Voll inte­griert und sen­si­bel: Neu­es bio­ni­sches Prothesensystem

Die medizinische Universität Wien informierte Ende April über die Versorgung der ersten vier Test-Anwender mit der „weltweit ersten voll integrierten bionischen Armprothese“. Im Gespräch mit der OT-Redaktion erläutert Univ. Prof. Oskar Aszmann, Teamleiter des klinischen ­Labors für Bionische Extremitätenkonstruktion an der Universitätsklinik für Chirurgie der Medizinischen Universität (MedUni) Wien, was diese Neuentwicklung auszeichnet, für welche Patienten sie sich eignet und was das Labor im nächsten Schritt plant.

OT: Was hat Sie und Ihre Part­ner bewo­gen, an der Wei­ter­ent­wick­lung bio­ni­scher Arm­pro­the­sen zu forschen?

Oskar Asz­mann: Ich arbei­te seit 2007 an bio­ni­schen Arm­pro­the­sen. Aus­lö­ser war ein jun­ger Mann, der durch einen Strom­aus­fall bei­de Arme ver­lo­ren hat­te, und für den klas­si­sche Ver­sor­gun­gen sicher zu kurz gegrif­fen hät­ten. Bio­lo­gi­sche Alter­na­ti­ven, wie eine Hand- oder Arm­trans­plan­ta­ti­on, kamen nicht infra­ge und so muss­ten wir in Bezug auf pro­the­ti­sche Rekon­struk­ti­on nach neu­en Lösun­gen suchen. Im Rah­men die­ser Suche bin ich auf Dr. Hans Dietl, dem dama­li­gen CEO von Otto­bock Öster­reich, gesto­ßen. Sehr schnell hat sich zwi­schen uns eine frucht­ba­re Zusam­men­ar­beit ent­wi­ckelt, wel­che bis heu­te ein beträcht­li­ches For­schungs­feld eröff­net hat. Die Med­Uni Wien hat gemein­sam mit der For­schungs- und Ent­wick­lungs­ab­tei­lung von Otto­bock und dem Reha­bi­li­ta­ti­on Insti­tu­te Chi­ca­go die ers­ten gedan­ken­steu­er­ten Arm­pro­the­sen ent­wi­ckelt. Der Clou dar­an war die Gestal­tung des „Inter­face“: Das heißt die Mög­lich­keit, eine Viel­zahl von Bio-Signa­len für die Bewe­gung der Pro­the­se vom Kör­per in die Pro­the­se zu lei­ten. Aller­dings waren die­se Pro­the­sen sehr schwer, sie konn­ten nicht ohne frem­de Hil­fe ange­legt wer­den und die Signal­über­lei­tung war nicht immer sta­bil und funk­tio­nier­te nur als Ein­bahn­stra­ße von Mensch zu Maschi­ne. Hier gab es also genü­gend Poten­zi­al für Weiterentwicklungen.
Bei Pati­en­ten nach Hand­ver­lust gibt es aus­rei­chend gute Sys­te­me am Markt. Bei Ampu­ta­tio­nen ober­halb des Ellen­bo­gens sieht das ganz anders aus. Hier kön­nen Pro­the­sen aber nur schwer sta­bil ange­bracht wer­den und die Signal­über­tra­gung ist limi­tiert, feh­ler­an­fäl­lig und meist unzu­rei­chend, um den All­tag selbst­stän­dig zu meis­tern. Um unab­hän­gig von Assis­tenz zu wer­den, brau­chen Anwen­der mit Ampu­ta­tio­nen ober­halb des Ellen­bo­gens Pro­the­sen, die wei­te­re Bewe­gun­gen aus­füh­ren können.
Vor die­sem Hin­ter­grund ent­stand für uns ein kla­res Auf­ga­ben­ge­biet: Die Anzahl und Qua­li­tät der Bio-Signa­le­ von Mensch zu Maschi­ne zu erwei­tern und zu ver­bes­sern sowie die Anbin­dung der Pro­the­se an den Men­schen sta­bi­ler und kom­for­ta­bler zu machen. Bei­des geht Hand in Hand, je sta­bi­ler die Pro­the­se passt, des­to sta­bi­ler kön­nen die Signa­le gesen­det und emp­fan­gen wer­den. Nicht zu ­unter­schät­zen ist zudem, dass die Pass­ge­nau­ig­keit der Pro­the­se und die Anzahl der Bewe­gungs­mög­lich­kei­ten die Akzep­tanz der Pro­the­se durch den Anwen­der erhöht.

