Ein neues bionisches Bein gibt Amputierten ihre Beweglichkeit zurück: „Es fühlt sich an wie ein Teil meines Körpers.“

Hugh Herr war ein jugendlicher Bergsteiger, der vor 43 Jahren beide Beine verlor, nachdem sie bei einer Besteigung des Mount Washington (New Hampshire, USA) erfroren und Gewebeschäden erlitten hatten. Diese persönliche Tragödie prägte nicht nur sein Leben, sondern auch sein Ziel: die Technologie für Amputierte für immer zu revolutionieren. Heute ist er einer der weltweit führenden Experten für Bionik und hat kürzlich einen Durchbruch im Prothesendesign vorgestellt, der seit Jahrzehnten kaum verändert wurde. Endlich geht ein bionisches Bein über die Wiederherstellung der Mobilität hinaus.

Dieser Ingenieur, der 2016 für seine Forschung mit dem Prinzessin-von-Asturien-Preis ausgezeichnet wurde, leitet am Massachusetts Institute of Technology (MIT) die Entwicklung fortschrittlicher bionischer Beinprothesen, die menschliche Bewegungen nachahmen, sowie von Knöchel- und Fußorthesen. Mit den bionischen Beinen, an deren Entwicklung er beteiligt war, kann er gehen, laufen und sogar in große Höhen klettern. Zusammen mit einem Team von Wissenschaftlern des MIT Yang Tan Collective ist Herr noch einen Schritt weiter gegangen, mit einem Ehrgeiz, der – wie in den Bergen – immer nach Höherem strebt. Er hat eine bionische Prothese entwickelt, die mit den Muskeln und Nerven des Körpers verbunden ist. Dadurch können sich Menschen mit Oberschenkelamputationen beweglicher bewegen als mit herkömmlichen Rehabilitationsgeräten.

Das neue System, die sogenannte osseointegrierte mechanoneurale Prothese (OMP), besteht aus einem am Oberschenkelknochen verankerten Implantat und einer myoneuralen Schnittstelle, die das Verhalten von Muskeln nachahmt. Dies geht aus einem wissenschaftlichen Artikel hervor, den Herr und sein Team heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht haben. Dank dieser Technologie kann der Amputierte die Prothese nicht nur präziser bewegen, sondern auch Sinneseindrücke wie die Position oder Bewegung des verlorenen Glieds wiedererlangen. „Unsere Prothese ist einzigartig, weil sie direkt mit dem Knochen verbunden ist und das Implantat Kabel zur Übertragung neuronaler Signale enthält“, erklärt Herr in einem Videogespräch mit EL PAÍS.

Ihm zur Seite steht der junge Wissenschaftler Tony Shu , dessen Doktorarbeit die Grundlage für den kürzlich veröffentlichten Artikel bildete. „Als ich dem Labor am MIT beitrat, standen mir viele neue Wege offen, aber während meines Master- und Doktoratsstudiums machten wir große Fortschritte“, erinnert er sich. An den klinischen Studien nahmen zwei Personen mit Oberschenkelamputationen teil. Anfangs waren die Wissenschaftler vorsichtig und zielten nur darauf ab, das Gehen und grundlegende Mobilität wiederherzustellen, doch mit der Zeit beobachteten sie, dass die Teilnehmer in der Lage waren, komplexere Aufgaben zu bewältigen.

In jedem Fall ermöglichte das OMP-System eine überlegene Mobilität bei verschiedenen Beinbewegungen in realen Situationen. Die Patienten konnten sich mit einer Natürlichkeit bewegen, die zuvor unerreichbar schien, beispielsweise beim Gehen über unebenes Gelände, beim sanften Aufstehen von einem Stuhl oder beim Kicken eines Balls . Selbst mit nur einem motorisierten Gelenk gaben die Probanden an: „Die Prothese fühlt sich an wie ein Teil meines Körpers.“

Imitieren Sie die menschliche Muskelkraft

Das System verfügt über Motoren, die von Lithium-Ionen-Batterien angetrieben werden. Dadurch kann die motorisierte Prothese Kraft erzeugen, die beispielsweise beim Treppensteigen hilft. Dies wird durch die Nachahmung der Muskelfunktion erreicht, was eine agilere und willkürlichere Bewegung ermöglicht. „Wir waren die Ersten, die neuromuskuläre Chirurgie, ein osseointegriertes Implantat und eine Robotersteuerung in einem einzigen System integriert haben“, sagt Tony Shu.

Eine der Haupteinschränkungen der Prothese besteht darin, dass sie nur das Knie betrifft . Das menschliche Bein ist mehr als das, da auch Knöchel und Fuß komplexe Bewegungen ausführen. „Diese zusätzlichen Freiheitsgrade fehlen“, räumt der junge Forscher ein.

Obwohl die Erfindung noch mit einigen Herausforderungen konfrontiert ist, sind die Forscher optimistisch. Systeme, die sich direkt in den Körper integrieren – wie die OMP, die Knochen, Muskeln und Nerven verbindet – markieren möglicherweise den Beginn einer neuen Generation von Geräten. Einer Art Prothese, die nicht nur die Mobilität wiederherstellt, sondern auch einen wesentlichen Teil der menschlichen Erfahrung wiederherstellt.

Für Hugh Herr besteht die nächste Herausforderung darin, das Lesen von Muskelsignalen zu perfektionieren. Derzeit werden implantierte Elektroden verwendet, um die Absichten des Benutzers zu verstehen. „In Zukunft planen wir, magnetische Sensoren auf der Haut einzusetzen“, sagt er. Ziel ist es, Muskelbewegungen und -kraft präziser zu messen.

„Wenn Sie nach einer Analogie suchen, denken Sie an die Formel 1 oder die Weltraumforschung. Diese Bereiche bringen die Technologie an ihre Grenzen, und diese Fortschritte kommen dann auch beim Durchschnittsverbraucher an. Wir gehen nicht davon aus, dass diese Prothese jemals auf den Markt kommt, aber wir glauben, dass einige ihrer Komponenten es schaffen werden“, meint Shu.