Protesi transtibiale osteointegrata con interfaccia neurale (TTeOPRA)

La normalizzazione della funzione per le persone con amputazione degli arti è a portata di mano e sarà raggiunta da impianti intelligenti in grado di comunicare bidirezionalmente tra cervello e macchina tramite componenti protesici ancorati all'osso, interattivi e alimentati. La riabilitazione di pazienti per i quali si prevede un elevato livello di attività fisica, come ad esempio dopo l'amputazione dovuta a trauma o cancro, è attualmente limitata dalla dipendenza da un invaso esterno per l'attacco meccanico della protesi al residuo. Nonostante l'uso di materiali avanzati e metodi di fabbricazione, le interfacce delle prese causano abitualmente piaghe, sfregamenti, dolore, aumento del dispendio energetico e una ridotta qualità della vita. Le nuove tecniche chirurgiche che utilizzano impianti transdermici osteointegrati in titanio, ora convalidate in Europa da 25 anni, eliminano la necessità di alveoli dolorosi stabilendo un collegamento diretto e portante tra scheletro e protesi. Questo sistema promette anche una svolta rivoluzionaria nelle neuroprotesi, perché consente connessioni neurali completamente interne, ad alta larghezza di banda e stabili. In un articolo pubblicato di recente su Science Translational Medicine, al dispositivo osteointegrato sono stati aggiunti elettrodi impiantati per muscoli e polsini nervosi, creando un'interfaccia efferente-afferente bidirezionale che utilizza un condotto osseo sicuro e sigillato dal sistema immunitario. Commentando questo lavoro, l'editore ha affermato: "L'osteointegrazione potrebbe rivoluzionare il campo delle neuroprotesi, offrendo ai pazienti un controllo più intuitivo e una maggiore libertà di movimento".

I ricercatori hanno cercato di far avanzare le protesi bioniche con gradi di libertà sufficienti per eseguire compiti naturali, come manipolare oggetti nel caso di protesi degli arti superiori o camminare e correre per i sistemi degli arti inferiori. Tuttavia, il feedback afferente non ha svolto un ruolo importante in nessuna protesi di amputazione clinicamente praticabile, nonostante sia fondamentale per il controllo biomimetico. Questa carenza può, in gran parte, essere attribuita alla mancanza di metodologie clinicamente disponibili per una comunicazione sostenuta con il sistema nervoso periferico. Non esiste una piattaforma esistente in grado di comunicare invasiva, robusta e permanente con il sistema nervoso periferico in un contesto clinico molto richiesto. Solo riunendo tecnologie e competenze critiche sarà possibile creare un sistema di sostituzione dell'arto bionico con sospensioni adeguate, trasmissione del carico, controllo motorio, feedback propriocettivo e meccatronica esterna che assomigli alla massa, al volume e alla dinamica dell'arto biologico mancante.

Per ottenere un'integrazione senza precedenti della tecnologia protesica, è stato riunito un ampio team scientifico composto da membri del Massachusetts Institute of Technology (MIT: Carty, Herr, Riso, Braanemark), Brigham and Women's Hospital (BWH: Carty), University of California, San Francisco (UCSF: O'Donnell), Università del Michigan (U-M: Cederna) e Walter Reed National Military Medical Center (WRNMMC: Forsberg, Potter). Con questa combinazione di tecnologi e clinici leader nei campi della biomeccanica, dell'osteointegrazione, delle protesi, degli elettrodi impiantabili, del feedback sensoriale, della propriocezione, della chirurgia ricostruttiva e della meccatronica, cerchiamo di sviluppare l'arto artificiale clinicamente più avanzato. Con il feedback afferente propriocettivo, cerchiamo di dimostrare che una persona con amputazione transtibiale può esibire il pieno controllo volontario su un sistema protesico neuromeccanico in cui le metriche chiave della deambulazione sono normalizzate, tra cui la velocità preferita, il metabolismo e la dinamica articolare. È opinione dei proponenti che l'ambito di questa ricerca sia fondamentale in quanto i risultati saranno ampiamente condivisi all'interno della comunità scientifica.