IN DEM KINOFILM Robo­Cop verwandeln Wissenschaftler einen schwerverletzten Polizeibeamten in einen Cyborg – ein halb menschliches, halb mechanisches Wesen. Ist so etwas vielleicht tatsächlich bald möglich?

Zwar wurde außerhalb von Hollywood noch nicht damit begonnen, solche Maschinenmenschen zu produzieren – aber die Idee ist aus dem Science-Fiction-Bereich deutlicher in den Fokus der Wissenschaft gerückt. Ärzte ersetzen heute amputierte Glied­maßen durch Roboter-Prothesen, tauschen Organe aus, stellen das Gehör teilweise wieder her und ver­leihen neues Sehvermögen. Wir stellen Ihnen hier einige erstaunliche Fortschritte vor, die schon jetzt vielen Menschen ein besseres Leben bescheren. Und solche, mit denen wir in nicht allzu ferner Zukunft rechnen dürfen.

Ein neues Gesicht

Das Annähen unzähliger winziger Blutgefäße, Nerven und Muskeln sowie der Anspruch, ein kosmetisch ansprechendes Ergebnis zu erzielen – all das macht Gesichtstransplantationen zu den schwierigsten chirurgischen Eingriffen. Mitte 2013 erlitt ein Mann namens Grzegorz bei der Arbeit eine schwere Verletzung. Eine Steinschneidemaschine riss sein ganzes Gesicht sowie Teile von Hals, Kiefer- und Wangenknochen ab. Danach konnte er weder selbstständig atmen noch essen. Dr. Adam Maciejewski, Transplantationschef am Maria Sklodowska-Curie Memorial Krebszentrum in Polen, stand an der Spitze des Chirurgenteams, das Grzegorz ein neues Gesicht schenkte.

In einer 27-stündigen Marathon-Operation entnahmen die Ärzte zunächst einem verstorbenen Spender das nötige Transplantat und machten sich dann daran, dem Pa­tienten Knochen, Muskeln, Mund- und Nasenhöhlen, Nerven und Blut­gefäße, Haut und Unterhautfettgewebe anzunähen. Eine vollständige Genesung von einem solchen Eingriff ist ein langer Prozess; ein ganzes Jahr später berichtete Dr. Maciejewski, dass es Grzegorz gut geht. „Er kann essen, trinken und ganz normal sprechen.“ Seit der ersten erfolgreichen Gesichtstransplantation in Frankreich vor knapp zehn Jahren sind weltweit nur etwa zwei Dutzend solcher Operationen durchgeführt worden. In den kommenden Jahren, meint Dr. Maciejewski, werden sie auf der ganzen Welt zu Routineeingriffen werden.

Gesteuerte Prothesen

Die heute erhältlichen Beinprothesen geben ihren Trägern viel mehr Bewegungsmöglichkeiten als die einfachen Modelle, die bisher üblich waren. Wer sie sich leisten kann, wird mit ihnen wandern, schwimmen, bergsteigen und vieles mehr können. Magnus Oddsson arbeitet als Ingenieur bei dem isländischen Unternehmen Össur, das die „Cheetah“-Beine aus Karbonfasern entwickelt hat, die beispielsweise von Sportlern bei den Paralympics genutzt werden. Er sagt, für Prothesen der unteren Extremitäten beginnt gerade die Phase der Bioelektronik: steuerbare Prothesen mit Sensoren und Mikroprozessoren. Bei Prothesen der oberen Extremitäten ist diese Technik bereits weit fortgeschritten. Der Unfallchirurg Albert Chi, ärztlicher Leiter des Johns-Hopkins-Programms zur gezielten Reinnervation von Muskeln, glaubt, dass in nicht allzu ferner Zukunft künstliche Gliedmaßen kaum noch von natürlichen unterscheidbar sein werden.

