Recuperare funzionalità dopo lesioni o amputazioni, tre progetti Istituto Biorobotica - Inail

Tre progetti di ricerca per sviluppare soluzioni innovative nei campi della neuroingegneria, della robotica medica, della robotica indossabile e della protesica combinata alla medicina rigenerativa. Grazie alla collaborazione scientifica tra il Centro Protesi INAIL e l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna prendono il via i progetti denominati BioSUP, MioPRO e BioARM, progetto quest’ultimo che vede anche la partecipazione dell’Università Campus Bio-Medico di Roma. L’obiettivo è il recupero di funzionalità neurologiche e motorie in pazienti che hanno subito lesioni nervose periferiche o amputazioni.

Nello specifico BioSUP punterà allo sviluppo di un dispositivo per il ripristino delle funzionalità dell’apparato urinario; BioARM progetterà un’ortesi attiva che consentirà ai pazienti con lesione del plesso brachiale di recuperare parte della funzionalità motoria; MioPRO infine creerà una nuova interfaccia uomo-macchina per il controllo delle protesi robotiche attraverso tecniche avanzate che uniscono medicina rigenerativa e protesica. I progetti, di durata triennale, sono partiti ufficialmente ieri, 3 novembre, con il “kick-off meeting” che si è svolto in call conference.

“Siamo particolarmente contenti di questa collaborazione - sottolinea Christian Cipriani, direttore dell’Istituto di BioRobotica - perché i nuovi progetti con INAIL ambiscono a produrre nuove e dirompenti conoscenze e tecnologie nei settori degli ausili e protesi. Gli obiettivi sono complessi e difficili da raggiungere, ma è proprio per questo che ci piacciono: perché potranno avere un grande impatto nelle prossime decadi, ma anche nel breve termine. Siamo pronti a cogliere queste sfide”.

“Con il nuovo programma di ricerca si rafforzano le collaborazioni con i partner scientifici della rete che Inail ha costituito già alcuni anni fa in campo protesico/riabilitativo - evidenzia Emanuele Gruppioni, direttore tecnico dell’Area ricerca del Centro Protesi Inail - Il programma è davvero molto ambizioso e con i progetti BioARM, BioSUP e MioPRO, che verranno sviluppati con un partner “storico” del Centro Protesi Inail, quale è l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, con cui si condivideranno le expertise in campo clinico e tecnologico, si avviano attività di ricerca di assoluta rilevanza, con l’obiettivo sia di creare nuovi dispositivi da rendere rapidamente disponibili per il trattamento degli assistiti dell’Inail, sia di esplorare nuove frontiere per alimentare continuamente la ricerca traslazionale.”

I tre progetti:

BioSUP – Soluzioni bioniche per il trattamento di soggetti con disfunzione escretoria dell’apparato urinario
BioSUP intende sviluppare soluzioni innovative e modulari per il ripristino delle funzionalità dell’apparato urinario in seguito a danni di natura neurologica o rimozione chirurgica che compromettono la corretta funzionalità dell’apparato. Nello specifico, costrutti artificiali (sfinteri, detrusori e vescica) saranno interfacciati con le componenti biologiche residue dell’apparato urinario e con il sistema nervoso del paziente per consentire l’integrazione e il controllo biomimetico dei costrutti artificiali e neuro-integrati, nonchè la restituzione del feedback sensoriale. Lo sviluppo di interfacce di controllo esterne consentirà al paziente di monitorare e controllare il sistema impiantato.
Allo sviluppo di BioSUP lavoreranno due aree di ricerca dell’Istituto di BioRobotica: l’area di robotica medica guidata da Arianna Menciassi, coordinatrice del progetto, si occuperà dello sviluppo biomeccatronico del dispositivo, mentre il team di ricerca di neuroingegneria coordinato da Silvestro Micera sarà responsabile di tutta la parte di neurointegrazione.

BioARM – Esoscheletro portatile per l’assistenza del paziente con lesione al plesso brachiale nelle attività quotidiane
Attraverso la collaborazione scientifica tra Istituto di BioRobotica, Università Campus Bio-Medico di Roma e Centro Protesi INAIL, il progetto BioARM mira a migliorare la funzionalità motoria dei pazienti con lesione del plesso brachiale grazie allo sviluppo di una nuova ortesi attiva, completamente portabile, in grado di far recuperare al paziente maggiore autonomia nella attività di vita quotidiana.
Una lesione del plesso brachiale può avere infatti ripercussioni importanti sia da un punto di vista motorio che sensitivo. Le attuali soluzioni per l’assistenza includono per lo più sistemi passivi per il sostegno della spalla e il supporto dell’avambraccio, che non permettono di migliorare attivamente la funzionalità dell’arto. Il sistema sviluppato da BioARM sarà costituito da attuatori innovativi e sistemi di intelligenza che consentiranno al dispositivo di supportare i movimenti dell'utente e di restituire un feedback sensoriale.
Il progetto coinvolge due aree di ricerca dell’Istituto di BioRobotica (il Wearable Robotics Lab coordinato da Nicola Vitiello e da Simona Crea, e l’Artificial Hands Area di Christian Cipriani e Marco Controzzi), che lavoreranno in stretta sinergia con il CREO Lab dell’Università Campus Bio-Medico di Roma guidato da Loredana Zollo, Presidente del Corso di laurea magistrale in Ingegneria biomedica e con il Centro Protesi INAIL.

“Nell’ambito del progetto BioARM il CREO Lab - spiega la professoressa Loredana Zollo - si occupa di sviluppare un sistema di stimolazione elettrica funzionale (FES) che agisce in modo mirato sui muscoli e, congiuntamente all’ortesi, fornisce assistenza al paziente nell’esecuzione del gesto motorio quando viene registrata un’attività muscolare insufficiente a completare il movimento. A tale scopo stiamo elaborando un algoritmo in grado di calcolare la forza muscolare da fornire al paziente con lesione del plesso brachiale attraverso l’ortesi, a partire dal complesso di informazioni sull’attività elettrica dei muscoli agonisti e antagonisti collezionato su una popolazione di soggetti sani”.

MioPRO – Muscoli ingegnerizzati paziente-specifici per il ripristino di canali mioelettrici e il controllo di protesi
Due ambiti di ricerca molto diversi (protesica e medicina rigenerativa) per dimostrare la fattibilità di una nuova interfaccia uomo-macchina per il controllo delle protesi. È questo l’obiettivo di MioPRO, progetto di ricerca interdisciplinare che unisce tecniche avanzate di biologia molecolare, biofabbricazione e protesi robotiche. Il Regenerative Technologies Lab, coordinato da Leonardo Ricotti, e l’Artificial Hands Area coordinata da Christian Cipriani, in stretta sinergia con l’Area ricerca del Centro Protesi INAIL, coordinata da Emanuele Gruppioni, hanno l’obiettivo di sviluppare dei tessuti muscolari 3D a partire da cellule staminali del paziente allo scopo di connetterli chirurgicamente con i nervi periferici residui dei pazienti amputati. Applicando degli elettrodi a questi neo-muscoli impiantati, sarà così possibile controllare i movimenti della protesi.

Fonte: Scuola Superiore Sant’Anna