Osseointegrert transtibial protese med nevrale grensesnitt (TTeOPRA)

Normalisering av funksjon for individer med amputasjon av lemmer er innen rekkevidde, og vil oppnås ved hjelp av smarte implantater som er i stand til toveis kommunikasjon mellom hjerne og maskin via beinforankrede, interaktive, drevne protesekomponenter. Rehabilitering av pasienter med forventet høyt fysisk aktivitetsnivå, for eksempel etter amputasjon på grunn av traumer eller kreft, er i dag begrenset av avhengighet av en ekstern stikkontakt for mekanisk feste av protesen til residuet. Til tross for bruk av avanserte materialer og fabrikasjonsmetoder, forårsaker kontaktgrensesnitt rutinemessig sår, gnagsår, smerte, økt energiforbruk og redusert livskvalitet. Nye kirurgiske teknikker ved bruk av osseointegrerte transdermale titanimplantater, nå validert i Europa i 25 år, eliminerer behovet for smertefulle stikkontakter ved å etablere en direkte, bærende kobling mellom skjelett og protese. Dette systemet lover også et transformativt gjennombrudd innen nevroproteser, fordi det tillater fullstendig interne, stabile nevrale forbindelser med høy båndbredde. I en artikkel som nylig ble publisert i Science Translational Medicine, ble implanterte muskel- og nervemansjettelektroder lagt til den osseointegrerte enheten, og skapte et toveis efferent-afferent grensesnitt ved bruk av en trygg og immunforseglet osseo-kanal. I en kommentar til dette arbeidet uttalte redaktøren: "Osseointegrasjon kan revolusjonere feltet for nevroproteser, og gi pasientene mer intuitiv kontroll og mer bevegelsesfrihet."

Etterforskere har forsøkt å fremme bioniske proteser med tilstrekkelig grad av frihet for å utføre naturlige oppgaver, som å manipulere gjenstander i tilfelle av øvre ekstremitetsproteser, eller gå og løpe for nedre ekstremitetssystemer. Ikke desto mindre har ikke afferent tilbakemelding spilt noen stor rolle i noen klinisk levedyktige amputasjonsproteser, til tross for at de er kritiske for biomimetisk kontroll. Denne mangelen kan i stor grad tilskrives mangel på klinisk tilgjengelige metoder for vedvarende kommunikasjon med det perifere nervesystemet. Det er ingen eksisterende plattform som er i stand til invasiv, robust og permanent kommunikasjon med det perifere nervesystemet i en klinisk setting med høy etterspørsel. Bare ved å bringe sammen kritiske teknologier og ekspertise vil det være mulig å lage et bionisk lemerstatningssystem med tilstrekkelig fjæring, lastoverføring, motorkontroll, proprioseptiv tilbakemelding og ekstern mekatronikk som ligner massen, volumet og dynamikken til det manglende biologiske lemmet.

For å oppnå en slik enestående integrasjon av proteseteknologi, har et bredt vitenskapelig team blitt satt sammen 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 (WRNNMMC: Forsberg, Potter). Med denne kombinasjonen av ledende teknologer og klinikere innen biomekanikk, osseointegrasjon, proteser, implanterbare elektroder, sensorisk tilbakemelding, propriosepsjon, rekonstruktiv kirurgi og mekatronikk, søker vi å utvikle det mest avanserte klinisk levedyktige kunstige lemmet. Med proprioseptiv afferent tilbakemelding søker vi å demonstrere at en person med transtibial amputasjon kan vise full viljekontroll over et nevromekanisk protesesystem der viktige gangmetrikker er normalisert, inkludert foretrukket hastighet, metabolisme og ledddynamikk. Det er forslagsstillernes syn at omfanget av denne forskningen er grunnleggende der resultatene vil bli delt bredt innenfor det vitenskapelige miljøet.