目前,世界上有许多科学家潜心于人工肾的改良与制作。1985年日本大阪市立大学医学研究中心研制成功了一种新型的人工肾,它不需要动力泵来推动血流,而是靠病人本身的血压来驱动的。这样不但更简单,而且也更安全。经动物实验表明,其功能与真正的人体肾脏基本相似,用于病人效果也很不错。近年来科学家们正向人工肾小型化、高效化等方面努力。我国也研制成功“吸附型人工肾”、“粘胶空心纤维人工肾”等,临床证明效果也相当好。电子眼约翰是位车工,有一天当他开动车床时,数片金属屑像子弹一样射到他脸上,顿时他双目受到重伤,面前一派黑暗。他感到一切都完了,甚至想到自杀。幸亏他被立即抬到医院,眼科医生告诉他,只要他配合,可以装上“电子眼”,重新见到光明。约翰服从了医生的命令,不到一个月的工夫,他果然重见光明。
那么,什么是“电子眼”呢?电子眼也叫做“人工视力装置”。它由微型摄像机、微型电子计算机、电极等部件构成,手术时医生将装有人造眼的患者微型摄像机安装在约翰的眼眶内,将微型计算机则安置在眼镜架上,将电极及神经刺激器放置到头后部大脑皮质内。此时当约翰面对物体时,微型摄像机立即将其拍摄下来,经微型计算机处理后立即送到电极,再经神经刺激器刺激视神经,于是约翰便又见到了物体的原来面貌了。
人工种植牙
乍听起来,“人工种植牙”会让人感到奇怪,难道牙齿也可以种植吗?
其实,说起来人工种植牙并不新鲜,它也属于大家所熟悉的假牙,只不过现代的人工种植牙与以往的假牙有两点明显的不同。首先,以往的假牙的材料较为单纯,或者用金属(如金牙齿、银牙齿),或者用瓷、橡胶,甚至用天然的象牙等。但是,这些材料往往不太耐用,或者不太美观。现代的人工种植牙所采用的是高分子物质,以及它与金属、陶瓷等的复合材料,这样不但经久耐用,而且外观造型也很美。其次,现代的人工种植牙不像以前的假牙只是固定于其邻近的几颗牙齿上,而是深深地“种植”于牙槽骨内,这样它便与牙槽骨紧密相连,如同真的牙齿一般。另外,它不再会连累周围的牙齿了,这样在人们咀嚼时便会感到如真牙一样。
人造肝脏
人造肝脏是一种圆锥形物体,由塑料制成,长约50厘米,直径10厘米。圆锥体中含有纤维素和具有清洁血液功能的猪肝脏细胞。而猪肝脏细胞可以补充提供血液所必须的一些成分。人造肝脏的工作原理类似于透析,它将流经患者肝脏的血液导向体外,经膜式过滤器将血液中的有毒物质滤除,保留人体所需蛋白并重新输入患者体内。从临床使用情况看,该方法不仅可以进行连续治疗,还大大节约了医疗成本。一般来说,MARS系统可以用在强化护理站和透析中心。
众所周知,当病人肝脏衰竭时,如不能得到及时治疗或肝脏移植,情况就非常危险。目前,几乎世界各国的器官库都不能及时地提供肝脏。慢性肝炎、病毒性肝炎或因酒精中毒引起的肝炎在世界上是一种常见病,呈日益增多的趋势。人造肝脏用于抢救那些病情危急(如肝坏死),但一时又找不到合适移植器官的患者的一种应急措施,只作为一种危急状态时的外用辅助装置。20世纪90年代初期,美国的洛杉矶塞达尔·西奈尔医疗中心使用了人造肝脏。使用人造肝脏时,先将血液自患者体内引出,流入一部分可以将固体细胞和液体血浆分离的装置,随后血浆流入人造肝脏,经过滤后再同血液细胞混合返回人体。这种技术的使用,避免了人类血液细胞与猪血液细胞的互相排斥。
人造血液
人造血液是替代人的血液的各种人造物的总称,包括运输氧的红血球、止血的血小板和这种人造血含有人造血红蛋白清除病毒等异物的免疫抗体(球蛋白)。
据《日本经济新闻》日前报道,美国科学家从数十年前就开始研究开发人造血液,最近美国伊利诺伊大学科学家设立的一家风险企业结束了人造红血球的临床试验,已向美国食品和药物管理局(FDA)提出了制造申请。这家企业开发的人造红血球是由多个运输血液的蛋白质——血红蛋白结合起来构成的。除此之外,还有数家美国风险企业以及南非和俄罗斯的企业也都在进行人造血液临床试验,研究开发竞争十分激烈。