OT: Wie haben Sie das Pro­jekt finanziert?

Asz­mann: In Öster­reich gibt es eine För­der­schie­ne, wel­che spe­zi­el­le Pro­jek­te im Rah­men einer Public-Pri­va­te Part­ners­hip unter­stützt. Die Chris­ti­an Dopp­ler For­schungs­ge­sell­schaft hat in Fol­ge unse­re Kon­zep­te gemein­sam mit der Fir­ma Otto­bock Health­ca­re Pro­ducts von 2012–2019 unter­stützt. Die Pro­jek­te sind in die­ser Zeit so umfas­send gewach­sen, sodass der Euro­pean Rese­arch Coun­cil (ERC) 2018 das Fol­ge­pro­jekt „Natu­ral Bio­nicS“, wel­ches sich mit Bio­ni­scher Rekon­struk­ti­on und der Ent­wick­lung inno­va­ti­ver Bio­nik-Tech­no­lo­gien befass­te, ins­ge­samt 10 Mil­lio­nen Euro For­schungs­sum­me zusprach. Die­ses Pro­jekt stellt eine Zusam­men­ar­beit mit Dario Fari­na vom Impe­ri­al Col­le­ge in Lon­don und Anto­nio Bic­chi von Ita­lie­ni­schen Insti­tut für Tech­no­lo­gie in Genua dar und hat eine Lauf­zeit bis Ende 2026.
Damit hat­ten wir genug Mit­tel, um uns gemein­sam mit den Koope­ra­ti­ons­part­nern an die Lösung der Auf­ga­be zu machen, und die For­schungs­sum­me hat zur Grün­dung des kli­ni­schen Labors für Bio­ni­sche Extre­mi­tä­ten­re­kon­struk­ti­on an der Med­Uni Wien geführt.

OT: Wer sind die Kooperationspartner?

Asz­mann: Schon vom ers­ten Moment an ent­stand ein mul­ti­na­tio­na­les Netz­werk, des­sen Mit­glie­der bis heu­te eng zusam­men­ar­bei­ten. Die­ses Netz­werk ist vor allem auf­grund der unter­schied­li­chen Exper­ti­sen not­wen­dig. Ent­wick­lun­gen auf dem Gebiet bio­me­di­zi­ni­scher Tech­nik, Neu­ro­bio­lo­gie, Elek­tro­in­ge­nieur­we­sen, chir­ur­gi­scher For­schung und Phy­sio­lo­gie waren not­wen­dig, um die­se Auf­ga­ben lösen zu kön­nen. Hier sind vor allem Rickard Brå­ne­mark vor­mals am Sah­l­grens­ka Uni­ver­si­ty Hos­pi­tal in Gothen­burg und inzwi­schen am Mas­sa­chus­setts Insti­tu­te of Technology­a (Cen­ter für Extre­me Bio­nics) tätig, und Max Ortiz Cata­lan vom Depart­ment of Electri­cal Engi­nee­ring, Chal­mers Uni­ver­si­ty of Tech­no­lo­gy sowie Otto Bock Health­ca­re Pro­ducts, zu nennen.

OT: Wie sah die Zusam­men­ar­beit der Part­ner aus?

Asz­mann: Eine sol­che Zusam­men­ar­beit funk­tio­niert nur mit einer kla­ren Tei­lung der Auf­ga­ben und Ver­ant­wor­tun­gen, damit nichts ver­ges­sen oder zwei Mal ange­fasst wird.
Mit Rickard Brå­ne­mark haben wir den Exper­ten für Osseo­in­te­gra­ti­on an Bord. Max Ortiz Cata­lan und Enzo Masti­nu sind für das Herz­stück die­ses Implan­ta­tes ver­ant­wort­lich: die elek­tro­ni­schen Bau­tei­le, die die Signa­le von Mensch zur Maschi­ne und zurück zum Men­schen lei­ten sol­len und dies unter Ein­be­zie­hung der osseo­in­te­grier­ten Pro­the­se. Mei­ne Auf­ga­be war es, die Ner­ven ent­spre­chend zu ver­la­gern, damit die elek­tro­ni­schen Bau­tei­le best­mög­lich mit dem Ner­ven­sys­tem der Pati­en­ten ver­knüpft wer­den und damit mehr Bio-Signa­le als bis­her üblich abge­lei­tet und emp­fan­gen wer­den können.

