Da Capitan Uncino alla mano bionica

Read time: 5 mins

«Di’ Smee. Sai cosa ha fatto Peter alla mia mano? L’ha gettata ad un coccodrillo!»
(Peter Pan, J.M.Barrie)

Chi non si ricorda il famoso Capitan Uncino, pirata nato dalla penna di J.M. Barrie, che perse una mano durante un duello con l’eterno bambino Peter Pan e al suo posto si ritrovò con un uncino.
Se solo Capitan Uncino fosse nato ai giorni nostri forse il suo problema avrebbe trovato una soluzione alternativa.
La bionica, oggi, permette a chi ha subito una mutilazione, un’amputazione o è nato con una malformazione congenita di recuperare, parzialmente o totalmente, l’utilizzo dell’arto mancante o malfunzionante.

Ma che cos’è la bionica? 

Si tratta di quella branca della bioingegneria che applica la cibernetica alla riproduzione di funzioni degli organismi viventi descritte dalla fisiologia per la creazione, ad esempio, di arti artificiali che fanno parte del sistema nervoso o che sono controllati da esso.
Oggi la tecnologia e la medicina hanno fatto notevoli passi avanti, gli arti artificiali si sono evoluti: dai semplici arti posticci, riproduzioni più o meno estetiche degli originali, a veri e propri arti robotici funzionanti.
La perdita di un arto è un fatto fisicamente e psicologicamente devastante che può rendere estremamente difficile compiere anche le attività quotidiane più basilari.
Depressione, ansia, stress post-traumatico sono aspetti che si vedono quotidianamente in persone con un‘amputazione degli arti superiori. In più vi è anche l’impatto sull’interazione sociale: le persone parlano con le loro mani, si salutano tra di loro con una stretta di mano e stringono le mani come segno di affetto. Grazie alla bionica è possibile ritornare ad utilizzare entrambe le mani.
Gli arti bionici rispondono ai comandi cerebrali, così come farebbe il normale arto, noi pensiamo ad un movimento, il cervello invia il comando, e l’arto esegue. L’opposto avviene per le sensazioni, l’arto sente, invia l’informazione al cervello che la registra e re-indirizza un comando di conseguenza.

Todd Kuiken, Direttore del Center for Bionic Medicine e Direttore dell’Amputee Services al The Rehabilitation Institute of Chicago (RIC), ha sviluppato nel 2002 la procedura di Targeted Muscle Reinnervation (TMR) per l’amputazione degli arti superiori. Si tratta di una nuova procedura chirurgica innovativa. I nervi recisi durante l’amputazione vengono reindirizzati a muscoli che ormai non hanno più alcuna funzione, come per esempio quelli che controllavano il gomito, il polso o la mano, e che ora fungono da amplificatore biologico del segnale che il cervello indirizza attraverso questi nervi, generando un segnale elettrico che può essere utilizzato per controllare una protesi. In alcuni casi, laddove manca l’intero braccio, i nervi che controllano l’arto sono reindirizzati nella zona pettorale, in questo modo il segnale da loro trasmesso può essere amplificato e captato da elettrodi. TMR oggi è una procedura chirurgica standard e viene eseguita in tutto il mondo. Utilizzando questa tecnologia Kuiken e il suo team hanno sviluppato il primo braccio bionico che si connette con il sistema nervoso umano. Gli studi in questo campo continuano a produrre nuove soluzioni.

Grazie all’avanzamento delle ricerche che integrano la fisiologia con la tecnologia, condotte dal gruppo di Oskar Aszmann dell'Università di Vienna, in collaborazione con l'italiano Dario Farina, direttore del Dipartimento di Ingegneria della Neuroriabilitazione all'Università di Gottingen, oggi è possibile restituire l’utilizzo degli arti superiori a chi ha subito lesioni al plesso brachiale. Il plesso brachiale è quel sistema di nervi che trasmette dalla spina dorsale i segnali nervosi alle braccia e alle mani permettendone movimenti e sensibilità. Un suo danno porta alla perdita dell’uso della mano.
La nuova sperimentazione è stata condotta su tre pazienti che hanno perso completamente l’uso della mano a causa di una lesione al plesso brachiale e non hanno riacquistato le funzionalità motorie neanche a seguito della ricostruzione del plesso o di altri interventi.

Poiché il plesso è stato ricostruito il segnale dal cervello arriva ad innervare i muscoli del braccio, tuttavia il muscolo non è in grado di muovere la mano ma l’attività mioelettrica è sufficiente per controllare una protesi. Pertanto, una volta riconosciuta l’impossibilità di ulteriori sviluppi nella motilità dell’arto mediante tecniche tradizionali, i ricercatori hanno allenato i tre soggetti a muovere una mano protesica mediante gli impulsi che arrivavano ai muscoli del braccio. Una volta che questi movimenti sono diventati spontanei si è proceduto all’amputazione mirata dell’arto non più funzionale e alla sua sostituzione con una protesi in grado di muoversi grazie agli impulsi elettrici inviati dal cervello. Test condotti dopo tre mesi dall’operazione hanno mostrato un netto miglioramento nella motilità dell’arto dei pazienti.

Nel 2007 l’azienda scozzese Touch Bionics lanciò sul mercato la prima mano bionica, "i-Limb Hand". I-Limb è una protesi che “sembrerà e si muoverà come una mano naturale”, le dita motorizzate permettono alla mano di chiudersi con precisione attorno a qualsiasi oggetto.
Questi nuovi arti bionici, tuttavia, non hanno prezzi accessibili a tutti. Alcuni arrivano a costare alcune decine di migliaia di dollari e molte persone non possono permetterseli. Per superare questo ostacolo stanno nascendo organizzazioni che si pongono come obiettivo la costruzione di arti bionici utilizzando stampanti 3D, ottenendo, quindi, arti a costi decisamente inferiori.
Un esempio eclatante è quello di Easton LaChappelle, genio della robotica, che a soli 14 anni ha progettato la sua prima mano artificiale. Dopo tre anni di lavoro la mano è diventata un braccio, un prototipo perfettamente funzionante di protesi che si può controllare con la mente e che è accessibile a prezzi decisamente più bassi.

di Eleonora Benvegnù 

Fonti principali:
Kuiken, T. (2013). Building Bionic Interfaces. EDX and NM Medicine: Looking to the Future as We Address Today’s Challenges, 7.
Kuiken, T. A., Miller, L. A. et all. (2007). Targeted reinnervation for enhanced prosthetic arm function in a woman with a proximal amputation: a case study. The Lancet, 369(9559), 371-380.
Aszmann, O. C., Roche, A. D. et all. (2015. Bionic reconstruction to restore hand function after brachial plexus injury: a case series of three patients.
The Lancet.
http://www.ric.org/research/centers/bionic-medicine/tmr-book-supplement/
href="http://www.touchbionics.com">http://www.touchbionics.com
http://theroboarm.com

altri articoli

Una mosca per l'economia circolare

Una mosca soldato (Hermetia illucens). Crediti: Wikimedia Commons. Licenza: CC BY-SA 4.0

«È una mosca, certo, ma non è fastidiosa come la mosca domestica, è nera, affusolata e molto elegante!». Quando Andrea Antonelli parla della mosca soldato si avverte una nota di affetto. Ogni scarrafone è bello a mamma soja, verrebbe da dire. Ma lo scarrafone in questione è una mosca, un’Hermetia illucens, e Andrea Antonelli è un ricercatore, un tecnologo alimentare dell’Università di Modena e Reggio Emilia.