Handprothesen die kunnen ‘voelen’

Het is wetenschappers gelukt om een Zweedse patiënt ‘gevoel’ te geven in zijn prothese. De nieuwe prothese, waarbij ook elektroden worden ingebracht in het lichaam, biedt nieuwe hoop aan patiënten. Mogelijk kunnen ze hierdoor weer dingen doen die tot nu toe onmogelijk leken.

In januari 2013 kreeg een Zweedse man als eerste ter wereld een klikprothese voor zijn onderarm met directe aansluiting op niet alleen zijn bot, maar ook op spieren en zenuwen. Ruim 1,5 jaar later zijn de effecten nog steeds stabiel. Onderzoeker Max Ortiz-Catalan en zijn collega’s schrijven er deze week over in Science Translational Medicine.

Bij een klikprothese wordt de prothese direct aan het bot bevestigd. De patiënt ‘klikt’ zijn prothese via een opening in de huid vast aan een metalen, in het beenmerg gelegen, pen in het bot. Doordat de prothese direct vast zit aan het skelet is er geen prothesekoker meer nodig. Hierdoor zakt de prothese niet af, ontstaan er geen huidproblemen zoals transpiratie en irritatie, en is aan- en uittrekken heel eenvoudig. Bij de klikprotheses die nu beschikbaar zijn voor patiënten worden er echter geen zenuwen en spieren aangesloten. In de nieuw geteste prothese van Ortiz-Catalan gebeurde dat wel, met behulp van onderhuids geplaatste elektrodes.

Gevoelskaart van het brein

Het is al langer mogelijk om patiënten met een onderarmprothese weer dingen te laten ‘voelen’ in het lab. Dat gebeurt met geïmplanteerde elektrodes die om een bundel zenuwcellen in de huid van de bovenarm liggen, een beetje zoals een onderhuidse armband. Daardoor beschadigen de zenuwen nauwelijks, in tegenstelling tot wanneer je de elektrode direct in de zenuw brengt. In het lab worden de elektrodes verbonden met een computersysteem.
 

Een Zweedse patiënt demonstreert zijn klikprothese.
 

Een Amerikaanse onderzoeksgroep onder leiding van Dustin Tyler, schrijft over de successen met deze elektrodes in hetzelfde nummer van Science Translational Medicine. De wetenschappers volgden twee patiënten respectievelijk 2,5 en 1,5 jaar. Patiënt één, Igor Spetic, verloor vier jaar geleden zijn rechterhand. Al voordat hij zijn hand verloor, liet hij anderen watten voor hem pakken. De structuur gaf hem kippenvel. Inmiddels krijgt hij kippenvel als een onderzoeker met een watje over zijn handprothese wrijft terwijl hij zelf geblinddoekt is. Dat watje voelt hij niet. Maar zijn brein herkent de aanraking onmiddellijk. Dat komt omdat een computer elektrische signalen naar de zenuwbundels in zijn arm en stuurt die de signalen weer doorgeeft aan het brein. De delen in zijn brein die gevoel in de hand waarnemen, worden als het ware gereactiveerd. Volgens Tyler maakt iedereen een ‘gevoelskaart’ in zijn brein aan waarmee je een bepaalde input kunt koppelen aan een gevoel dat je eerder hebt gehad. Sommige delen daarvan staan bij patiënten met een amputatie ‘uit’, maar kunnen met behulp van de elektrodes worden gereactiveerd.

Geen fantoompijn meer

Door de jaren heen hebben de wetenschappers verschillende elektrische patronen voor hun computersysteem ontwikkeld. Het brein herkent die verschillende signalen als aanraking met verschillende structuren. Zo kan Spetic nu schuurpapier onderscheiden, een geribbeld oppervlak en heeft hij meer controle over zijn knijpkracht in bijvoorbeeld een druif. Met behulp van de drie elektrodes kan hij op negentien verschillende plekken in zijn hand weer ‘voelen’. 'Als ik verbonden ben met de computer is het heel makkelijk om een druif te pakken, maar als hij uit staat, produceer ik veel druivensap', zegt de patiënt in een persbericht van Case Western Reserve University, die de techniek ontwikkelde. Groot bijkomend voordeel is dat Spetic geen last meer heeft van fantoompijn. Ook de tweede patiënt, Keith Vonderhuevel, geeft aan dat die pijn bijna verdwenen is. Nadeel van de techniek van Tyler is dat patiënten alleen in een lab kunnen voelen maar Tyler is hoopvol dat hij over een paar jaar zo ver is dat er een systeem is dat patiënten mee naar huis kunnen nemen.

Dat kan al bij de techniek van onderzoeker Ortiz-Catalan. Zijn patiënt, een vrachtwagenchauffeur uit Noord-Zweden, kan sinds de operatie zelfs de veters van zijn kinderen weer strikken en eieren pakken. De interface die hij kreeg, werkt twee kanten op; het kan zowel signalen van de prothese naar het brein sturen als ze ontvangen. Bij de methode van Ortiz-Catalan sluiten de wetenschappers de elektrodes ook op de ‘armband’-manier op de zenuwen aan. Daarnaast brengen ze elektrodes in contact met de spieren. Door de directe verbinding kan de patiënt zijn prothese preciezer bewegen en daardoor makkelijker kleine objecten pakken. Door de korte afstand tussen bron en elektrode kan activiteit van andere spieren de signalen niet verstoren. Hierdoor heeft de patiënt meer controle. Ook Ortiz-Catalan is optimistisch over de toekomst en hoopt dat zijn methode op korte termijn voor meer patiënten beschikbaar komt.

Veelbelovend

Alhoewel het nog maar om drie proefpersonen en hun observaties gaat, zijn de resultaten veelbelovend te noemen, vinden ook de twee auteurs van een beschouwend artikel dat in dezelfde editie van Science Translational Medicine verscheen. Ook revalidatiearts Henk van de Meent uit het Nijmeegse Radboudumc is enthousiast. Samen met traumachirurg Jan Paul Frölke past hij als enige arts in Nederland de klikprothese toe bij mensen met een beenamputatie. En een paar maanden terug plaatsten ze succesvol de eerste armklikprothese. Van de Meent: ‘Ik vind de resultaten geweldig fraai. Voor een beenprothese zijn ze minder relevant omdat je in je been een minder fijne motoriek nodig hebt. Met een been moet je voornamelijk kunnen staan en lopen. Daar heb je minder geavanceerde techniek voor nodig, de huidige computergestuurde beenprothesen voorzien hier al in. Maar voor de armklikprothese zijn dit prachtige resultaten en ik denk dat een toepassing voor een grotere patiëntengroep niet ver weg is.’

Met de prothese kan een patiënt delicate taken uitvoeren, zoals druiven van een tros plukken.