SENSOR SPEED: Denne sensorhånden fra Otto Bock har en meget rask åpne- og lukkerhastighet. (Bilde: OTTO BOCK )
DYRKET PÅ RYGGEN: Kjeven ble operert inn i pasientens ryggmuskel for å gro før den ble operert inn i kjeven. Bildene ble først publisert i det britiske medisintidsskriftet Lancet. (Bilde: LANCET/ Kiel Universitetsklinikk)
ETTERPÅ: Gjennom CT skanning kontrollerte legene hvordan det gikk med kjeven etter at den var operert inn hos pasienten. (Bilde: LANCET/ Kiel Universitetsklinikk )
SENSIBEL: De kunstige hendene kan holde svært skjøre gjenstander uten å knuse dem. (Bilde: OTTO BOCK )

Reservedelsmennesket

  • naturvitenskap

To former for reservedeler

Kunstige materialer:

Hofte- og kneleddsproteser har vært i bruk i lang tid. Og det forskes stadig intenst for å forbedre metodene. Ved Nasjonalt kompetansesenter for ortopediske implantater i Trondheim, har man for eksempel lagt ned stort arbeide for å fremstille hofteproteser som er optimalt tilpasset hver enkelt pasient. På basis av digital informasjon fra computertomografi (CT), bygges det opp en datamodell av innerkonturen av øvre ende av lårbenet slik at det med en tredimensjonal fresemaskin, kan freses ut en protese som har optimal tilpasning til lårbenet. En slik teknikk er spesielt fordelaktig hvis det foreligger lårben med abnorm form og dimensjon. Den muliggjør også en bedre planlegging av visse biomekaniske forhold i selve leddet , forklarer professor Pål Benum. Materialforskningen har hatt en stor betydning for utvikling av biomkompatible legeringer, det vil si legeringer kroppen ikke støter fra seg, og som samtidig tåler de mekaniske belastninger som de utsettes for. Titanlegeringer er vanlig ved fremstilling av proteser som ikke støpes fast.

Helt nye organer:

Den andre metoder er å dyrke frem reservedeler med kroppens egen byggesteiner. Her kan man enten ta utgangspunkt i samme type celler som er skadet fra pasienten direkte, eller bruke stamceller som kan hentes fra beinmargen eller fettvevet til pasienten. Dette er en type celler som har evnen til å produsere alle typer nye celler i kroppen. De kan brukes til å dyrke alt fra urinledere til hjertemuskulatur. I Norge brukes stamceller fra pasientens fettvev eller benmarg. En annen og mye mer omstridt mulighet, er å bruke stamceller fra aborterte fostere.

Tenk deg at du må fjerne store deler av underkjeven din på grunn av en ondartet tumor.

Resten av livet må du klare deg på suppe og grøt. Du har ikke lenger noe å tygge med. Eller tenk deg at du får kuttet av armen din i bilulykke. Eller hva hvis hjertet ditt begynner å svikte?

Køen for å få et nytt donorhjerte er i dag så lang, at det er egentlig bare er tiden og veien til å skrive testamentet.

Men takket være teknologiutviklingen, kan du i framtida både spise vanlig mat, traktere piano og leve lenge selv om alle ulykkesscenariene skulle ramme deg.

Kunstig hjerte

Mennesket er i ferd med å la seg erstatte med godt fungerende reservedeler. La oss begynne med hjertet først. Å få transplantert inn et donorhjerte er det mest ideelle. Men med 90.000 sviktende hjerter i nordmenn hvert år og bare 30-40 donorhjerter tilgjenglig, sier det seg selv at ikke alle kan være heldige.

Kunstige hjerter har derfor eksistert i mange år som erstatning. Kunstige hjertet har også vært brukt som midlertidig løsning før operasjon eller mens man venter på et donorhjertet. De kunstige hjertene er enten innebygd i kroppen eller koblet til kroppen utenfra.

– I dag kan du spille badminton med kunstig hjerte. Batteriet til hjertet har du i en skulderveske, forklarer avdelingssjef og professor i hjertekirurgi, Jan L.Svennevig, ved Rikshospitalet.

6 timer

Levetid på batteriet som holder hjertet i gang mens du løper rundt med rackerten, er omtrent 6 timer, så livet blir likevel noe begrenset. Men dette kan snart være en saga blott, takket være utviklingen av batteriteknologi og mekanikken inne i hjertet.

– Vi hadde nylig et foredrag med verktøyprodusenten Black & Decker på Rikshospitalet for å lære mer om deres batteriutvikling, sier Svennevig. Han mener utviklingen kan gå mot at kunstige hjerter lades opp via induksjon. Elektroplater festes under huden på pasienten og en ytre induksjonsplate vil kunne lade opp batteriene som er koblet til det innvendige hjertet.

– Dette arbeidet er fortsatt på det eksperimentelle stadiet, men noen har tatt i bruk metoden allerede, sier han. Det finnes flere forskjellige kunstige hjerter. Ved Rikshospitalet satses det på kunstige hjerter som lar pasienten beholde sitt opprinnelige hjerte i tillegg.

Raskt slitt

– Vi utvikler nå tredjegenerasjonshjerter, sier Svennevig. Hovedutfordringen som må løses er at kunstige hjerter raskt blir slitt. Et kunstig hjerte har en levetid på omtrent 2 år. En rotor (en type pumpe) som er konstruert etter samme prinsipp som archimedes-skruen, gjør at blodet strømmer gjennom hjertet. Denne rotoren roterer 10.000 ganger i minuttet. Det er rotorens hengsel som er det kritiske punktet.

