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    Könnten wir ein synthetisches Verdauungssystem für Vision bauen, um ihn menschlicher zu machen?
    Vor 19 Tagen und 20 Stunden

    Außerdem: Fünf Avengers dienen als Fallstudien, um über den Alterungsverlauf von Superhelden nachzudenken
    Die Leute in den Marvel Studios sind nicht die einzigen, die sich gerne vorstellen, was wäre, wenn...? Inspiriert von Marvels Vision überprüften zwei Wissenschaftler den aktuellen Stand der Soft-Robotik, um festzustellen, ob es möglich wäre, ein künstliches Verdauungssystem für das Synthezo

    Es bleibt selten Zeit, über jede coole wissenschaftliche Geschichte zu schreiben, die uns in den Weg kommt. Deshalb veranstalten wir auch dieses Jahr vom 25. Dezember bis zum 5. Januar jeden Tag eine spezielle Reihe von Beiträgen zu den Zwölf-Tagen-Weihnachten, die eine wissenschaftliche Geschichte hervorheben, die im Jahr 2020 durch die Löcher gefallen ist. Heute: Wie man ein synthetisches Verdauungssystem baut für Marvels Vision. Bonus: Bewertung des Gesundheitszustands von fünf Avengers, um festzustellen, wie sich ihre Gesundheit mit zunehmendem Alter entwickelt.

    Hey, forschende Köpfe müssen es wissen! Es ist nicht nur eine lustige Übung in einer positiveren Form des Nerd-Vergasens. Die Autoren weisen darauf hin, dass die Menschheit im Allgemeinen von Fortschritten in solchen Systemen profitieren würde, mit Anwendungen beim Organersatz und klinischen Behandlungen für Patienten mit chronischen Verdauungsproblemen.

    Weiterführende Literatur

    Versuchen Sie das nicht zu Hause: George's Marvelous Medicine ist ziemlich giftig

    Nicht zu übertreffen, haben Forscher der University of Queensland in Brisbane, Australien, eine Veröffentlichung in . veröffentlicht die spezielle Weihnachtsausgabe des British Medical Journal (BMJ), in der die persönlichen Merkmale und das Gesundheitsverhalten von fünf von Marvels Avengers untersucht werden, um die Herausforderungen zu bewerten, denen diese außergewöhnliche Kohorte im Alter ausgesetzt sein könnte. Die Weihnachtsausgabe des BMJ ist in der Regel unbeschwerter, obwohl die Zeitschrift behauptet, dass die darin veröffentlichten Artikel immer noch "den gleichen hohen Standards an Neuheit, methodischer Strenge, Berichterstattungstransparenz und Lesbarkeit wie in der regulären Ausgabe entsprechen".

    Eine Vision einer künstlichen Verdauung

    (Einige Spoiler für Avengers: Age of Ultron und WandaVision unten.)

    Vision, as a synthezoid, frisst notorisch nicht. In Captain America: Civil War zum Beispiel versucht er, Wandas Lieblingsgericht Paprika zuzubereiten, und weist darauf hin, dass seine Kochkünste möglicherweise nicht dem Schnupftabak gewachsen sind, da er noch nie etwas gegessen hat. Dieser Punkt wird in der zweiten Episode von WandaVision wiederholt. Anstatt Energie aus einem Stoffwechselprozess zu beziehen, erhält Vision eine fast endlose Energiezufuhr aus dem Mind Stone in seiner Stirn.

    Aber bedeutet die Tatsache, dass Vision nicht isst, bedeutet dies, dass er es nicht kann? Dazu bräuchte er ein künstliches Verdauungssystem, so die Co-Autoren Falk J. Tauber (Universität Freiberg) und Barry W. Fitzgerald (Technische Universität Eindhoven). In der MCU wurde das Synthezoid mit Helen Chos Regenerationswiege in Avengers: Age of Ultron von 2015 aus Vibranium und dem künstlichen Gewebe Simulacra hergestellt. Dann wurde der Gedankenstein in seine Stirn gelegt, um das künstliche Gehirn von Vision mit Strom zu versorgen. Es gibt keine Szenen in den Marvel-Filmen (oder sogar in den Comics), die speziell ein Verdauungssystem enthüllen.

