CAMBRIDGE, Mass. – Durante horas no final do ano passado, os engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts fizeram o membro robótico controlado pelo cérebro percorrer os seus passos, testando as suas capacidades numa série de pacientes e afinando-o como uma equipa de boxes a preparar um carro de corrida para a Indy 500.

Tiveram pacientes a flexionar o pé protético: dedo para cima, dedo para baixo. Dedo para dentro, dedo para fora. Subir um lance de escadas, depois voltar a descer. Mas foi depois das experiências do dia, quando o paciente Jim Ewing estava sentado e a conversar com a equipa, que eles fizeram a sua observação mais provocadora: Ele agitou-se, girando o tornozelo motorizado, inconscientemente.

Não foi muito, apenas um abanão de vez em quando, mas forneceu provas poderosas de que o novo pé robótico se tinha tornado uma parte do corpo de Ewing de uma forma nunca antes alcançada com um membro protético, os cientistas relataram na quarta-feira.

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“Um amputado padrão, quando está usando a perna, não faz nada disso”, disse ao STAT o Dr. Matthew Carty, cirurgião do Brigham and Women’s Hospital e co-autor do artigo. “Mas Jim, quando estava ali sentado a falar connosco, estava a mexer no seu pé biónico como se fosse o seu pé biológico. E ele não estava a pensar nisso. Era apenas ele sendo ele”

A chave para fazer o biônico como o biológico era combinar um avanço cirúrgico com um avanço tecnológico, dizem os pesquisadores. Ewing – que manchou seu pé esquerdo quando caiu cerca de 50 pés de um penhasco que estava escalando nas Ilhas Cayman – foi a primeira pessoa a sofrer um tipo totalmente novo de amputação, pioneiro por Carty e pelo professor do MIT Hugh Herr. Os engenheiros, por sua vez, desenvolveram um pé protético que permitiria a comunicação nos dois sentidos, com sinais viajando do cérebro de Ewing para a sua perna inferior residual e para o membro biônico, e depois novamente de volta.

Herr, ele próprio um alpinista que perdeu ambas as pernas para congelar quando adolescente, descreve seu objetivo como nada menos que eliminar a deficiência. Isso ainda é um caminho a seguir. Mas a pesquisa demonstra o potencial do novo sistema para ajudar as pessoas com pernas amputadas a se apanharem quando saem de calçadas que não vêem, ou caminharem por terrenos irregulares sem tropeçar, disse Tyler Clites, que acabou de ganhar o seu doutorado. do Programa Harvard-MIT em Ciências e Tecnologia da Saúde e foi autor principal do artigo publicado em Science Translational Medicine.

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Ewing, referido como “Subject A” no artigo, foi o único paciente testado que se submeteu ao novo procedimento. Clites compararam como ele fez com o pé robótico com o desempenho de quatro pessoas que sofreram amputações tradicionais. Em contraste com Ewing, que descreveu a prótese como “sua perna”, os outros relataram “uma distinta falta de propriedade da prótese, ou emoção associada ao seu controle”, Clites escreveu.

Ewing, 54, exibiu um controle mais sutil sobre o pé de fibra de carbono e metal, que pesa cerca de 2 kg – mais ou menos o mesmo que o seu pé natural. Ele também levantou e baixou automaticamente os dedos dos pés ao subir ou descer escadas, um comportamento reflexivo visto em pessoas com as pernas intactas mas nunca antes com uma prótese. “Isto está abaixo do nível da sua consciência”, disse Clites. “Está apenas acontecendo, naturalmente”

Antes de concluir que a nova cirurgia é superior à amputação padrão, entretanto, os achados devem ser replicados em um ensaio clínico maior, que já está em andamento.

STAT tem seguido o experimento nos últimos 15 meses, coletando filmagens para um próximo documentário, chamado “Aumentado”, sobre Herr e seu ambicioso projeto de criação de próteses robóticas avançadas que se tornam uma com os pacientes.

O mais crucial é que os pesquisadores do MIT e do Brigham foram capazes de restaurar o senso de propriocepção de Ewing, a capacidade de saber – sem olhar – onde seus membros estão no espaço, quão rápido eles estão se movendo, e com que força. É o que permite que você toque seus dedos junto com os olhos fechados, ou para calibrar o quão difícil é pressionar o pedal do acelerador. Em resumo, “é fundamental para todo movimento humano”, disse Clites em uma entrevista.

