Prótesis transtibial osteointegrada con interfaz neural (TTeOPRA)

La normalización de la función para las personas con amputación de extremidades está al alcance, y se logrará mediante implantes inteligentes capaces de comunicación bidireccional entre el cerebro y la máquina a través de componentes protésicos activos, interactivos y anclados al hueso. La rehabilitación de pacientes con un alto nivel de actividad física esperado, como después de una amputación debido a un traumatismo o cáncer, actualmente está limitada por la dependencia de un encaje externo para la unión mecánica de la prótesis al residuo. A pesar del uso de materiales y métodos de fabricación avanzados, las interfaces de los encajes suelen causar llagas, rozaduras, dolor, mayor gasto de energía y disminución de la calidad de vida. Las nuevas técnicas quirúrgicas que utilizan implantes transdérmicos de titanio osteointegrados, ahora validados en Europa durante 25 años, evitan la necesidad de encajes dolorosos al establecer un vínculo directo de carga entre el esqueleto y la prótesis. Este sistema también promete un gran avance transformador en neuroprótesis, porque permite conexiones neuronales estables, de gran ancho de banda y completamente internas. En un artículo publicado recientemente en Science Translational Medicine, se agregaron electrodos de manguito muscular y nervioso implantados al dispositivo osteointegrado, creando una interfaz eferente-aferente bidireccional utilizando un conducto óseo seguro e inmune sellado. Al comentar sobre este trabajo, el editor afirmó: "La osteointegración podría revolucionar el campo de las neuroprótesis, brindando a los pacientes un control más intuitivo y más libertad de movimiento".

Los investigadores han buscado desarrollar prótesis biónicas con suficientes grados de libertad para realizar tareas naturales, como manipular objetos en el caso de las prótesis de las extremidades superiores, o caminar y correr para los sistemas de las extremidades inferiores. No obstante, la retroalimentación aferente no ha desempeñado un papel importante en ninguna prótesis de amputación clínicamente viable, a pesar de ser fundamental para el control biomimético. Esta deficiencia puede atribuirse, en gran parte, a la falta de metodologías clínicamente disponibles para una comunicación sostenida con el sistema nervioso periférico. No existe una plataforma capaz de comunicación invasiva, robusta y permanente con el sistema nervioso periférico en un entorno clínico de alta demanda. Solo reuniendo tecnologías críticas y experiencia será posible crear un sistema biónico de reemplazo de extremidades con suspensión adecuada, transmisión de carga, control motor, retroalimentación propioceptiva y mecatrónica externa que se asemeje a la masa, el volumen y la dinámica de la extremidad biológica faltante.

Para lograr una integración sin precedentes de la tecnología protésica, se ha reunido un amplio equipo científico con miembros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT: Carty, Herr, Riso, Braanemark), el Hospital Brigham and Women's (BWH: Carty), la Universidad de California, San Francisco (UCSF: O'Donnell), Universidad de Michigan (U-M: Cederna) y Centro Médico Militar Nacional Walter Reed (WRNMMC: Forsberg, Potter). Con esta combinación de tecnólogos y médicos líderes en los campos de biomecánica, osteointegración, prótesis, electrodos implantables, retroalimentación sensorial, propiocepción, cirugía reconstructiva y mecatrónica, buscamos desarrollar la extremidad artificial clínicamente viable más avanzada. Con la retroalimentación aferente propioceptiva, buscamos demostrar que una persona con amputación transtibial puede exhibir un control volitivo total sobre un sistema protésico neuromecánico donde se normalizan las métricas clave para caminar, incluida la velocidad preferida, el metabolismo y la dinámica articular. Es la visión de los proponentes que el alcance de esta investigación es fundamental en donde los resultados serán ampliamente compartidos dentro de la comunidad científica.