    Aber die Regenerationswiege gab Vision erfolgreich ein Gehirn, Augen und eine Zunge, also sollte die Technologie auch sein in der Lage, andere Organe zu bilden – wie Speiseröhre, Magen, Darm und Mastdarm – alles wesentliche Elemente des menschlichen Verdauungssystems. Die Autoren stellen auch fest, dass Vision in Avengers: Infinity War aufgespießt wird und starke Schmerzen erleidet (aber keinen Blutverlust). Vision muss also eine Art Nervensystem mit Schmerzrezeptoren haben. Aber möglicherweise fehlt ihm ein Kreislaufsystem, das im menschlichen Körper für die Verteilung von Nährstoffen an die Zellen entscheidend ist.

    Eine Szene aus emWandaVision/em, die eine zerlegte Vision in einem SWORD-Labor zeigt Vergrößern / Eine Szene aus WandaVision, die eine zerlegte Vision in einem S.W.O.R.D. laborMarvel Studios

    Wegen einer Regenerationskammer, Vibranium oder einem Mind Stone, suchten Tauber und Fitzgerald auf dem Gebiet der weichen Robotik nach möglichen Komponenten eines künstlichen Verdauungssystems. Ein guter Kandidat für eine künstliche Speiseröhre ist beispielsweise ein weiches peristaltisches Pumpsystem (bekannt unter dem Akronym SBPP), das 2017 von Tauber (damals Esser) und mehreren Kollegen entwickelt wurde System über Peristaltik: eine Reihe kreisförmiger Muskelkontraktionen, die sich entlang der röhrenförmigen Organe ausbreiten.

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    Die pneumatischen Kammern des SBPP sind in den röhrenförmigen Körper der inneren Leitungswand integriert, nach Tauber und Fitzgerald. Wenn sich diese Kammern ausdehnen, wird der Innendurchmesser verringert, ähnlich wie bei einer menschlichen Speiseröhre (oder einem Darm). So ist es möglich, eine künstliche peristaltische Kontraktionswelle zu erzeugen, die sich in einer Richtung entlang des weichen Roboterorgans ausbreitet. Die Umkehrung der Richtung dieser Kontraktionen würde es Vision ermöglichen, im Falle einer Lebensmittelvergiftung jegliche Nahrung oder Flüssigkeit zu erbrechen.

    Es wurden auch künstliche Mägen entwickelt. Als möglichen Kandidaten nennen die Autoren einen menschlichen Magensimulator aus dem Jahr 2015, zumal er darauf ausgelegt war, die Verdauung und den Transport von Nahrung nachzuahmen und zu untersuchen. Der Simulator besteht aus einer zylindrischen Latexkammer, deren Wände durch Rollen zusammengezogen werden können und die Aktivität der menschlichen Magenwand während der Verdauung nachahmen. Ein anderer künstlicher Magen (SoGut) verwendet eine Reihe von kreisförmigen Luftkammern, um Kontraktionen zu erzeugen. Die Kombination der beiden Technologien "könnte es Vision nicht erlauben, Schmetterlinge im Bauch zu spüren, aber es würde Vision sicherlich ermöglichen, [Nahrung] zu verarbeiten und chemisch zu verdauen", schreiben die Autoren.

    Für den Darm könnte es möglich sein mehrere SBPP-Systeme zusammenzufügen, obwohl "die Innenrohrgeometrie an die innere Struktur des Darms angepasst werden müsste", so Tauber und Fitzgerald. Alternativ könnte man das von Wissenschaftlern der Colorado University entwickelte Modulare Endoskopie-Simulationsgerät (MESA) für das Endoskopie-Training verwenden, das bereits eine faltenartige Innenrohrgeometrie hat.