Er arbeitet daran, Amputierten mehr Bewegungsoptionen zu ermöglichen, indem er Nerven, die früher zum Arm führten, zu anderen Muskelregionen umleitet. Von dort aus können diese Nerven dann über winzige Elektroden auf der Hautoberfläche mit den Prothesen kommunizieren. Das Ergebnis ist ein gedankengesteuerter bionischer Arm. Er funktioniert mit denselben Gehirnsignalen, die früher den jetzt fehlenden Arm dazu angeleitet haben, zuzugreifen oder sich zu drehen. Für den Nutzer fühlt sich die Prothese fast so an wie der eigene Arm.

Allerdings leisten unsere Nerven mehr, als nur Hirnsignale weiterzuleiten, damit wir uns bewegen können. Mit ihrer Hilfe fühlen wir auch, weil sie auf Reize von außen reagieren – auf Hitze oder Kälte beispielsweise. Kann ein bionischer Arm fühlen? Dr. Chis Patient Johnny Matheny (59) hat durch eine Krebserkrankung einen Großteil seines linken Arms verloren. Aber wenn er den vom Labor für angewandte Physik an der Johns- Hopkins-Universität entwickelten gedankengesteuerten Roboterarm benutzt, kann er an jedem einzelnen Finger fühlen, wenn er berührt wird.

Matheny kann spüren, ob er harte oder weiche Gegenstände anfasst, seine bionische Hand kann sogar heiß und kalt unterscheiden. Den vielleicht wunderbarsten Augenblick erlebte Matheny, als seine Frau seine bionische Hand hielt. Diese Berührung fühlte sich beinahe so an wie fünf Jahre zuvor, als sie zum letzten Mal seine natürliche Hand gehalten hatte. Aber nicht nur Amputierte profitieren von der Robotertechnik. Menschen mit Lähmungen, Rückenmarksverletzungen oder neurologischen Erkrankungen können Roboterelemente angepasst werden, die sie als sogenanntes Exoskelett tragen. Diese Hilfs-Gliedmaßen sind eine Art „Metallanzug, den man am Körper festschnallt“, erläutert Arun Jayaraman, der sich am Rehabilitationsinstitut von Chicago mit diesen Ge­räten beschäftigt.

Mehrere Modelle sind bereits auf dem Markt. Sie haben eine Reihe von Sensoren, die vom Anwender beabsichtigte Bewegungen erkennen. So könnte zum Beispiel eine Beugung nach vorne links das Exoskelett dazu veranlassen, mit dem linken Bein einen Schritt vorwärts zu tun. Com­puter und Batterie sind in einem Rucksack untergebracht, sie dienen als Schaltzentrale und Energielieferant. Und ein neues, von Honda entwickeltes leichteres Exoskelett lässt sich sogar per Smartphone-App steuern.

Bionisches Auge

Als junger Mann musste Dr. Mark Humayun miterleben, wie seine Großmutter ihr Augenlicht verlor und im Alltag immer schwerer zurechtkam. Der heutige Professor für biotechnisches Ingenieurwesen an der Universität von Südkalifornien hat nun eine künstliche Netzhaut, ein „bionisches Auge“ entwickelt.

Eine kleine Kamera, die an einer Brille installiert ist, nimmt das Geschehen im Gesichtsfeld ihres Trägers auf. Die Bilder werden dann drahtlos an ein winziges, operativ auf der Retina angebrachtes Gerät weitergeleitet. „Das Implantat konvertiert die Infor­mation der Kamera in elektrische Impulse – als Starthilfe für das blinde Auge“, erläutert Dr. Humayun. So entstehen Bilder von geringer Auflösung, wie in einem unscharfen Video.

