Terveys | 06.10.2014

Varaosa korjaa kehoa

Kehon kulumia ja vaurioita voidaan korjata jo kymmenin erilaisin varaosin. Jopa aivoihin on liitetty laitteita, jotka auttavat esimerkiksi Parkinsonin taudin hoidossa. Uusia mahdollisuuksia haetaan myös niin sanotuista biomateriaaleista, jotka kasvavat osaksi elävää kudosta.

Apinoilla ja ihmisillä on tehty kokeita, joissa nämä ovat liikutelleet robottikättä pelkän ajatuksen voimalla. Tavoitteena on kehittää raajan menettäneille potilaille luonnollisen kaltaisia tekoraajoja.

Kokeissa on käytetty aivoihin kiinnitettyjä antureita, mutta tutkijat kehittävät helppokäyttöisempää, aivoaaltoja lukevaa kypärää. Aivojen ja hermoston toimintaa ohjaavat ja seuraavat laitteet ovat lääketieteen tulevaisuutta.

Ompelulankaa ja puuvarpaita

Elimistöä on korjailtu erilaisin varaosin jo kauan: haavoja ommeltiin tuhansia vuosia sitten, ja 2 300 vuotta vanhan egyptiläisen muumion puinen isovarvas on vanhin tunnettu proteesi. Todennäköisesti puisia jalka- ja muita proteeseja on käytetty jo kauan tätä ennen.

– Nykyiset ompelulangat ovat biologisesti hajoavaa materiaalia ja ne sulavat osaksi kudosta. Yhä suurempi osa vamma- ja leikkaushaavoista ommellaan tällaisilla langoilla. Myös luihin asennettavat ruuvit ja levyt ovat yhä useammin biohajoavaa mallia, kertoo professori Heimo Ylänen Tampereen teknillisen yliopiston biolääketieteen tekniikan laitokselta.

Biologiset materiaalit ovat keinotekoisia tai luonnon omia aineita, joiden avulla voidaan valmistaa, korjata tai hoitaa elävää kudosta. Biomateriaali on vuorovaikutuksessa solujen ja kudosten kanssa, toisin kuin vaikkapa teräs tai titaani.

– Biologiset muovit ja keraamiset aineet sekä näiden yhdistelmät soveltuvat luiden ja muiden kudosten korjaamiseen. Myös niin sanottua bioaktiivista lasia voidaan käyttää puuttuvan tai rikkoutuneen luun paikalle, ja potilaan oma luu kasvaa sen tilalle. Näin selvitään yhdellä leikkauksella, Ylänen mainitsee.

Biolasi keksittiin jo 30 vuotta sitten, mutta sitä kehitetään edelleen. Suunnitteilla on entistä vankempia varaosia: esimerkiksi vioittuneen selkänikaman korvaaminen bioaktiivisella keraamilla toisi apua miljoonille selkävaivaisille.

– Kehitteillä on myös biomateriaaleihin perustuvia laitteita, jotka seuraisivat elimistön toimintaa ja varoittaisivat uhkaavista sairauksista. Ne voisivat myös seurata vaikkapa diabeetikon verensokeria ja annostella insuliinia automaattisesti verenkiertoon.

Jo nyt biomateriaaleja käytetään lääkeannostelussa. On esimerkiksi luiden korjauksessa käytettäviä hajoavia ruuveja ja levyjä, jotka luovuttavat antibioottia tai muuta lääkettä.

Yksi laitesovellus on myös niin sanottu etälääketiede. Raportit ja diagnoosit siirtyvät paikasta toiseen digitaalisesti, jolloin hoitava lääkäri voi olla muualla kuin potilas.

Kuulo kuntoon proteesilla

Ensimmäiset aivoihin ja hermostoon liitetyt niin sanotut neuroproteesit rakennettiin jo 1950-luvulla kuulovammaisten avuksi. Yleisin neuroproteesi on nykyäänkin kuulovammojen hoidossa käytettävä minikokoinen laite: korvan taakse asennetaan ääniprosessori, ja sen tuottamat sähköärsykkeet johdetaan sisäkorvaan. Näitä sisäkorvaimplantteja on asennettu maailmassa jo 200 000 ihmiselle.

– Laite tuottaa melko karkeajakoisia sähköärsytyssarjoja, mutta useimpien potilaiden aivot oppivat käyttämään niitä hyväkseen lähes aidon kuuloaistimuksen tavoin.