    Wie bei der Simulation des Darmmikrobioms, organ-on -a-Chip-Mikrofluidik-Geräte sind in der Lage, die Bedingungen des menschlichen Verdauungstrakts nachzuahmen, "lebendes Gewebe und eine mikrobielle Flora auf nicht lebenden Materialien zu beherbergen, die für eine funktionierende künstliche Darmwand unerlässlich sind", schreiben die Autoren. Schließlich würde Vision ein künstliches Rektum benötigen, um Abfallprodukte zu vertreiben. Auch hier könnte das SBPP verwendet werden, diesmal als künstlicher Darmausgang, da es die Drücke simulieren kann, die für einen funktionierenden Schließmuskel erforderlich sind.

    Dies sind nur die grundlegendsten Komponenten; Das menschliche Verdauungssystem ist äußerst komplex. Man bräuchte ein Mikrofluidik-Netzwerk in den Darmwänden, um die Nährstoffaufnahme und den Nährstofftransport zu gewährleisten. Dies wiederum müsste an ein künstliches Blutkreislaufsystem angeschlossen werden, das Vision derzeit zu fehlen scheint. Was ist mit Verdauungssäften oder chemischen und mechanischen Rezeptoren und Sensoren, damit Vision Hunger verspüren könnte? Es ist auch nicht klar, ob ein künstliches Verdauungssystem ausreichend Energie für Visions grundlegende Körperfunktionen liefern würde, ganz zu schweigen von seinen Superheldenfähigkeiten.

    Selbst die oben beschriebenen weichen Roboterkomponenten sind zu groß, um in Visions Körper zu passen, und würden müssen miniaturisiert werden. Während wir also einen plausiblen Plan haben, um eines Tages ein voll funktionsfähiges künstliches Verdauungssystem für Vision zu bauen, haben wir diese Fähigkeit noch nicht.

    Er ist immer wütend, und das könnte führen zu Herzproblemen für den Hulk später im Leben.Vergrößern / Er ist immer wütend, und das könnte später im Leben zu Herzproblemen für den Hulk führen.Marvel Studios

    Superhelden-Gesundheitschecks

    Bereits im Oktober berichteten wir augenzwinkernd über die Gesundheitsrisiken in allen 25 James-Bond-Filmen: Infektionserreger während seiner weltweiten Reisen, deckt alles ab, von lebensmittelbedingten Krankheitserregern bis hin zu Zecken und Milben, Kater und Austrocknung durch all diese Martinis, Parasiten und unsicheren Sex. Im gleichen Sinne beschloss eine Gruppe australischer Forscher, den gesundheitlichen Nutzen und die Risiken der Avengers zu untersuchen. Die zugrunde liegende Annahme ist, dass alle Superhelden altern werden, mit einigen Ausnahmen – wie Thor, einem echten nordischen Gott, der seit Jahrtausenden lebt – und die Faktoren, die beeinflussen, ob ein gewöhnlicher Mensch im Alter gesund bleibt, gelten auch für sie.

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    Natürlich musste dazu alle 24 Marvel-Filme gesehen werden, die zwischen 2008 und 2021 veröffentlicht wurden, beginnend mit dem ursprünglichen Iron Man und endend mit Black Widow. Fünf spezifische Avengers wurden für die Studie ausgewählt – Iron Man, Hulk, Black Widow, Black Panther und Spider-Man – „weil sie bekannt sind, bemerkenswerte Eigenschaften aufweisen, ziemlich unterschiedlich sind und für die breitere Superheldenpopulation repräsentativ sind. in Bezug auf Alter, Geschlecht, ethnische Zugehörigkeit und Supermächte", schreiben die Autoren.

