Osseogeïntegreerde transtibiale prothese met neurale interface (TTeOPRA)

Normalisatie van de functie van personen met ledemaatamputatie ligt binnen handbereik en zal worden bereikt door slimme implantaten die in staat zijn tot bidirectionele communicatie tussen hersenen en machine via botverankerde, interactieve, aangedreven prothetische componenten. Rehabilitatie van patiënten met een verwacht hoog niveau van fysieke activiteit, zoals na amputatie als gevolg van trauma of kanker, wordt momenteel beperkt door de afhankelijkheid van een uitwendige koker voor de mechanische bevestiging van de prothese aan het residu. Ondanks het gebruik van geavanceerde materialen en fabricagemethoden, veroorzaken socket-interfaces routinematig zweren, schuren, pijn, verhoogd energieverbruik en een verminderde kwaliteit van leven. Nieuwe chirurgische technieken waarbij gebruik wordt gemaakt van osseo-geïntegreerde transdermale titaniumimplantaten, nu al 25 jaar gevalideerd in Europa, maken pijnlijke kommen overbodig door een directe, dragende verbinding tot stand te brengen tussen skelet en prothese. Dit systeem belooft ook een transformatieve doorbraak in neuroprothesen, omdat het zorgt voor volledig interne, hoge bandbreedte, stabiele neurale verbindingen. In een artikel dat onlangs is gepubliceerd in Science Translational Medicine, werden geïmplanteerde spier- en zenuwmanchetelektroden toegevoegd aan het osseo-geïntegreerde apparaat, waardoor een bidirectionele efferent-afferente interface werd gecreëerd met behulp van een veilige en immuunafgedichte osseo-conduit. In een reactie op dit werk verklaarde de redacteur: "Osseointegratie zou een revolutie teweeg kunnen brengen op het gebied van neuroprothesen, waardoor patiënten meer intuïtieve controle en meer bewegingsvrijheid krijgen."

Onderzoekers hebben getracht bionische prothesen te ontwikkelen met voldoende vrijheidsgraden voor het uitvoeren van natuurlijke taken, zoals het manipuleren van objecten in het geval van prothesen van de bovenste ledematen, of lopen en rennen voor systemen van de onderste ledematen. Desalniettemin heeft afferente feedback geen grote rol gespeeld in klinisch levensvatbare amputatieprothesen, ondanks dat het van cruciaal belang is voor biomimetische controle. Dit tekort kan grotendeels worden toegeschreven aan een gebrek aan klinisch beschikbare methodologieën voor duurzame communicatie met het perifere zenuwstelsel. Er is geen bestaand platform dat in staat is tot invasieve, robuuste en permanente communicatie met het perifere zenuwstelsel in een veeleisende klinische omgeving. Alleen door het samenbrengen van kritische technologieën en expertise zal het mogelijk zijn om een ​​bionisch ledemaatvervangingssysteem te creëren met adequate ophanging, belastingsoverdracht, motorische controle, proprioceptieve feedback en externe mechatronica die lijken op de massa, het volume en de dynamiek van het ontbrekende biologische ledemaat.

Om zo'n ongekende integratie van prothetische technologie te bereiken, is een breed wetenschappelijk team samengesteld met leden van het 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 (UM: Cederna) en Walter Reed National Military Medical Center (WRNMMC: Forsberg, Potter). Met deze combinatie van toonaangevende technologen en clinici op het gebied van biomechanica, osseointegratie, protheses, implanteerbare elektroden, sensorische feedback, proprioceptie, reconstructieve chirurgie en mechatronica, proberen we het meest geavanceerde klinisch levensvatbare kunstmatige ledemaat te ontwikkelen. Met proprioceptieve afferente feedback proberen we aan te tonen dat een persoon met een transtibiale amputatie volledige wilscontrole kan uitoefenen over een neuromechanisch prothetisch systeem waarin de belangrijkste loopstatistieken zijn genormaliseerd, waaronder voorkeurssnelheid, metabolisme en gewrichtsdynamiek. De indieners zijn van mening dat de reikwijdte van dit onderzoek fundamenteel is en dat de resultaten breed zullen worden gedeeld binnen de wetenschappelijke gemeenschap.