Prothese funktioniert wie menschliche Hand

Muskeln können nach Hand-Amputation durch Nerventransfers umfunktioniert werden. Die Vision einer intuitiv gesteuerten Prothese, die alle Funktionen der Hand ersetzen kann, könnte damit in den nächsten Jahren Realität werden.

Im Vergleich zu früher ermöglichen die Prothesen, die heute nach einer Hand-Amputationen verwendet werden, bereits hohe Fertigkeiten zur Bewältigung des Alltagslebens. Heute kann der Körper mit der Prothese durch einen chirurgischen Nerventransfer besser verbunden werden.  Funktionslos gewordene Nerven der amputierten Extremität werden dabei verlegt. Bisher war nicht geklärt, warum dies zu besseren Erfolgen führte. Ein Forschungsteam um Konstantin Bergmeister und Oskar Aszmann von der Abteilung für plastische und rekonstruktive Chirurgie sowie vom Christian Doppler Labor für Wiederherstellung der Extremitätenfunktionen der MedUni Wien konnte nun im Tiermodell einen Identitätswechsel des Muskels durch den Spendernerv als Ursache für den Erfolg nachweisen.

Chirurgischer Nerventransfer bei Operation

Bionische Prothesen werden gedanklich gesteuert, indem sie die Aktivierung verbliebener Muskeln im Extremitätenstumpf registrieren. Theoretisch wäre es möglich, mit den Prothesen allerneuester Generation ähnlich viele Bewegungen wie mit der gesunden menschlichen Hand durchzuführen. Allerdings ist die Anbindung zwischen Mensch und Prothese bisher noch nicht in der Lage, alle mechanisch möglichen Funktionen zu steuern, weil die Schnittstelle zwischen Mensch und Prothese in ihrer Übertragung limitiert ist. „Wenn dieses Problem gelöst ist, könnte mithilfe neuester Prothesen tatsächlich ein intuitiv wirkender Extremitätenersatz realisiert werden, der wie die menschliche Hand funktioniert“, betonen die Forscher.

Damit eine Bewegung der Prothesen überhaupt möglich ist, werden während der Amputation chirurgische Nerventransfers eingesetzt, um die Gesamtanzahl der Muskel-Steuersignale zu erhöhen. Amputierte periphere Nerven werden dabei mit verbliebenen Muskeln im Amputationsstumpf neu verbunden. Diese Methode gilt als sehr erfolgreich, weil die betroffenen Muskeln nach einigen Monaten regenerieren und zur besseren Steuerung der Prothese dienen. Ungeklärt war bisher allerdings, welche Veränderungen diese Nerventransfers im Detail auf Muskeln und Nerven haben.

Präzisere Muskelkontraktilität

Ein Forschungsteam um Konstantin Bergmeister und Oskar Aszmann von der Abteilung für plastische und rekonstruktive Chirurgie (Leiterin: Christine Radtke) sowie des Christian Doppler Labors für Wiederherstellung der Extremitätenfunktion der MedUni Wien konnte in einer mehrjährigen experimentellen Studie nun zeigen, dass es durch die Anwendung dieser Nerventransfers zu bisher unbekannten neurophysiologischen Effekten kommt. Diese ermöglichen eine präzisere Muskelkontraktilität und führen zu Muskelsignalen, die viel feiner steuerbar sind, als bisher vermutet.

Muskeln ändern ihre Identität

Außerdem zeigte sich, dass die Muskeln die Identität der Spendernerven annehmen, also die Funktion jenes Muskels übernehmen, woher der Nerv ursprünglich stammt. Das bedeutet, dass die Muskeln in genau der Weise änderbar sind, um die erwünschte Steuerleistung der verlorenen Extremität zu erzielen. Um die chirurgische Technik der Nerventransfers weiter zu verbessern und Steuersysteme präziser auf die feinen Signale abzustimmen, sollen diese Informationen in Folgestudien genützt werden. Die Vision einer intuitiv gesteuerten Prothese, die alle Funktionen der Hand ersetzen kann, könnte in den nächsten Jahren Realität werden.

Service:
“Peripheral nerve transfers change target muscle structure and function.” K. D. Bergmeister, M. Aman, S. Muceli, I. Vujaklija, K. Manzano-Szalai, E. Unger, R. A. Byrne, C. Scheinecker, O. Riedl, S. Salminger, F. Frommlet, G. H. Borschel, D. Farina, O. C. Aszmann,
Sci. Adv. 5, eaau2956 (2019).

Die Studie, die im Top-Journal Science Advances publiziert wurde, wurde als internationales Kooperationsprojekt mit dem Imperial College of London sowie Kooperationspartnern an der MedUni Wien durchgeführt. Eine Förderung erfolgte durch den ERC Advanced Grant DEMOVE (D.F. contract #: 267888) und von der Christian Doppler Forschungsgesellschaft des österreichischen Bundesministeriums für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft.

Quelle: Medizinische Universität Wien

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