Вчені розробили біонічну руку, яка поєднується з нервовою та скелетною системами користувача

Шведській жінці, яка втратила праву руку через нещасний випадок на фермі, імплантували новий інтерфейс «людина-машина» в її залишкову кістку, нерви та м’язи.
Життя Карін різко змінилося, коли понад 20 років тому нещасний випадок на фермі забрав її праву руку. Відтоді вона терпіла нестерпний фантомний біль у кінцівках.

«Здавалося, що я постійно тримаю руку в м’ясорубці, що створює високий рівень стресу, і я змушена приймати великі дози різних знеболюючих».

Окрім нестерпного болю, вона виявила, що звичайні протези незручні та ненадійні, а тому мало допомагають у повсякденному житті. Усе змінилося, коли вона отримала новаторську біонічну технологію, яка дозволила їй комфортно носити цілий день значно більш функціональний протез. Вища інтеграція між біонікою та залишковою кінцівкою Карін також полегшила її біль.

«Для мене це дослідження багато значило, оскільки воно дало мені краще життя».

Дивовижне поєднання людини й машини
Механічне кріплення та надійний контроль протезів кінцівок є двома найбільшими проблемами при заміні протезів кінцівок. Люди з втратою кінцівок часто відмовляються навіть від складних протезів, доступних у продажу, через ці причини, що означає хворобливе та незручне кріплення з обмеженою та ненадійною керованістю.

Багатопрофільна група інженерів і хірургів вирішила ці проблеми, розробивши інтерфейс «людина-машина», який дозволяє зручно прикріплювати протез до скелета користувача за допомогою остеоінтеграції, а також забезпечує електричний зв’язок із нервовою системою за допомогою електродів, імплантованих у нерви та м’язи.

Дослідження проводив професор Макс Ортіс Каталан, керівник відділу нейропротезування в Інституті біоніки в Австралії та засновник Центру біоніки та дослідження болю (CBPR) у Швеції.
«Карін була першою людиною з ампутацією нижче ліктя, яка отримала цю нову концепцію високоінтегрованої біонічної руки, яку можна використовувати незалежно та надійно в повсякденному житті. Той факт, що вона могла комфортно та ефективно використовувати свій протез у повсякденній діяльності протягом багатьох років, є багатообіцяючим свідченням потенційних можливостей цієї нової технології змінити життя людей, які зіткнулися з втратою кінцівок».

Проблеми на цьому рівні ампутації полягають у тому, що дві кістки (променева та ліктьова кістки) мають бути вирівняні та однаково навантажені, а також недостатньо місця для імплантованих і протезних компонентів. Проте дослідницькій групі вдалося розробити відповідний нервово-руховий імплантат, який дозволяє з’єднати біологічну систему контролю користувача (нервову систему) з електронною системою керування протеза.

«Наш інтегрований хірургічний та інженерний підхід також пояснює зменшення болю, оскільки тепер Карін використовує приблизно ті ж нервові ресурси для керування протезом, що й для своєї відсутньої біологічної руки».

Лікування та профілактика болю після ампутації є ще однією головною метою команди професора Ортіза Каталана. Стосовно цього питання Карін сказала, що тепер «краще контролює свій протез, але, перш за все, мій біль зменшився. Сьогодні мені потрібно набагато менше ліків».

Ключовою особливістю нової біонічної технології є кріплення протеза до скелета за допомогою остеоінтеграції; процес, за якого кісткова тканина охоплює титан, утворюючи міцне механічне з’єднання.

Професор Рікард Бранемарк, науковий співробітник Массачусетського технологічного інституту , доцент Гетеборзького університету та генеральний директор Integrum, керував операцією та працював над остеоінтеграцією протезів кінцівок відтоді, як вони вперше були використані на людях: «Біологічна інтеграція титанових імплантатів у кісткову тканину створює можливості для подальшого розвитку допомоги людям з ампутованими кінцівками. Поєднуючи остеоінтеграцію з реконструктивною хірургією, імплантованими електродами та ШІ, ми можемо відновити людські функції безпрецедентним способом. Рівень ампутації нижче ліктьового суглоба має особливі проблеми, і досягнутий рівень функціональності знаменує важливу віху для галузі передових реконструкцій кінцівок в цілому».

Нерви та м’язи в кінцівці, що залишилася, були переорганізовані, щоб надати протезу більше джерел інформації про руховий контроль.

Доктор Паоло Сассу провів цю частину операції, яка відбулася в університетській лікарні Sahlgrenska у Швеції, де він також провів першу в Скандинавії трансплантацію руки: «Залежно від клінічних умов ми можемо запропонувати найкраще рішення для наших пацієнтів, яке іноді це біологічне з трансплантацією руки, а іноді біонічне з нервово-руховим протезуванням. Ми постійно вдосконалюємося в обох». Доктор Сассу зараз працює в Istituto Ortopedico Rizzoli в Італії та Центрі біоніки та дослідження болю у Швеції.

«Проект DeTOP, який фінансується Європейською Комісією, — говорить координатор професор Крістіан Сіпріані зі школи Сант-Анна, Піза, — запропонував чудову можливість співпраці, яка зробила можливим консолідацію найсучасніших доступних протезних і роботизованих технологій. в наших установах, що може мати величезний вплив на життя людей».

Роботизована рука, розроблена Prensilia, а саме Mia Hand, мала унікальні моторні та сенсорні компоненти, які дозволяли користувачеві виконувати 80% повсякденних дій. «Прийняття протеза має вирішальне значення для його успішного використання», — каже д-р Франческо Клементе, керуючий директор Prensilia. «Крім технічних характеристик, Prensilia намагалася розробити руку, яку можна було б повністю налаштувати естетично. Мія Хенд народжена, щоб її показували, а не ховали. Ми хотіли, щоб користувачі пишалися тим, ким вони є, а не соромилися втраченого».

За матеріалами scitechdaily.com