Apuna tarvitaan kuntoutusta, jotta proteesin koko hyöty saadaan käyttöön, kertoo HUS:ssa toimivan BioMag-tutkimuslaboratorion johtaja Jyrki Mäkelä.

Näkövammojen korjaamiseen on kehitteillä verkkokalvon korvaavia laitteita, mutta niitä saadaan odottaa vielä useita vuosia. Lisäksi on kokeiltu kameran kytkemistä tietokoneen kautta suoraan näköaivokuorelle, toistaiseksi vaatimattomin tuloksin.

Hyvinkin erikoisia ratkaisuja on kehitetty, kuten kameran tuottamien signaalien syöttäminen suussa pidettävälle sirulle, joka antaa ärsykkeitä kielen pintaan. Kokeissa on havaittu, että potilas voi oppia erottamaan hahmoja ja valaistuseroja, vaikka kielellä ei ole normaalisti mitään tekemistä näön kanssa.

Kuvittelu ohjaa raajaa

Keinotekoisten raajojen ohjaamiseksi on kehitteillä alle neliösenttimetrin kokoisia antureita, joilla mitataan liikkeitä ohjaavien alueiden toimintaa aivoissa.

– Koska liikkeen ajattelu aiheuttaa samantyyppistä toimintaa aivoissa kuin itse liikekin, proteesiraajaa voi ohjata kuvittelemalla, mikäli kuvittelun synnyttämä aivosignaali pystytään tarkasti mittaamaan. Tavoitteena on rakentaa niin pieni tietokone, että se voitaisiin asentaa ihon alle. Tulevaisuudessa pystytään rakentamaan robottilaitteita, joita ihminen käyttää kuin tavallista raajaa, Mäkelä kertoo.

Myös aivojen syviin osiin voidaan asentaa antureita ja tahdistimia.
Parkinsonin tautia sairastavat potilaat ovat saaneet tahdistimista apua tapauksissa, joissa lääkkeillä ei ole ollut riittävää tehoa.

– Viimeksi kuluneiden 15 vuoden aikana jo 75 000 potilaalle on asennettu aivojen syvien osien neurostimulaattori.
Hoidon tarkkaa vaikutustapaa ei ymmärretä, mutta sen teho on osoitettu lukuisissa seurantatutkimuksissa.

Samalla laitteella voidaan hoitaa joissakin tapauksissa myös pakko-oireita ja vakavaa masennusta. Lisää sovelluksia etsitään innokkaasti.

Kipuakin voidaan hoitaa sähköisillä ärsykkeillä: selkäytimen stimulaatiota käytetään lievittämään pitkäkestoista hermostoperäistä kipua, johon lääkkeet eivät ole tepsineet. Noin puolet potilaista hyötyy laitteesta.

– Tehosta on näyttöä monimuotoisen alueellisen kipuoireyhtymän ja leikkauksen jälkeisen selkäkivun hoidossa. Maailmassa yli 100 000 potilaalle on asennettu tällainen laite.

Jyrki Mäkelä mainitsee, että sähköärsykkeillä voi olla myös haittavaikutuksia. Esimerkiksi aivojen syvien osien stimulaatio voi paitsi lievittää Parkinsonin taudin oireita, myös aiheuttaa puhehäiriöitä, kaksoiskuvia, puutumisoireita tai mielialamuutoksia.

Lisää tietoa:

Vaativaa tekniikkaa

Verisuonia, silmän sarveiskalvoa, sydämen osia ja kokonaisia tekosydämiä, niveliä, luita, hampaita, silikonista valmistettuja lisäosia, ihokudosta… Ihmisen varaosien lista on pitkä ja kasvaa koko ajan. Tulevaisuudessa elimiä voidaan viljellä ihmisen kantasoluista, jolloin elinsiirtojen tarve vähenee.

Mekaaninen keinosydän vaatii pienen matkalaukun kokoisen ohjausyksikön, joka kulkee käyttäjän mukana. Monimutkaisimpia elimiä ei ainakaan vielä pystytä rakentamaan niin pienikokoisiksi, että ne mahtuisivat kehon sisään. Esimerkiksi keinomunuainen on vastaisuudessakin erillinen laite, joka kytketään verenkiertoon. Keinotekoisen maksan rakentaminen ei nykytiedolla ole lainkaan mahdollista.

