Остеоинтегрированный транстибиальный протез с нейронным интерфейсом (TTeOPRA)

Нормализация функций для людей с ампутацией конечностей находится в пределах досягаемости и будет достигнута с помощью интеллектуальных имплантатов, способных к двунаправленной связи между мозгом и машиной через привязанные к кости интерактивные протезные компоненты с питанием. Реабилитация пациентов с ожидаемым высоким уровнем физической активности, например, после ампутации вследствие травмы или рака, в настоящее время ограничена зависимостью от внешней гильзы для механического крепления протеза к остаточной ткани. Несмотря на использование передовых материалов и методов изготовления, интерфейсы гнезд обычно вызывают язвы, раздражение, боль, повышенный расход энергии и снижение качества жизни. Новые хирургические методы с использованием остеоинтегрированных трансдермальных титановых имплантатов, одобренные в Европе в течение 25 лет, устраняют необходимость в болезненных лунках, устанавливая прямую несущую связь между скелетом и протезом. Эта система также обещает революционный прорыв в области нейропротезирования, поскольку она обеспечивает полностью внутренние, высокоскоростные и стабильные нейронные связи. В статье, недавно опубликованной в журнале Science Translational Medicine, к остеоинтегрированному устройству были добавлены имплантированные мышечные и нервные электроды-манжеты, создав двунаправленный эфферентно-афферентный интерфейс с использованием безопасного и защищенного от иммунной системы костного канала. Комментируя эту работу, редактор заявил: «Остеоинтеграция может произвести революцию в области нейропротезирования, предоставив пациентам более интуитивный контроль и большую свободу движений».

Исследователи стремились разработать бионические протезы с достаточными степенями свободы для выполнения естественных задач, таких как манипулирование объектами в случае протезов верхних конечностей или ходьба и бег для систем нижних конечностей. Тем не менее, афферентная обратная связь не играла важной роли ни в одном клинически жизнеспособном ампутационном протезе, несмотря на то, что она имеет решающее значение для биомиметического контроля. Этот недостаток в значительной степени может быть связан с отсутствием клинически доступных методологий для устойчивой связи с периферической нервной системой. Не существует существующей платформы, способной к инвазивной, надежной и постоянной связи с периферической нервной системой в клинических условиях с высоким спросом. Только объединив критически важные технологии и опыт, можно будет создать бионическую систему замены конечностей с адекватной подвеской, передачей нагрузки, контролем моторики, проприоцептивной обратной связью и внешней мехатроникой, которые напоминают массу, объем и динамику отсутствующей биологической конечности.

Для достижения такой беспрецедентной интеграции технологии протезирования была собрана широкая научная группа, в которую вошли сотрудники Массачусетского технологического института (MIT: Carty, Herr, Riso, Braanemark), Бригама и женской больницы (BWH: Carty), Калифорнийского университета, Сан-Франциско (UCSF: O'Donnell), Мичиганский университет (UM: Cederna) и Национальный военно-медицинский центр Уолтера Рида (WRNMMC: Forsberg, Potter). Благодаря этому сочетанию ведущих технологов и клиницистов в области биомеханики, остеоинтеграции, протезирования, имплантируемых электродов, сенсорной обратной связи, проприоцепции, реконструктивной хирургии и мехатроники мы стремимся разработать наиболее совершенный клинически жизнеспособный протез. С помощью проприоцептивной афферентной обратной связи мы стремимся продемонстрировать, что человек с транстибиальной ампутацией может демонстрировать полный волевой контроль над нейромеханической протезной системой, в которой нормализуются ключевые показатели ходьбы, включая предпочтительную скорость, метаболизм и динамику суставов. По мнению авторов предложения, масштаб этого исследования является фундаментальным, а результаты будут широко распространены в научном сообществе.