OT: Wie sieht das Sys­tem im Ein­zel­nen aus?

Asz­mann: Auf­ga­ben­stel­lung war eine sta­bi­le­re Anbrin­gung der Arm­pro­the­se und eine Ver­bes­se­rung der Bio-Signa­le. Des­halb brin­gen wir im ers­ten Schritt die Pro­the­se als osseo­in­te­grier­te Vari­an­te an, set­zen also ein Implan­tat in den Kno­chen. Am Implan­tat wird die Arm­pro­the­se ­direkt ange­bracht. Fes­ter und sta­bi­ler kann man eine Pro­the­se nicht anbringen.
Außer­dem erlaubt das Implan­tat, dass wir im zwei­ten Schritt die Kabel, die wir für den Signal-Trans­port brau­chen, hier­in ver­ste­cken. Kabel müs­sen also nicht durch die Haut geführt wer­den, was für Anwen­der sehr gewöh­nungs­be­dürf­tig ist.
Mit dem im Kör­per inte­grier­ten elek­tro­ni­schen Bau­teil kön­nen wir sechs High-Fidel­ty-Signa­le glas­klar ablei­ten und sechs Bewe­gun­gen ermög­li­chen. Außer­dem sen­den die maschi­nel­len Fin­ger wie­der­um Rück­mel­dun­gen über ihre Bewe­gung an den Men­schen. Damit ist die­ses Pro­the­sen­sys­tem auch welt­weit das ers­te bidi­rek­tio­na­le voll implan­tier­te Sys­tem, wel­ches Ner­ven­si­gna­le in die Pro­the­se schickt und wie­der zurückleitet.
Anwen­der kön­nen somit viel bes­ser als bis­her die „sen­si­ble“ Pro­the­se als einen Teil von sich selbst begrei­fen und anneh­men. Die­ser Effekt wird ver­stärkt, weil die osseo­in­te­grier­te Pro­the­se eben direkt am Ske­lett des Pati­en­ten hängt und sehr ein­fach an- und abge­legt wer­den kann.

OT: Wie hoch ist der chir­ur­gi­sche Aufwand?

Asz­mann: Im Durch­schnitt dau­ert so eine Ope­ra­ti­on sechs Stun­den. Im OP brau­chen sie ein Team von etwa zehn Top-Spe­zia­lis­ten, zu denen übri­gens auch Max Ortiz Cata­lan und zwei sei­ner Tech­ni­ker gehö­ren. Denn wir prü­fen im OP, ob die sechs Signa­le auch wirk­lich sen­den. Bis­her haben wir vier Pati­en­ten mit dem Plug-and-Play-Sys­tem aus­ge­stat­tet. Dabei haben wir natür­lich auch die eine oder Ecke oder Kan­te ent­deckt, die wir im fol­gen­den Pro­zess noch ver­bes­sern kön­nen. Wei­te­re elf Pati­en­ten wur­den vom Ethik­rat der Uni­ver­si­tät Göte­borg für das Ver­fah­ren frei­ge­ge­ben und war­ten noch auf den Eingriff.

OT: Bei wel­chen Indi­ka­tio­nen hal­ten Sie den Ein­satz der neu­en Pro­the­se für sinnvoll?

Asz­mann: Grund­sätz­lich ist das Sys­tem für alle Pati­en­ten geeig­net, an deren Ober­ar­men Pro­the­sen­schäf­te nicht mehr oder nur sehr insta­bil ange­bracht wer­den kön­nen, also bei allen ober­halb des Ell­bo­gens Ampu­tier­ten. Bei Ampu­ta­tio­nen unter­halb des Ellen­bo­gens gibt es wie gesagt bereits weni­ger auf­wen­di­ge und gute Ver­sor­gungs­kon­zep­te. Aber natür­lich muss man immer – wie bei jeder Pro­the­sen­ver­sor­gung – das sozio-öko­no­mi­sche Umfeld betrach­ten, die psy­chi­sche und phy­si­sche Ver­fas­sung beach­ten und die indi­vi­du­el­len Bedürf­nis­se mit ein­kal­ku­lie­ren. Der­zeit kann die Anpas­sung die­ses Pro­the­sen­sys­tems nur von weni­gen Spe­zia­lis­ten durch­ge­führt wer­den, sodass ein hoher Kos­ten­auf­wand dahintersteckt.

