Osseointegreret transtibial protese med neural grænseflade (TTeOPRA)

Normalisering af funktionen for personer med amputation af lemmer er inden for rækkevidde og vil blive opnået ved hjælp af smarte implantater, der er i stand til tovejskommunikation mellem hjerne og maskine via knogleforankrede, interaktive, drevne protetiske komponenter. Rehabilitering af patienter med forventet højt fysisk aktivitetsniveau, såsom efter amputation på grund af traumer eller kræft, er i dag begrænset af afhængighed af en ekstern fatning til mekanisk fastgørelse af protesen til residuet. På trods af brugen af ​​avancerede materialer og fremstillingsmetoder forårsager stikkontakter rutinemæssigt sår, gnidninger, smerter, øget energiforbrug og nedsat livskvalitet. Nye kirurgiske teknikker ved brug af osseointegrerede transdermale titaniumimplantater, som nu er valideret i Europa i 25 år, fjerner behovet for smertefulde sokler ved at etablere en direkte, bærende forbindelse mellem skelet og protese. Dette system lover også et transformativt gennembrud inden for neuroproteser, fordi det giver mulighed for fuldt interne, høje båndbredde, stabile neurale forbindelser. I et papir, der for nylig blev offentliggjort i Science Translational Medicine, blev implanterede muskel- og nervemanchetelektroder føjet til den osseointegrerede enhed, hvilket skaber en tovejs efferent-afferent grænseflade ved hjælp af en sikker og immunforseglet osseo-kanal. I en kommentar til dette arbejde udtalte redaktøren: "Osseointegration kunne revolutionere neuroprotetikområdet, hvilket giver patienterne mere intuitiv kontrol og mere bevægelsesfrihed."

Efterforskere har søgt at fremme bioniske proteser med tilstrækkelige grader af frihed til at udføre naturlige opgaver, såsom at manipulere genstande i tilfælde af øvre ekstremitetsproteser, eller gå og løbe for nedre ekstremitetssystemer. Ikke desto mindre har afferent feedback ikke spillet en større rolle i nogen klinisk levedygtige amputationsproteser, på trods af at den er kritisk for biomimetisk kontrol. Denne mangel kan for en stor del tilskrives mangel på klinisk tilgængelige metoder til vedvarende kommunikation med det perifere nervesystem. Der er ingen eksisterende platform, der er i stand til invasiv, robust og permanent kommunikation med det perifere nervesystem i et klinisk miljø med høj efterspørgsel. Kun ved at samle kritiske teknologier og ekspertise vil det være muligt at skabe et bionisk lemerstatningssystem med tilstrækkelig affjedring, belastningstransmission, motorstyring, proprioceptiv feedback og ekstern mekatronik, der ligner massen, volumen og dynamikken af ​​det manglende biologiske lem.

For at opnå en sådan hidtil uset integration af proteseteknologi er et bredt videnskabeligt hold blevet samlet med medlemmer fra 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) og Walter Reed National Military Medical Center (WRMMC: Forsberg, Potter). Med denne kombination af førende teknologer og klinikere inden for områderne biomekanik, osseointegration, proteser, implanterbare elektroder, sensorisk feedback, proprioception, rekonstruktiv kirurgi og mekatronik søger vi at udvikle det mest avancerede klinisk levedygtige kunstige lem. Med proprioceptiv afferent feedback søger vi at demonstrere, at en person med transtibial amputation kan udvise fuld viljemæssig kontrol over et neuro-mekanisk protesesystem, hvor nøgletal for gang er normaliseret, herunder foretrukket hastighed, metabolisme og leddynamik. Det er forslagsstillernes opfattelse, at omfanget af denne forskning er grundlæggende, hvor resultaterne vil blive delt bredt inden for det videnskabelige samfund.