Zintegrowana proteza kości piszczelowej z interfejsem neuronowym (TTeOPRA)

Normalizacja funkcji osób po amputacji kończyn jest w zasięgu ręki i zostanie osiągnięta dzięki inteligentnym implantom zdolnym do dwukierunkowej komunikacji między mózgiem a maszyną za pośrednictwem zakotwiczonych w kości, interaktywnych, zasilanych komponentów protetycznych. Rehabilitacja pacjentów ze spodziewanym wysokim poziomem aktywności fizycznej, np. po amputacji w wyniku urazu lub choroby nowotworowej, jest obecnie ograniczona przez uzależnienie od zewnętrznego leja do mechanicznego mocowania protezy do resztki. Pomimo zastosowania zaawansowanych materiałów i metod produkcji, interfejsy gniazd rutynowo powodują rany, otarcia, ból, zwiększony wydatek energetyczny i obniżoną jakość życia. Nowe techniki chirurgiczne wykorzystujące przezskórne implanty tytanowe z osseointegracją, stosowane w Europie od 25 lat, eliminują potrzebę stosowania bolesnych zębodołów, ustanawiając bezpośrednie, nośne połączenie między szkieletem a protezą. Ten system obiecuje również rewolucyjny przełom w neuroprotetyce, ponieważ umożliwia w pełni wewnętrzne, stabilne połączenia neuronowe o dużej przepustowości. W artykule opublikowanym niedawno w Science Translational Medicine wszczepione elektrody z mankietami mięśniowymi i nerwowymi zostały dodane do zintegrowanego urządzenia, tworząc dwukierunkowy interfejs eferentno-aferentny wykorzystujący bezpieczny i szczelny immunologiczny przewód kostny. Komentując tę ​​​​pracę, redaktor stwierdził: „Osseointegracja może zrewolucjonizować dziedzinę neuroprotetyki, dając pacjentom bardziej intuicyjną kontrolę i większą swobodę ruchów”.

Badacze starali się opracować bioniczne protezy o stopniu swobody wystarczającym do wykonywania naturalnych zadań, takich jak manipulowanie przedmiotami w przypadku protez kończyn górnych lub chodzenie i bieganie w przypadku układów kończyn dolnych. Niemniej jednak aferentne sprzężenie zwrotne nie odegrało większej roli w żadnych klinicznie opłacalnych protezach do amputacji, mimo że ma kluczowe znaczenie dla kontroli biomimetycznej. Ten niedobór można w dużej mierze przypisać brakowi dostępnych klinicznie metodologii trwałej komunikacji z obwodowym układem nerwowym. Nie istnieje żadna platforma zdolna do inwazyjnej, niezawodnej i trwałej komunikacji z obwodowym układem nerwowym w warunkach klinicznych o wysokim zapotrzebowaniu. Tylko dzięki połączeniu krytycznych technologii i wiedzy fachowej możliwe będzie stworzenie bionicznego systemu wymiany kończyn z odpowiednim zawieszeniem, przenoszeniem obciążenia, kontrolą silnika, proprioceptywnym sprzężeniem zwrotnym i zewnętrzną mechatroniką, które przypominają masę, objętość i dynamikę brakującej kończyny biologicznej.

Aby osiągnąć tak bezprecedensową integrację technologii protetycznej, zebrano szeroki zespół naukowy złożony z członków z 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) i Walter Reed National Military Medical Center (WRNMMC: Forsberg, Potter). Dzięki tej kombinacji wiodących technologów i klinicystów w dziedzinie biomechaniki, osteointegracji, protetyki, wszczepialnych elektrod, sprzężenia zwrotnego sensorycznego, propriocepcji, chirurgii rekonstrukcyjnej i mechatroniki, dążymy do opracowania najbardziej zaawansowanej klinicznie żywotnej protezy kończyny. Poprzez proprioceptywne aferentne sprzężenie zwrotne staramy się wykazać, że osoba z amputacją piszczelową może wykazywać pełną wolicjonalną kontrolę nad neuromechanicznym układem protetycznym, w którym znormalizowane są kluczowe wskaźniki chodu, w tym preferowana prędkość, metabolizm i dynamika stawów. W opinii wnioskodawców zakres tych badań jest fundamentalny, a wyniki będą szeroko udostępniane w społeczności naukowej.