Oseointegrovaná transtibiální protéza s nervovým rozhraním (TTeOPRA)

Normalizace funkce u jedinců s amputací končetiny je na dosah a bude dosažena chytrými implantáty schopnými obousměrné komunikace mezi mozkem a strojem prostřednictvím interaktivních, poháněných protetických komponent ukotvených v kosti. Rehabilitace pacientů s očekávanou vysokou úrovní fyzické aktivity, např. po amputaci v důsledku úrazu nebo nádorového onemocnění, je v současné době limitována závislostí na zevní objímce pro mechanické připevnění protézy ke zbytku. Navzdory použití pokročilých materiálů a výrobních metod způsobují rozhraní zásuvek běžně opruzeniny, tření, bolest, zvýšený výdej energie a sníženou kvalitu života. Nové chirurgické techniky využívající oseointegrované transdermální titanové implantáty, nyní ověřené v Evropě 25 let, odstraňují potřebu bolestivých jamek tím, že vytvářejí přímé nosné spojení mezi skeletem a protézou. Tento systém také slibuje transformační průlom v neuroprotetice, protože umožňuje plně vnitřní, stabilní neurální spojení s velkou šířkou pásma. V článku nedávno publikovaném v Science Translational Medicine byly do osseointegrovaného zařízení přidány implantované elektrody svalové a nervové manžety, čímž se vytvořilo obousměrné eferentně-aferentní rozhraní využívající bezpečný a imunitně utěsněný osseo-konduit. V komentáři k této práci editor uvedl: "Osseointegrace by mohla způsobit revoluci v oblasti neuroprotetiky, poskytnout pacientům intuitivnější kontrolu a větší svobodu pohybu."

Výzkumníci se snažili vyvinout bionické protézy s dostatečným stupněm volnosti pro provádění přirozených úkolů, jako je manipulace s předměty v případě protéz horních končetin nebo chůze a běh pro systémy dolních končetin. Nicméně aferentní zpětná vazba nehrála hlavní roli v žádné klinicky životaschopné amputační protéze, přestože je kritická pro biomimetickou kontrolu. Tento nedostatek lze z velké části připsat nedostatku klinicky dostupných metodologií pro trvalou komunikaci s periferním nervovým systémem. Neexistuje žádná existující platforma schopná invazivní, robustní a trvalé komunikace s periferním nervovým systémem v klinickém prostředí s vysokou poptávkou. Pouze spojením kritických technologií a odborných znalostí bude možné vytvořit bionický systém náhrady končetiny s adekvátním odpružením, přenosem zátěže, motorickým řízením, proprioceptivní zpětnou vazbou a externí mechatronikou, která připomíná hmotu, objem a dynamiku chybějící biologické končetiny.

K dosažení takové bezprecedentní integrace protetické technologie byl sestaven široký vědecký tým složený ze členů z Massachusetts Institute of Technology (MIT: Carty, Herr, Riso, Braanemark), Brigham and Women's Hospital (BWH: Carty), University of California, San Francisco (UCSF: O'Donnell), University of Michigan (U-M: Cederna) a Walter Reed National Military Medical Center (WRNMMC: Forsberg, Potter). S touto kombinací předních technologů a lékařů v oblasti biomechaniky, osseointegrace, protetiky, implantabilních elektrod, senzorické zpětné vazby, propriocepce, rekonstrukční chirurgie a mechatroniky se snažíme vyvinout nejpokročilejší klinicky životaschopnou umělou končetinu. Pomocí proprioceptivní aferentní zpětné vazby se snažíme prokázat, že osoba s transtibiální amputací může vykazovat plnou dobrovolnou kontrolu nad neuromechanickým protetickým systémem, kde jsou klíčové ukazatele chůze normalizovány, včetně preferované rychlosti, metabolismu a dynamiky kloubů. Navrhovatelé se domnívají, že rozsah tohoto výzkumu je zásadní, přičemž výsledky budou široce sdíleny v rámci vědecké komunity.