürfnisse zugeschnittene Unterstützung.
Sobald Oldt mit Krücken zu laufen beginnt, richten die vier Elektromotoren des Exoskeletons seinen Unterkörper auf. Seine Beine arbeiten mit dem Exoskelett zusammen, da dieses die Kraft misst, die er erzeugt, wenn er den Fuß anhebt und gegen den Boden drückt. Im April 2016 genehmigte die US-amerikanische Food and Drug Administration das Ekso GT-Exoskelett, das Oldt für Schlaganfallpatienten und Menschen mit Wirbelsäulenverletzungen im Nacken verwendet.
1 Schwanz
Es ist nicht oft so, dass eine Person einen Schwanz braucht, aber das Spezialeffektteam für die Herr der Ringe Die Filme versorgten Nadya Vessey aus Auckland, Neuseeland, damit sie schwimmen konnte. Ein angeborener Zustand hinderte ihre Beine daran, sich richtig zu entwickeln, und im Alter von 16 Jahren wurden sie amputiert. Als Vessey 50 Jahre alt war, fragte ein Junge, wie sie ihre Prothesenbeine abnahm, was sie aus ihren eigenen Beinen gemacht hatte. Sie sagte ihm, dass sie eine Meerjungfrau ist.
Inspiriert von ihrer Erklärung schrieb sie an den Oscar-Gewinner Weta Workshop, das Spezialeffektunternehmen, für das auch visuelle Effekte kreiert wurden Die Chroniken von Narnia und King Kongund bat sie, sie zum Schwanz einer Meerjungfrau zu machen. Sie reagierten, indem sie einen solchen Schwanz aus Neoprenanzügen und Plastikformen baute.
Die Struktur des Schwanzes ermöglicht es ihr, in anmutigen, wellenförmigen Bewegungen zu schwimmen wie die mythologische Kreatur, der sie beim Tragen der Prothese ähnelt. Der Schwanz ist für Vessey maßgeschneidert, komplett mit Rücken und Rückenflosse aus Polycarbonat sowie digital gedruckten Skalenmustern.Trotz des Verlusts ihrer Beine nahm Vessey an der High School teil, und sie hofft, den Schwanz ihrer bionischen Meerjungfrau für den Triathlon-Wettkampf zu nutzen.