Een nieuw bionisch been geeft geamputeerden weer wendbaarheid: "Het voelt als een deel van mijn lichaam."

Hugh Herr was een tienerbergbeklimmer die 43 jaar geleden beide benen verloor nadat ze bevroren waren en weefselschade opliepen tijdens een beklimming van Mount Washington (New Hampshire, VS). Deze persoonlijke tragedie herdefinieerde niet alleen zijn leven, maar ook zijn doel: de technologie die gebruikt wordt voor geamputeerden voorgoed veranderen. Tegenwoordig is hij een van 's werelds meest vooraanstaande experts in bionica; en hij heeft onlangs een doorbraak onthuld die een barrière in protheseontwerp doorbreekt die al tientallen jaren nauwelijks veranderd is. Eindelijk gaat een bionisch been verder dan alleen het herstellen van mobiliteit.

Deze ingenieur, die in 2016 de Prinses van Asturiëprijs voor onderzoek ontving, leidt de ontwikkeling van geavanceerde bionische beenprothesen die menselijke bewegingen nabootsen, evenals enkel- en voetorthesen, aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT). Hij loopt, rent – ​​en klimt zelfs op grote hoogte – met de bionische benen die hij hielp ontwerpen. Samen met een team wetenschappers van het MIT Yang Tan Collective is Herr erin geslaagd een stap verder te gaan, met een ambitie die – net als op de berg – altijd hoger mikt. Hij heeft een bionische prothese ontworpen die verbinding maakt met de spieren en zenuwen van het lichaam; hierdoor kunnen mensen met een bovenbeenamputatie zich behendiger bewegen dan met traditionele revalidatiehulpmiddelen.

Het nieuwe systeem, de osseogeïntegreerde mechanoneurale prothese (OMP), bestaat uit een implantaat dat aan het dijbeen is verankerd en een myoneurale interface die het gedrag van spieren nabootst, volgens details in het wetenschappelijke artikel dat Herr en zijn team vandaag publiceerden in het tijdschrift Science . Dankzij deze technologie kan de geamputeerde de prothese niet alleen nauwkeuriger bewegen, maar ook weer gevoel krijgen, zoals de positie of beweging van het verloren ledemaat. "Onze prothese is uniek omdat hij direct met het bot is verbonden en het implantaat kabels bevat die zenuwsignalen overbrengen", legt Herr uit in een videogesprek met EL PAÍS.

Hij wordt vergezeld door de jonge wetenschapper Tony Shu , wiens promotieonderzoek de basis vormde voor het onlangs gepubliceerde artikel. "Toen ik bij het lab van MIT kwam, lagen er veel nieuwe wegen open, maar tijdens mijn master- en promotieonderzoek hebben we grote stappen gemaakt", herinnert hij zich. De klinische studies betroffen twee mensen met een bovenbeenamputatie. Aanvankelijk waren de wetenschappers voorzichtig en wilden ze alleen het lopen en de basismobiliteit herstellen, maar na verloop van tijd merkten ze dat de deelnemers complexere taken konden uitvoeren.

In elk geval zorgde het OMP-systeem voor superieure mobiliteit bij diverse beenbewegingen in realistische situaties. Patiënten konden bewegen met een natuurlijkheid die voorheen onbereikbaar leek, zoals lopen over oneffen terrein, soepel opstaan ​​uit een stoel of een bal schoppen. Zelfs met slechts één gemotoriseerd gewricht, verklaarden de vrijwilligers: "De prothese voelt als een deel van mijn lichaam."

Imiteer de menselijke spierkracht

Het systeem is voorzien van motoren die worden aangedreven door lithium-ionbatterijen. Hierdoor kan de gemotoriseerde prothese kracht genereren, wat helpt bij activiteiten zoals traplopen. Ze bereiken dit door de spierfunctie na te bootsen, wat zorgt voor wendbaardere en vrijwillige bewegingen. "Wij waren de eersten die neuromusculaire chirurgie, een osseo-geïntegreerd implantaat en een robotbesturing in één systeem integreerden", aldus Tony Shu.

Een van de belangrijkste beperkingen van de prothese is dat deze alleen de knie betreft . Het menselijk been is meer dan dat, aangezien de enkel en voet ook complexe bewegingen uitvoeren. "Het biedt die extra vrijheidsgraden niet", erkent de jonge onderzoeker.

Hoewel de uitvinding nog steeds met bepaalde uitdagingen kampt, zijn onderzoekers optimistisch. Systemen die direct integreren met het lichaam – zoals de OMP, die bot, spieren en zenuwen verbindt – markeren mogelijk het begin van een nieuwe generatie apparaten. Een type prothese dat niet alleen de mobiliteit herstelt, maar ook een essentieel onderdeel van de menselijke ervaring.

Voor Hugh Herr ligt de volgende uitdaging in het perfectioneren van het lezen van spiersignalen, aangezien ze momenteel geïmplanteerde elektroden gebruiken om de intenties van de gebruiker te begrijpen. "In de toekomst zijn we van plan magnetische sensoren op de huid te gebruiken", zegt hij. Het doel is om spierbeweging en -kracht nauwkeuriger te meten.

"Als je een analogie zoekt, denk dan aan Formule 1 of ruimtevaart. Die gebieden drijven de technologie tot het uiterste, en die ontwikkelingen sijpelen vervolgens door naar de gemiddelde consument. We verwachten niet dat deze prothese ooit op de markt zal komen, maar we geloven wel dat verschillende onderdelen dat wel zullen doen", aldus Shu.