    Weiterführende Literatur

    Man lebt nur einmal: Epidemiologen analysieren Gesundheitsrisiken in allen James-Bond-Filmen

    Positiv ist, dass Superhelden dafür bekannt sind, regelmäßig und oft anstrengende körperliche Aktivitäten und Sport zu treiben, die für ein gesundes Altern von Vorteil sind. Andere positive Eigenschaften sind psychische Belastbarkeit, Zielstrebigkeit, ein "hohes Maß an sozialem Zusammenhalt und Verbundenheit" und eine "positive oder optimistische Denkweise".

    Nur einer der fünf raucht oder trinkt (Tony Stark /Iron Man) und Black Panther ist Vegetarier. Der Reichtum, die Intelligenz und die Bildung von Tony und T'Challa sind ebenfalls vorteilhafte Faktoren. Faktoren, die unseren Superhelden entgegenwirken, sind laute Geräusche (einschließlich interplanetarer Kollisionen und Explosionen), Luftverschmutzung und Verletzungen, die sie bei all diesen anstrengenden Aktivitäten zur Verbrechensbekämpfung erlitten haben.

    Peter Parker/Spider-Man ist der jüngste von die fünf, und während er in jungen Jahren verwaist ist, kann dies körperliche und emotionale Probleme verursachen, seine fürsorgliche Beziehung zu Tante May und die positiven männlichen Vorbilder, die er durch die Avengers (insbesondere Tony Stark) gefunden hat, würden dies mildern. Er hat eine spinnenartige Kraft, Flexibilität und Beweglichkeit, was sein Sturzrisiko im Alter verringert. Aber die ganze Nacht wach zu bleiben, um die Kriminalität in der Nachbarschaft zu bekämpfen, bedeutet, dass er wahrscheinlich nicht genug Schlaf bekommt, was sich mit zunehmendem Alter negativ auswirken könnte.

    Spider-Man (Tom Holland), alias Peter Parker, hat Spinnenbezogene Fähigkeiten, die beim gesunden Altern helfen sollten.Vergrößern / Spider-Man (Tom Holland), alias Peter Parker, hat spinnenbezogene Fähigkeiten, die Hilfe beim gesunden Altern.Marvel Studios

    Natasha Romanoff/Black Widow wurde als Kind verlassen und als Attentäterin und Spionin ausgebildet. Eine Kindheit voller Missbrauch, Vernachlässigung und ständiger Konflikte erhöht ihr Risiko für spätere körperliche und geistige Leiden. Sie wurde auch in jungen Jahren zwangssterilisiert und konnte daher Osteoporose und Herz-Kreislauf-Erkrankungen entwickeln, ganz zu schweigen von Demenz und Depression.

    Was Bruce Banner/Hulk betrifft – nun, er leidet wohl bereits an Tachykardie (dh , eine Herzfrequenz von 200 Schlägen pro Minute) jedes Mal, wenn er so wütend wird, dass er sich in den Big Green Guy verwandelt, also anfällig für Herzrhythmusstörungen ist. Dies erhöht sein Schlaganfall- und Demenzrisiko – vor allem, da er nach eigenem Bekunden „immer wütend“ bin.

    Die Autoren weisen auch auf Hulks hohen Body-Mass-Index (BMI) von etwa 120 hin ihn im "fettleibigen" Bereich. (Der BMI ist definiert als das Gewicht in Kilogramm geteilt durch das Quadrat der Körpergröße in Metern.) Wir fühlen uns jedoch verpflichtet, darauf hinzuweisen, dass der BMI weithin als fehlerhafte, unvollkommene Kennzahl zur Bewertung zukünftiger gesundheitlicher Ergebnisse anerkannt wird. Und die großen, prallen Muskeln, die Hulk SMASH so effektiv ermöglichen, sind nicht dasselbe wie das Tragen von viel überschüssigem Fett.

    DOI: Superhero Science + Technology, 2021. 10.24413/SST.2021.2.5636  ( Über DOIs).

    DOI: BMJ, 2021. 10.1136/bmj-2021-068001  (Über DOIs).





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