– Nå går utviklingen mot at rotoren ikke hengsles i to ender som nå, men svever fritt i systemet enten via magnetfelt eller i blodstrømmen, forklarer Svennevig. Han mener hjertet er en helt utrolig maskin som det er en stor utfordring å etterligne:

– Vi har vært på månen og pumper opp olje fra under havbunnen. Men å lage en maskin som vedlikeholdsfritt kan pumpe 100.000 ganger i døgnet, har vi ennå ikke klart, sier han.

Lisa gikk til skolen

Ok, så har vi i hvert fall mulighet til å få et noenlunde fungerende hjerte, men hva med hendene våre? Ingen kan vel spille piano etter at de har fått kuttet av seg armen i en ulykke. Men dagen da du kan bevege kunstige hender med en viss form for finmotorikk, er faktisk ikke så langt unna.

– I dag kunne du nok bare ha spilt Lisa gikk til skolen med én finger, sier dr.ing. Øyvind Stavdahl ved Institutt for teknisk kybernetikk ved NTNU.

Hans forskning går ut på å få håndleddsproteser til å bevege seg på kommando fra hjernen. Når hånden din ikke lenger er der, sender hjernen fortsatt ut signaler som om den var der. Det er disse signalene Stavdahl og hans medforskere utnytter til å bevege de kunstige leddene.

Problemstillingene er mange. Protesen må være festet til kroppen på en god måte, og protesen må kunne fange opp signalene kroppen sender ut. I tillegg må styringssystemet som skal bevege håndprotesen, kunne tolke signalene den får. Og ikke minst det må være nok energi til å forsyne den motoriserte hånden med strøm.

– En norsk bedrift var først i verden med Lithium-ion-batterier til bruk i proteser. Nå har de fleste proteseleverandørene slike batterier, som også brukes i mobiltelefoner og annet bærbart utstyr. Batteriene er bygd inn i protesen men kan raskt lades opp mens man for eksempel ser på Dagsrevyen, forklarer Stavdahl. Mange drømmer om å lage proteser med kunstige muskelfibre, men forsatt er elektriske motorer det eneste reelle alternativet.

Kongelig vinking

I dag kan man med håndproteser gjøre enkle ting som f.eks å plukke opp gjenstander og holde et telefonrør. Men i fremtiden skal man også kunne vinke som en konge. Prosjektet til Stavdahl har fått det humoristiske navnet The Norwegian Royal Waving Device (NRWD).

– Det er fordi håndleddet vi jobber med nå, gir en " vinkebevegelse" lik den du kan se på slottsbalkongen 17. mai, sier Stavdahl. Det offisielle navnet er imidlertid NTNU Revolute Wrist Device. Poenget bak forskningen er å lage en håndleddsprotese med én rotasjonsakse, nemlig den som er den mest dominerende når friske mennesker beveger håndleddet sitt. Å kople kunstige armer og ben direkte til nervesystemet, er bare et spørsmål om tid.

Mysteriet løst

Nå er det opp til teknologene: – Det er ikke lenger et nevrofysiologisk mysterium hvordan vi skal få til bedre bevegelighet, men det er fortsatt en stor teknologisk utfordring. Vi vet mye om hvordan nervene formidler informasjon om bevegelse. Utfordringen er å finne ut hvilke nervefibre som styrer hva, og kople oss på de riktige fibrene. Noen vil kanskje kalle det mer enn en utfordring: En nerve kan bestå av flere titusen fibere.

Dyrker reservedeler

Men det er ikke bare mekaniske eller elektroniske vidundermaskiner som kroppen vår skal erstattes med hvis vi må på verksted. Det å dyrke frem kroppsdeler i eller utenfor kroppen har virkelig tatt av siden 90-tallet.

Et av de aller mest spektakulære gjennombruddene ble gjennomført ved Universitetsklinikken i Kiel i fjor.

En pasient som hadde fått ødelagt kjeven sin på grunn av en ondartet tumor, fikk en helt ny kjeve som var dyrket frem inne i mannens egen ryggmuskel.

Legene laget først en tredimensjonal modell av pasientes hode og designet en virtuell erstatning til den manglende delen av underkjeven. Dataene fra modellen brukte de senere til å modellere en titianumform, som ble fylt med benvesmineraler, kollagaen og vekstfremmende benprotein samt stamceller fra pasienten benmarg. Titiniumformen ble så implantert inn i pasientens ryggmuskel hvor kjeven utviklet seg. Syv uker senere ble kjeven transplantert sammen med det omliggende muskelvev samt arterier og vener inn i mannen kjevestumper. Bare ti dager senere spiste mannen sitt første måltid på 9 år.

Ny brusk

Også i Norge dyrkes det reservedeler. Brusk fra pasienter som innholder 1000 celler, dyrkes til bruskvev på 20 millioner celler som kan opereres inn på pasienter som lider av ødelagte knær.

– I dag er målet med å forske på stamceller å se om de kan produsere like god brusk som bruskceller fra pasienten selv, forklarer ortoped og overlege Lars Engbretsen ved Ullevål Sykehus.

Håpet et at man kan dyrke nytt vev utenfor kroppen.

– Det er for eksempel ikke like pratisk å gå rundt med et voksende kne på ryggen, sier overlege Gunnar Knutsen ved den ortopediske klinikken ved Tromsø Universitetssykehus. I dag prøver man ut flere metoder som går ut på å dyrke vev inn i tredimensjonale former ved hjelp av gel eller membraner, f ør de opereres inn i kroppen.

– I fremtiden vil vi se ganske mange nye reservedeler, sier Knutsen.