Luuintegroitu transtibiaalinen proteesi hermoliitännällä (TTeOPRA)

Raajan amputoinnin saaneiden henkilöiden toiminnan normalisointi on käden ulottuvilla, ja se saavutetaan älykkäillä implanteilla, jotka pystyvät kaksisuuntaiseen kommunikaatioon aivojen ja koneen välillä luuhun ankkuroitujen, interaktiivisten, sähkökäyttöisten proteesikomponenttien kautta. Potilaiden kuntoutusta, joilla on odotettavissa korkea fyysinen aktiivisuus, kuten trauman tai syövän aiheuttaman amputaation jälkeen, rajoittaa tällä hetkellä riippuvuus ulkoisesta pistokkeesta proteesin mekaaniseen kiinnitykseen jäännökseen. Huolimatta edistyneistä materiaaleista ja valmistusmenetelmistä, pistorasialiitännät aiheuttavat rutiininomaisesti haavaumia, hankausta, kipua, lisää energiankulutusta ja heikentää elämänlaatua. Uudet kirurgiset tekniikat, joissa käytetään osseointegroituja transdermaalisia titaani-implantteja, jotka on nyt validoitu Euroopassa 25 vuoden ajan, poistavat tuskallisten pisteiden tarpeen luomalla suoran, kantavan yhteyden luuston ja proteesin välille. Tämä järjestelmä lupaa myös transformatiivisen läpimurron neuroproteesissa, koska se mahdollistaa täysin sisäiset, suuren kaistanleveyden ja vakaat hermoyhteydet. Science Translational Medicine -lehdessä äskettäin julkaistussa artikkelissa implantoidut lihas- ja hermomansetin elektrodit lisättiin osseointegroituun laitteeseen, mikä loi kaksisuuntaisen efferentti-afferenttirajapinnan, jossa hyödynnettiin turvallista ja immuunitiivistettyä luujohtoa. Kommentoimalla tätä työtä toimittaja totesi: "Osseointegraatio voisi mullistaa neuroproteesin alan, antaen potilaille enemmän intuitiivista hallintaa ja enemmän liikkumisvapautta."

Tutkijat ovat pyrkineet kehittämään bionisia proteeseja, joilla on riittävä vapausaste luonnollisten tehtävien suorittamiseen, kuten esineiden manipulointiin yläraajojen proteeseissa tai kävelyyn ja juoksemiseen alaraajojen järjestelmissä. Siitä huolimatta afferentilla palautteella ei ole ollut merkittävää roolia missään kliinisesti elinkelpoisissa amputaatioproteeseissa, vaikka se on kriittinen biomimeettisen hallinnan kannalta. Tämä puute voi suurelta osin johtua kliinisesti saatavilla olevien menetelmien puutteesta jatkuvaan kommunikointiin ääreishermoston kanssa. Ei ole olemassa alustaa, joka pystyisi invasiiviseen, vankkaan ja pysyvään kommunikaatioon ääreishermoston kanssa korkean kysynnän kliinisissä ympäristöissä. Vain yhdistämällä kriittisiä teknologioita ja asiantuntemusta on mahdollista luoda bioninen raajan korvausjärjestelmä, jossa on riittävä jousitus, kuormansiirto, moottorin ohjaus, proprioseptiivinen palaute ja ulkoinen mekatroniikka, joka muistuttaa puuttuvan biologisen raajan massaa, tilavuutta ja dynamiikkaa.

Proteesitekniikan ennennäkemättömän integroinnin saavuttamiseksi on koottu laaja tieteellinen ryhmä, johon kuuluu jäseniä Massachusetts Institute of Technologysta (MIT: Carty, Herr, Riso, Braanemark), Brigham and Women's Hospitalista (BWH: Carty), Kalifornian yliopistosta, San Francisco (UCSF: O'Donnell), Michiganin yliopisto (U-M: Cederna) ja Walter Reed National Military Medical Center (WRNMMC: Forsberg, Potter). Tällä biomekaniikan, osseointegraation, proteesien, implantoitavien elektrodien, sensorisen palautteen, proprioseption, rekonstruktiivisen kirurgian ja mekatroniikan aloilla johtavien tekniikkojen ja kliinikkojen yhdistelmällä pyrimme kehittämään edistyneimmän kliinisesti elinkelpoisen tekoraajan. Proprioseptiivisen afferentin palautteen avulla pyrimme osoittamaan, että henkilö, jolla on transtibiaalinen amputaatio, voi osoittaa täyden tahdonvoimaisen hallinnan neuromekaaniseen proteettiseen järjestelmään, jossa tärkeimmät kävelymetrit normalisoidaan, mukaan lukien haluttu nopeus, aineenvaihdunta ja niveldynamiikka. Ehdotuksen tekijöiden näkemys on, että tämän tutkimuksen laajuus on olennainen, jotta tulokset jaetaan laajasti tiedeyhteisössä.