Une femme qui a perdu son bras dans un accident agricole et qui a souffert de douleurs dans un membre fantôme a reçu une prothèse bionique révolutionnaire qui s’intègre à son squelette et à son système nerveux, améliorant considérablement sa qualité de vie. Cette technologie transformatrice, mise au point par des chercheurs multidisciplinaires, offre une solution ostéointégrée qui garantit une fixation mécanique et un contrôle fiable, promettant une nouvelle ère dans le remplacement des membres artificiels. Crédit : Ortiz-Catalan et al.
Une Suédoise qui a perdu sa main droite à la suite d’un accident agricole s’est vu implanter une nouvelle interface homme-machine dans ses os, ses nerfs et ses muscles résiduels.
La vie de Karin a pris une tournure dramatique lorsqu’un accident agricole lui a arraché le bras droit il y a plus de 20 ans. Depuis lors, elle a enduré d’atroces douleurs au membre fantôme.
« J’avais l’impression d’avoir constamment la main dans un hachoir à viande, ce qui créait un niveau de stress élevé et je devais prendre de fortes doses de divers analgésiques. »
En plus de sa douleur insurmontable, elle a constaté que les prothèses conventionnelles étaient inconfortables et peu fiables, et donc peu utiles dans la vie quotidienne. Tout cela a changé lorsqu’elle a bénéficié d’une technologie bionique révolutionnaire qui lui a permis de porter confortablement une prothèse beaucoup plus fonctionnelle toute la journée. L’intégration plus élevée entre le bionique et le membre résiduel de Karin a également soulagé sa douleur.
La première personne amputée sous le coude à recevoir une main bionique directement connectée à son système neuromusculo-squelettique. Crédit : Ortiz-Catalan et al., Sci. Rob., 2023
« Pour moi, cette recherche signifie beaucoup, car elle m’a donné une vie meilleure. »
Une fusion remarquable entre l’humain et la machine
La fixation mécanique et le contrôle fiable des membres prothétiques sont deux des plus grands défis du remplacement de membres artificiels. Les personnes ayant perdu un membre rejettent souvent même les prothèses sophistiquées disponibles dans le commerce pour ces raisons, ce qui signifie une fixation douloureuse et inconfortable avec un contrôle limité et peu fiable.
Un groupe multidisciplinaire d’ingénieurs et de chirurgiens a résolu ces problèmes en développant une interface homme-machine permettant à la prothèse d’être confortablement fixée au squelette de l’utilisateur par ostéointégration, tout en permettant également une connexion électrique avec le système nerveux via des électrodes implantées dans les nerfs et les muscles.
Description et démonstration de la première prothèse neuromusculo-squelettique sous le coude. Crédit : Ortiz-Catalan et al., Sci. Rob., 2023
La recherche a été dirigée par le professeur Max Ortiz Catalan, responsable de la recherche sur les prothèses neuronales au Bionics Institute en Australie et fondateur du Centre de recherche sur la bionique et la douleur (CBPR) en Suède.
« Karin a été la première personne amputée sous le coude à bénéficier de ce nouveau concept de main bionique hautement intégrée qui peut être utilisée de manière indépendante et fiable dans la vie quotidienne. Le fait qu’elle puisse utiliser sa prothèse confortablement et efficacement dans ses activités quotidiennes depuis des années est un témoignage prometteur des capacités potentielles de changement de vie de cette nouvelle technologie pour les personnes confrontées à la perte d’un membre.
Les défis à ce niveau d’amputation résident dans les deux os (radius et cubitus) qui doivent être alignés et chargés de manière égale, et dans le fait que peu d’espace est disponible pour les composants implantés et prothétiques. L’équipe de recherche a néanmoins réussi à développer un implant neuromusculo-squelettique adapté, permettant de connecter le système de contrôle biologique de l’utilisateur (le système nerveux) au système de contrôle électronique de la prothèse.