日本早稻田大学也开发了人造红血球。它与美国的不同之外是把血红蛋白封入脂质膜里以增加它的体积。人造红血球直径约为150纳米,这既不堵塞毛细血管,也不会进入血管的孔隙。指质膜表面附着一层亲水的高分子,以防止在血液里发生凝固现象,因此它可以很好地运输氧气。迄今为止,使用老鼠进行的试验已确认了它的有效性和安全性。
人造皮肤
皮肤不仅能使人不受到污物或细菌的侵袭,也能保持人体内的水分不致逃逸。当大面积的皮肤受到严重的烧伤或损害,医生必须立即输入液体并保护伤口。如果仅是皮肤的浅层受损,新的皮肤会再生。如果病人受到了严重的烧伤,皮肤就不能靠自己修复,通常须将身体其他部位的表层皮肤移植到伤口上,人工皮肤用于为移植的皮肤提供基层。人工皮肤由多聚物(一种长链分子)结合其他化学物硅酮膜可用于人造皮肤质——包括从鲨鱼软骨中提取的物质,制造而成。扬尼斯·扬尼斯第一个用人造皮肤治疗三度烧伤。
今天,人造皮肤用于皮肤移植的第一期治疗。人造皮肤保护伤口免受感染,并促进结缔组织的生长。人体的免疫系统会逐渐分解多聚物,一旦病人自己的表层皮肤被移植上以后,伤口会很快愈合。
人造膀胱
膀胱是人体的一个重要器官,它是一个含有弹性的液囊,可以储存由肾脏产生的尿液。膀胱一旦因疾病或生理障碍而受损伤的话,很可能会有生命危险。一般的办法是进行外科手术摘掉已经受损的部分,然后用新的组织取代它,比如,可以用别人捐献的肾组织对它进行修补,使它的功能得到恢复。但是,由于捐献的肾脏组织非常宝贵而且处于供不应求的状态。因此,科学家们试图用人造膀胱来挽救有膀胱疾病和膀胱缺损者的生命。
最近,美国科学家研制出了一种人造膀胱,可以用来代替患有疾病或生理缺陷的膀胱。这种人造膀胱已经在动物身上成功地进行了移植试验,更为令人兴奋的是,这种人造膀胱是在培养皿中生长出来的,而不是用化学的方法制造的。
那么,培养皿中怎样长出人造膀胱来呢?方法是这样的:首先,从6只小猎犬身上取下一平方厘米的膀胱组织片。这样做的目的是为将来进行临床治疗时做准备,即使在一个膀胱有毛病的病人身上也可以比较容易地得到这么一小块组织。然后,将其中的两种细胞,即肌肉细胞和类似皮肤的皮膜组织细胞分离开,并放在培养皿中培养6个星期。最后,在一个可生物降解的中空薄壁膀胱状的聚合物内侧涂上皮膜细胞,外侧涂上肌肉细胞,再放在培养皿中培养一个星期,于是,一个人造膀胱就生产出来了。
将这种人造膀胱在狗身上进行试验,结果发现,它可以代替狗的原生膀胱,在手术后11个月内其功能相当于原来膀胱的95%,而且具有正常的内压。这对于狗的健康很重要,因为不正常的膀胱内压会使膀胱和肾脏受损。
培养皿中生长出来的人造膀胱具有非常广阔的应用前景。这种方法既减少了病人对捐献者的依赖,还可以大大降低治疗的成本,并且其功能也几乎与原生膀胱相同,医学界认为这是一个有意义的突破。
人造骨头
骨头碎了不能再长好,怎么办?现在医学上已经能够采用替代骨头了,主要是用不锈钢制造的人工骨头。虽然这种不锈钢骨头也能够起到骨头的支撑作用,而且比骨头还要坚硬,但钢铁毕竟是钢铁,无法像人体的骨头那样自然生长、自然连接,它需要髓内钉、钢板、螺丝钉等金属异物作固定材料存留在人体骨腔内,会对人体造成很大的损伤,手术中和手术后也容易发生髓钉嵌顿、骨骼劈裂、骨骼感染等并发症。
能不能发明新的人造骨头呢?美国科学家开发出了一种新型人造骨头,主要由矿物质网络组成,能很好地与动物骨骼实现啮合。这种材料由羟基磷灰石衍生而来,能增强骨骼和牙齿的硬度。科学家通过将羟基磷灰石晶体转换成骨基质的方法,把它嵌入到有机材料中去。通过实践,科学家摸清了有机磷灰石与有机材料物质间所产生的相互影响关系,并以全新的概念发明了人造骨材料的制备,用于修复因意外或先天性缺陷以及因疾病而致残的人类骨骼。
这种新材料可以按照实际的需要做成各种各样的形状,并且能够掺入各种组织内。例如,外科医生可以用有机磷灰石材料先做成一种软膏状植入体,在植入受伤部位后再使其变硬,或者在骨植入表面涂层,以增加人体对植入物体的接受能力和啮合力。
