Fußprothese mit Feedback

Ermüdung, Unsicherheit oder sogar Phantomschmerzen: Beinprothesen verhelfen Menschen nach einer Amputation zurück in den Alltag, können aber auch Probleme verursachen. Der Grund dafür ist einfach: Herkömmliche Prothesen übermitteln keine neuronalen Signale an das Gehirn der Patientinnen und Patienten. Informationen über Bewegung oder die Interaktion mit dem Boden kommen also nicht bei ihnen an. Mit einem internationalen Forschungsteam haben der Freiburger Mikrosystemtechniker Prof. Dr. Thomas Stieglitz und Prof. Dr. Stanisa Raspopovic, Professor für Neuroingenieurwissenschaften an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich, diese Herausforderung auf dem Gebiet der Neuroprothetik untersucht. Dafür wurden Elektroden in die Oberschenkel von Amputierten implantiert, die die Nerven stimulieren und so eine Kommunikation zwischen Hirn, Bein und Prothese herstellen. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Nature Medicine“ veröffentlicht.

Die Forschenden untersuchten zwei Personen, deren Bein oberhalb des Knies amputiert wurde. Sie implantierten ihnen jeweils vier Elektroden in den Nervus tibalis, den so genannten Schienbeinnerv. Sensoren stimulierten ihn und riefen das Gefühl hervor, dass sich das Knie bewegt und die Fußsohle den Boden berührt. Die Probanden erhöhten ihre Gehgeschwindigkeit und fühlten sich selbstbewusster, ihre geistige und körperliche Ermüdung nahm ab, und sie verspürten weniger Phantomschmerzen.

Die aktuelle Studie schließt an eine Erfindung aus dem Jahr 2012 an: Damals stellte das Team um Stieglitz Elektroden vor, die Amputierten zu einem fühlenden Handersatz verhelfen. Verbunden mit der Prothese „LifeHand 2“ liefern die Elektroden den Patienten einen künstlichen Tastsinn und befähigen sie dazu, Bewegungen der Hand zu kontrollieren. Bislang wurden alle grundlegenden Untersuchungen weltweit mit implantierten Elektroden durchgeführt, bei denen die Kabel durch die Haut nach außen geleitet wurden. Der nächste Schritt ist ein vollständig implantierbares System. Dann können die Wissenschaftler breit angelegte Studien über den klinischen Nutzen von Neuroprothesen, die sensorisches Feedback wiederherstellen, durchführen. Später wollen sie das fertig entwickelte und zugelassene Produkt auf den Markt bringen. Ein Zeitraum von bis zu zehn Jahren ist wegen der Regularien bei Medizinprodukten in Europa realistisch, auch wenn die heutigen Ergebnisse als vielversprechend gelten.

Originalveröffentlichung
Francesco Maria Petrini, Marko Bumbasirevic, Giacomo Valle, Vladimir Ilic, Pavle Mijović, Paul Čvančara, Federica Barberi, Natalija Katic, Dario Bortolotti, David Andreu, Knut Lechler, Aleksandar Lesic, Sanja Mazic, Bogdan Mijović, David Guiraud, Thomas Stieglitz, Ásgeir Alexandersson, Silvestro Micera, Stanisa Raspopovic (2019): Sensory feedback restoration in leg amputees improves walking speed, metabolic cost and phantom pain. In: Nature Medicine.

Thomas Stieglitz‘ Forschung zu Prothesen im Video