Varaosissa käytetään metalleja, keraamisia aineita ja muoveja sekä näiden eri yhdistelmiä eli komposiitteja. Osan kiinnittyminen ja kestävyys ovat isoja haasteita: keho ei saa hylkiä vierasta esinettä, ja osan täytyy kestää muuttumattomana koko eliniän. Näin ei aina tapahdu, ja uusintaleikkauksia tarvitaan pahimmassa tapauksessa useitakin.

Kun kyseessä on kehoon sulautuva biomateriaali, esimerkiksi kiinnitysruuvi, liukenemisnopeus riippuu materiaalin kemiallisesta koostumuksesta. Liukeneminen voidaan säätää tarkasti käyttökohteen ja –tarkoituksen mukaan.

Missä ihmisen ja koneen raja?

New Scientist -tiedelehdessä on pohdittu muutoksia ja haasteita, joita uusien varaosien kehittäminen aiheuttaa. Kun ihmiseen asennetaan yhä monimutkaisempaa tekniikkaa, hämärtyykö ihmisen ja koneen välinen raja? Tuleeko laitteista ihmisen jatke vai päinvastoin?

Tulevaisuustutkija Ray Kurzweil ennustaa, että 30 vuoden kuluttua aivojen lisälaitteet mahdollistavat ajatuksensiirron sekä tietojen tallentamisen aivoihin suoraan tietokoneelta. Kun jokin elin rappeutuu, tilalle asennetaan mekaaninen varaosa. Artikkelissa kysytään, muuttuuko ihmisyys, kun tietämisen eteen ei enää tarvitsisi ponnistella ja elämä voisi jatkua periaatteessa loputtomiin. Ehkä luonteenpiirteitäkin voisi muokata mielin määrin?

Artikkelin kirjoittanut toimittaja Graham Lawton arvelee, että jatkossakin ihmisen varaosia otetaan käyttöön sikäli kuin niistä on hyötyä sairauksien hoidossa. Myös terveet ihmiset saattavat haluta niitä, jos ne esimerkiksi parantavat aivojen toimintaa.

Lawton huomauttaa, että jo nyt elämme aikaa, joka esi-isiemme mielestä vaikuttaisi tieteistarinalta. Esimerkiksi sydämentahdistimet ovat arkipäivää. Moni vastusti ehkäisypillereitä, kun ne tulivat myyntiin, mutta nyt niillä on laaja hyväksyntä. Aivojen toimintaan vaikutetaan jo nyt muun muassa lääkkeillä.

Artikkelissa haastateltu bioetiikan tutkija James Hughes Hartfordin Trinity Collegesta muistuttaa, että kaikki teknologiat auttavat ihmisiä ylittämään luonnon antamat olosuhteet.

– Maanviljelys, vesihuolto, julkinen liikenne, vaatteet: tekevätkö ne meistä vähemmän inhimillisiä? Vai tuovatko ne ihmisenä olemiseen uusia haasteita ja mahdollisuuksia?

Lähde: The new incredibles: enhanced humans. Graham Lawton, New Scientist issue 2551, 2006

Tekonivel parantaa elämänlaatua

Nivelrikko on etenevä sairaus, joka tuhoaa etenkin lonkan ja polven nivelpintoja. Riittävän pitkälle edenneessä sairaudessa tarvitaan leikkauksia, joissa nivelpinnat korvataan metalleista, muoveista tai keraameista valmistetuilla tekonivelillä. Tutkimusten mukaan leikkaukset parantavat selvästi elämänlaatua poistamalla kipua ja parantamalla toimintakykyä.

Suomen Nivelyhdistyksen mukaan lievää tai vakavaa nivelrikkoa sairastaa Suomessa noin miljoona ihmistä. Heistä noin 400 000 kärsii polven ja lonkan nivelrikosta, ja 250 000:lla selviytyminen päivittäisistä toiminnoista on vaikeutunut.

Teksti Ilpo Salonen

Asiantuntijoina professori Heimo Ylänen, Tampereen teknillisen yliopiston biolääketieteen tekniikan laitos sekä BioMag-tutkimuslaboratorion johtaja Jyrki Mäkelä, HUS

Julkaistu Terveydeksi 3/2010