科学家用狗做了一个试验。对成年狗进行人工造腿骨移植手术后,大约静养12周的时间,不仅骨骼生长顺畅,而且还得到了良好的修复。用电子显微镜成像观察后发现,在狗腿骨的人造骨和自然骨交接面的一侧,均长有相同的结晶组织,这是由于骨细胞侵入磷灰石中引发了自然骨的再生,从而创造了人造骨与自然骨的完美啮合。这种新型人造骨还有一个优点,就是有机磷灰石混合物可以同时与其他药物合并进行使用,如可掺入抗生素、消炎药、化疗剂或生长因子,这样能有效地刺激骨骼的愈合及其组织的修复。
人造骨正在处于不断完善的过程中,总有一天,人们会发明与自然骨毫无区别的人造骨来。
人造关节
人是由骨骼支撑起来的,每个人的骨骼由一百多块骨头组成。那么,这些支撑人体的骨头是怎么连接起来的并能活动呢?这就要依靠关节了。人体在活动时,连接骨与骨的关节也会随着肌肉的收缩而相应地活动。
关节不是坚硬的骨头,而是一种软骨,这种关节软骨很弱,如果用它来做磨损试验,用不了多久就会把它全部磨损掉了。人体内的软骨能够不被很快损耗,是因为关节有一种特殊的润滑机构,要是这个机构功能衰退,软骨就会与其他的硬肌相磨擦,这时候人就会感到关节特别疼,长久下去,软骨会被磨损完,人也就不能活动了。一旦出现这种情况,惟一的办法是求助于人造关节了。
人造关节的制造工艺要求很高。现在的制造材料是由高达400万超高分子量的高密度聚乙烯、精密陶瓷、钛合金等组合而成的特殊材料。关节的尺寸要求在1微米以下的精度,这种要求是非常苛刻的,所以并不是每个国家都有能力制造人造关节。
理论上讲,人造关节的使用寿命可以达到50年,但是,从医学工程学的角度来看,这么久的使用寿命是很难达到的。实际上,不少人更换人造关节15年以后,关节与骨骼的连接界面就已经松动,这会引起疼痛,使人行走发生困难。这时候如果还想再换一个人造关节的话,就得进行骨移植手术,而这种手术难度很大,又不能反复进行多次,所以人造关节的使用很不理想。
如果一个不到45岁的人换了人造关节,那么他不到60岁就得再次失去活动能力,这是非常痛苦的。虽然现在人造关节已经采用了最先进的制作技术,但也不能永久使用。
目前,人们正在开发一种含水性高分子材料——聚乙烯醇氢化胶质体。这种材料与软骨相似,具有良好的润滑性,通过多孔质弹性体将它固定在骨关节上,使其发挥关节的功能。这是正在开发的新一代表面更换型人造关节。但是,这个设想还未变成现实,使用永久性的人造关节还有一段路要走。
仿生假手
当一个人的手臂断了的时候,如果无法进行再植,惟一的办法就是安装一个假手。但是,现在的假手有很大的局限:它们没有灵敏的手指,对压力不能做出相应的反应。这样一个假手安装在人身上,患者无法得心应用。那么,现在能不能做出更好的假手呢?
英国医学家研制出了仿生假手,这种手可以完成真手85%的功能,真可谓以假乱真了。这种仿生假手由患者脖子上的肌肉收缩控制。假手的人造皮肤下共有30个内置微型传感器。每只假手和真手一样,有5个手指头,每个手指头上各有6个传感器,按每隔2毫米的距离排列起来。
除此之外,科研人员还在研制一种神经合成器,一旦研制成功了,仿生假手恐怕不仅仅是以假乱真,说不定还达到了栩栩如生的地步。只要主人想干的事情,仿生假手就会和真手一样,利索干净地完成任务。
人手有着极其复杂的结构,一个大拇指就可以做出最复杂的动作来。当人的真手捡起一个小物件时,其皮下成千上万的神经末梢就会源源不断地把各种各样的信息反馈给人的大脑,让大脑作出判断,再给手传达新的信息指令,从而使人手能随时地调整,以适应要捡的小物件的特征,最终把它给捡起来。
可是,看似十分轻松随意的动作却让假手无能为力。因此,仿生学假手的一个重要组成部分就是英国科研小组研制出来的能够对压力做出像真手神经末梢那样反应的微型传感器。这种微型传感器将成为覆盖假手表面的人造皮肤的一个重要组成部分。
仿生假手可以根据人造皮肤表面受到不同的压力通过传感器做出反应。此外,假手的抓力还可以根据不同的使用者而异,每个假手手指都有自己的压力点,因而不会出现其中一个手指碰到了物体,其他手指动作不得不全部停止的尴尬局面。