Karin avec sa main bionique intégrée et le professeur Max Ortiz Catalan. Crédit : Ortiz-Catalan et al., Sci. Rob., 2023
« Notre approche chirurgicale et technique intégrée explique également la réduction de la douleur, car Karin utilise désormais à peu près les mêmes ressources neuronales pour contrôler la prothèse que pour sa main biologique manquante. »
Le traitement et la prévention de la douleur post-amputation constituent un autre objectif majeur de l’équipe du professeur Ortiz Catalan. À ce sujet, Karin dit avoir désormais « un meilleur contrôle sur ma prothèse, mais surtout, mes douleurs ont diminué. Aujourd’hui, j’ai besoin de beaucoup moins de médicaments.
Une caractéristique clé de la nouvelle technologie bionique est la fixation squelettique de la prothèse via l’ostéointégration ; le processus par lequel le tissu osseux embrasse le titane, créant une connexion mécanique solide.
Professeur Rickard Brånemark, affilié de recherche à MIT, professeur agrégé à l’université de Göteborg et PDG d’Integrum, a dirigé l’opération et a travaillé sur l’ostéointégration des prothèses de membres depuis leur première utilisation chez l’homme : « L’intégration biologique des implants en titane dans le tissu osseux crée des opportunités pour faire progresser davantage les soins aux amputés. En combinant l’ostéointégration avec la chirurgie reconstructive, les électrodes implantées et l’IA, nous pouvons restaurer les fonctions humaines d’une manière sans précédent. Le niveau d’amputation sous le coude présente des défis particuliers, et le niveau de fonctionnalité atteint marque une étape importante pour le domaine des reconstructions avancées des extrémités dans son ensemble.
La main bionique hautement intégrée en service. Crédit : Ortiz-Catalan et al., Sci. Rob., 2023
Les nerfs et les muscles du membre résiduel ont été réorganisés pour fournir davantage de sources d’informations sur le contrôle moteur à la prothèse.
Le Dr Paolo Sassu a réalisé cette partie de l’intervention chirurgicale qui s’est déroulée à l’hôpital universitaire Sahlgrenska en Suède, où il a également dirigé la transplantation de première main réalisée en Scandinavie : « En fonction des conditions cliniques, nous pouvons offrir à nos patients la meilleure solution qui soit. tantôt biologique avec une transplantation de main, tantôt bionique avec une prothèse neuromusculo-squelettique. Nous nous améliorons continuellement dans les deux domaines. Le Dr Sassu travaille actuellement à l’Istituto Ortopedico Rizzoli en Italie et au Centre de recherche en bionique et sur la douleur en Suède.
« Le projet DeTOP, financé par la Commission européenne », déclare le professeur Christian Cipriani, coordinateur de la Scuola Sant’Anna de Pise, « a offert une grande opportunité de collaboration qui a rendu possible la consolidation des technologies prothétiques et robotiques de pointe disponibles dans nos institutions, cela peut avoir un impact formidable sur la vie des gens.
La main robotique développée par Prensilia, appelée Mia Hand, comportait des composants moteurs et sensoriels uniques qui permettaient à l’utilisateur d’effectuer 80 % des activités de la vie quotidienne. « L’acceptation de la prothèse est essentielle à son utilisation réussie », déclare le Dr Francesco Clemente, directeur général de Prensilia. « Outre les performances techniques, Prensilia a eu du mal à développer une main entièrement personnalisable sur le plan esthétique. Mia Hand est née pour être montrée et non cachée. Nous voulions que les utilisateurs soient fiers de ce qu’ils sont plutôt que d’avoir honte de ce qui a été perdu.
Ce travail était l’un des principaux résultats d’un projet financé par la Commission européenne dans le cadre d’Horizon 2020 appelé DeTOP (GA #687905). La recherche a également été financée par la Fondation Promobilia, la Fondation IngaBritt et Arne Lundbergs et le Conseil suédois de la recherche (Vetenskapsrådet).