OT: Wie lan­ge brauch­ten die vier Test-Anwen­der für die Eingewöhnung?

Asz­mann: Das kommt dar­auf an. Wenn ein Pati­ent bereits eine osseo­in­te­grier­te Pro­the­se besaß, fällt die post­ope­ra­ti­ve Abhei­lung sehr viel schnel­ler aus. Wenn wir bei null anfan­gen, muss der Pati­ent mit etwa drei Mona­ten Abhei­lungs­pro­zess des Implan­tats rech­nen und wei­te­ren drei Mona­ten, bis die Bio-Signa­le in bei­den Rich­tun­gen ein­ge­übt sind. Wir gehen daher von drei bis sechs Mona­ten aus, bis die Pro­the­se voll ein­satz­be­reit ist. Für die Pati­en­ten ist die­se Ver­sor­gung ein Mei­len­stein, den wir alle noch vor Jah­ren nicht hoff­ten, errei­chen zu kön­nen. Für uns alle im Pro­jekt­team ist zudem die mul­ti­na­tio­na­le und mul­ti­pro­fes­sio­nel­le Zusam­men­ar­beit ein Gewinn.

OT: Wel­che Rol­le spie­len Ortho­pä­die-Tech­ni­ker beim Versorgungsprozess?

Asz­mann: Wir arbei­ten im Labor seit rund 15 Jah­ren mit zwei sehr erfah­re­nen Ortho­pä­die­tech­ni­kern zusam­men, die über zahl­rei­che Wei­ter­bil­dungs­zer­ti­fi­ka­te ver­fü­gen und sich mit kom­ple­xen und expe­ri­men­tel­len Ver­sor­gun­gen aus­ken­nen. Einer von bei­den ist auch immer bei unse­ren wöchent­li­chen Sprech­stun­den dabei. Auch für unser neu­es Sys­tem gilt, dass Ortho­pä­die­tech­ni­ker immer früh­zei­tig ein­ge­bun­den wer­den soll­ten. Aller­dings braucht es für das Plug-and-Play-Sys­tem wirk­lich sehr erfah­re­ne und umfas­send aus- und wei­ter­ge­bil­de­te Tech­ni­ker, die sich ins­be­son­de­re auf dem Gebiet der Osseo­in­te­gra­ti­on auskennen.

OT: Geht ihre Koope­ra­ti­on weiter?

Asz­mann: Auf jeden Fall! Selbst die Coro­na-Pan­de­mie konn­te uns nicht aus­ein­an­der­brin­gen (lacht). Ist das Ver­trau­en off­line erst auf­ge­baut, funk­tio­niert die Zusam­men­ar­beit auch per Inter­net her­vor­ra­gend. Manch­mal sogar ­fokus­sier­ter als offline.

OT: Wor­an arbei­ten Sie derzeit?

Asz­mann: Wir haben mit dem voll inte­grier­ten Pro­the­sen­sys­tem einen wich­ti­gen Schritt in die rich­ti­ge Rich­tung ­getan. Im nächs­ten Schritt, also in den nächs­ten etwa fünf Jah­ren, gilt es, die Signal­über­tra­gung von Kabel auf kabel­los umzu­stel­len. Das bio­lo­gi­sche Milieu ist für elek­tri­sche Bau­tei­le sehr aggres­siv, sodass die zumin­dest bis­her ver­wen­de­ten Kabel kei­ne unbe­grenz­te Lebens­dau­er haben. ­Jeder Aus­tausch eines Kabels oder Kabel­stücks bedeu­tet aber eine neue auf­wen­di­ge und immer mit einem gewis­sen Risi­ko behaf­te­te Ope­ra­ti­on für den Anwen­der. Des­halb arbei­ten wir der­zeit an der kabel­lo­sen Über­tra­gung der ­Ner­ven­si­gna­le bei glei­cher Signalqualität.

Die Fra­gen stell­te Ruth Justen.

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