Anfangs konnte das bionische Auge nur Bilder in Schwarz-Weiß über­tragen, aber dank einer Verbesserung der Software können Menschen mit solchen Implantaten heute bis zu neun Farben unterscheiden. „Mit jeder Verfeinerung dieser Technologie ermöglichen wir den Patienten ein zunehmend besseres Sehen“, sagt Dr. Humayun. In Europa wurde das bionische Auge 2011 zugelassen. Es funktioniert allerdings nur bei Menschen, deren Sehbehinderung auf dem Ausfall der lichtverarbeitenden Zellen beruht, so zum Beispiel bei Retinitis pigmentosa oder bei Makuladegeneration. Aber eines Tages ist es vielleicht auch möglich, ein solches Gerät direkt mit dem Hirnareal zu verbinden, das die Sehimpulse verarbeitet. So könnte man auch Menschen, die aus anderen Gründen nicht sehen können, zu neuem Sehvermögen verhelfen.

Organe aus dem Drucker

Allein in Europa warten rund 56 000 Menschen auf ein passendes Organ für eine Transplantation. Da längst nicht genug Spenderorgane zur Verfügung stehen, könnte eine neuartige Bioengineering-Technik Leben retten: Sie stellt mithilfe der 3-D-Drucktechnologie neue Körperteile her.

„Wir haben Tintenstrahldrucker so umgerüstet, dass sie mehrere Lagen drucken – Schicht um Schicht“, sagt Dr. Anthony Atala, Direktor des Wake Forest Instituts für Regenerative Medizin im US-Bundesstaat North Carolina. Als „Tinte“ können die Drucker organische Materialien, Mineralien, synthetische Substanzen oder eine Kombination daraus verwenden.

Dr. Atalas Team hat zum Beispiel mit Kollagen als „Tinte“ Hohlkörper von der Form und Größe einer menschlichen Harnblase produziert. Auf diesem Gerüst werden dann die eigenen Zellen des Patienten angesiedelt. „Zur Gewinnung der Zellen entnehmen wir beim Patienten ein sehr kleines Stück [gesundes Blasen-]Gewebe“, erklärt Dr. Atala.

Diese Zellen kultiviert man dann, bis genug vorhanden sind, um das Gerüst zu ummanteln. Anschließend „reift“ die künstlich hergestellte Blase in einem Gerät, das die Bedingungen des menschlichen Körpers nachahmt. Die Zellen vermehren sich sechs bis acht Wochen lang, dann liegt ein voll funktionsfähiges, transplantierbares Organ vor.

Mehrere junge Menschen mit Blasenversagen leben heute mit Dr. Atalas im Labor hergestellten Organen. Sein Team hat auch bereits erfolgreich andere flächige oder zylindrische Körperteile mit 3-D-Druckern gedruckt und anschließend transplantiert. Massive Organe im Labor zu drucken ist bis auf Jahre hinaus allerdings nicht durchführbar, weil sie zu komplex sind. Aber wenn Sie irgendwann in ferner Zukunft ein Herz brauchen, eine Niere, Lunge, Leber oder Bauchspeicheldrüse, dann wird man Ihr Organ vielleicht auf diese Weise herstellen. Ihr Immunsystem wird dann auch wahrscheinlich nicht versuchen, es abzustoßen.

Bioelektronik und Bioengineering stecken noch in den Kinderschuhen. Aber je mehr Medizin und Technologie verschmelzen, umso mehr gleichen ihre Ergebnisse dem, was wir noch vor Kurzem als Science-Fiction abgetan hätten.

9
Hat Ihnen dieser Beitrag gefallen?Dann erhöhen Sie hier seine Punktzahl!

Am Beliebtesten in Wissenschaft...

  1. Unser wunderbarer Körper
  2. Was uns GLÜCKLICH macht
  3. Der richtige Handwerker

Mehr Artikel & Interviews

Kommentar abgeben

Name*
Email*
Kommentar*
Der Verlag behält sich vor, Kommentare (ggf. gekürzt) auch in der Zeitschrift "Reader's Digest" zu veröffentlichen.
Mehr spannende Reportagen und Geschichten mit dem Menschen im Mittelpunkt?
Abonnieren Sie jetzt Reader's Digest, das Magazin!