System śledzenia kulek magnetycznych i system implantów eOPRA z protezą bioniczną dla osób po amputacji kości piszczelowej (TTeOPRA+MB)

Normalizacja funkcjonowania osób po amputacji kończyny jest w zasięgu ręki i zostanie osiągnięta dzięki inteligentnym implantom zdolnym do dwukierunkowej komunikacji między mózgiem a maszyną za pośrednictwem zakotwiczonych w kości, interaktywnych i zasilanych elementów protetycznych. Rehabilitacja pacjentów, u których spodziewany jest wysoki poziom aktywności fizycznej, np. po amputacji spowodowanej urazem lub chorobą nowotworową, jest obecnie ograniczona uzależnieniem od zewnętrznego leja, służącego do mechanicznego mocowania protezy do pozostałości. Pomimo zastosowania zaawansowanych materiałów i metod produkcji, złącza gniazdowe rutynowo powodują rany, otarcia, ból, zwiększony wydatek energii i obniżoną jakość życia. Nowatorskie techniki chirurgiczne wykorzystujące zintegrowane z kością przezskórne implanty tytanowe, obecnie sprawdzane w Europie od ponad 25 lat, eliminują potrzebę stosowania bolesnych zębodołów, ustanawiając bezpośrednie, nośne połączenie pomiędzy szkieletem a protezą. System ten stanowi także obietnicę przełomu transformacyjnego w neuroprotetyce, ponieważ pozwala na uzyskanie w pełni wewnętrznych, stabilnych połączeń neuronowych o dużej przepustowości. W artykule opublikowanym niedawno w Science Translational Medicine do urządzenia z osteointegracją dodano wszczepione elektrody do mięśni i nerwów, tworząc dwukierunkowy interfejs odprowadzająco-dośrodkowy wykorzystujący bezpieczny i uszczelniony immunologicznie przewód kostny. Komentując tę ​​pracę, redaktor stwierdził: „Osseointegracja może zrewolucjonizować dziedzinę neuroprotetyki, zapewniając pacjentom bardziej intuicyjną kontrolę i większą swobodę ruchów”.

Badacze starali się udoskonalić protezy bioniczne zapewniające wystarczający stopień swobody do wykonywania naturalnych zadań, takich jak manipulowanie przedmiotami w przypadku protez kończyn górnych lub chodzenie i bieganie w przypadku systemów kończyn dolnych. Niemniej jednak sprzężenie zwrotne doprowadzające nie odegrało głównej roli w żadnej klinicznie opłacalnej protezie do amputacji, mimo że ma kluczowe znaczenie dla kontroli biomimetycznej. Niedobór ten można w dużej mierze przypisać brakowi dostępnych klinicznie metodologii trwałej komunikacji z obwodowym układem nerwowym. Nie istnieje platforma zdolna do inwazyjnej, solidnej i trwałej komunikacji z obwodowym układem nerwowym w warunkach klinicznych o wysokich wymaganiach. Tylko połączenie kluczowych technologii i wiedzy specjalistycznej umożliwi stworzenie bionicznego systemu wymiany kończyn z odpowiednim zawieszeniem, przenoszeniem obciążenia, kontrolą motoryczną, proprioceptywnym sprzężeniem zwrotnym i zewnętrzną mechatroniką, które przypominają masę, objętość i dynamikę brakującej kończyny biologicznej.

Aby opracować najbardziej zaawansowaną klinicznie wykonalną sztuczną kończynę i osiągnąć kolejny poziom integracji technologii protetycznej, utworzono multidyscyplinarny zespół naukowy, w skład którego wchodzą członkowie Massachusetts Institute of Technology (MIT: Carty, Herr, Brånemark) oraz Brigham and Women's Hospital (BWH: Carty, Ferrone). Za pomocą proprioceptywnego aferentnego sprzężenia zwrotnego staramy się wykazać, że osoba po amputacji kości piszczelowej może wykazywać pełną wolicjonalną kontrolę nad neuromechanicznym systemem protetycznym, w którym normalizowane są kluczowe wskaźniki chodu, w tym preferowana prędkość, metabolizm i dynamika stawów. Wnioskodawcy są zdania, że ​​zakres tych badań ma fundamentalne znaczenie, a ich wyniki zostaną szeroko udostępnione społeczności naukowej.