Paul Marasco, chefe do Laboratório de Integração Biônica da Clínica Cleveland, chamou o jornal de “legal”, dizendo que “a propriocepção tem sido um osso realmente difícil de rachar” para os desenvolvedores de membros robóticos. “É uma sensação que nós nem sabemos que temos”, disse ele, “que tomamos completamente por garantida”. Mas sem isso, a funcionalidade da prótese é realmente reduzida”

Em pessoas com membros intactos, a propriocepção depende da interação entre os músculos opostos: Quando os bíceps se contraem e mexem o cotovelo, por exemplo, os tríceps esticam, e os sensores nesses músculos e nos tendões conectados sinalizam ao cérebro que o braço se dobrou. Este feedback contínuo permite ao cérebro controlar finamente o movimento, mas no procedimento tradicional de amputação, estas ligações são cortadas.

A nova “Amputação Ewing” recria-as, cosendo juntos pares de músculos e tendões que costumavam ligar-se ao tornozelo e à articulação subtalar do pé. Quando um músculo se contrai, o outro estica, restaurando a sensação de que a articulação está em movimento. Eletrodos ligados à pele do paciente registram os movimentos musculares no membro residual e enviam sinais ao pé protético que fazem com que ele se movimente da forma que ele se sente em movimento.

Ao mesmo tempo, o pé envia de volta impulsos elétricos ao membro residual sobre a força que está sendo exercida, permitindo ao paciente ajustar o quanto ele está empurrando.

“O que é único em Jim versus outros é que quando Jim pensa em mover seu membro fantasma, ele sente como se o membro fantasma estivesse se movendo da maneira que ele quer”, disse Clites.

Ewing pôde sentir a sensação assim que o pé robô foi fixado e afinado. “Comecei logo a usá-lo como se fosse o meu próprio pé”, disse ele ao STAT, sem ter de reeducar o cérebro para obter os movimentos desejados.

“Oh, uau, há algo ali”, ele se lembrou de pensar. “Está a responder. Parecia que o meu pé tinha voltado”.”

“Eu não sou alguém realmente propenso a emoções dramáticas”, acrescentou ele, “mas mais tarde, quando eu estava dirigindo para casa, eu realmente senti uma forte vontade de estar ligado a ele novamente”. Tipo, “Eu quero ter aquela coisa ligada novamente e sentir que tenho meu pé de volta””

Ewing, um engenheiro de Falmouth, Maine, estava tão concentrado na decisão “monumental” sobre se teria ou não a sua perna amputada que submeter-se ao novo procedimento foi quase um pensamento posterior. Ele não tinha a certeza se a cirurgia iria funcionar, que iria eliminar a dor excruciante que o fazia tomar quantidades crescentes de comprimidos para a dor. E se isso tornasse a dor ainda pior?

“Não é reversível, não se pode voltar a pô-la”, disse ele. “Essa é a parte assustadora”.”

Mas no dia 19 de julho de 2016, um ano e meio depois de sua queda, ele foi em frente com a amputação: “Eu sabia que não podia continuar através da vida com o que tinha”, disse ele.

Agora, dois anos depois, a sua dor diminuiu em grande parte, embora ele tenha dito que ainda sente “ruído nervoso”, um “formigueiro constante no pé fantasma”. Isso não o atrasa. Desde a operação, ele tem ido esquiar e mergulhar. Ele corre e faz caminhadas com uma prótese de fibra de carbono e, praticamente todos os fins-de-semana, ele vai escalar. “Não há realmente nenhuma atividade que eu tenha que dizer, ‘Oh, eu não posso fazer isso por causa do meu membro ferido'”

A cirurgia de amputação padrão continua atolada no século 19: Não mudou muito desde os dias da Guerra Civil, quando a anestesia ainda era rudimentar e o que mais importava era a rapidez e manter os pacientes vivos.

Meanwhile, os membros protéticos melhoraram drasticamente na última década, em grande parte devido à necessidade de ajudar os milhares de membros de serviço americanos que voltaram das guerras no Afeganistão e Iraque com as pernas estilhaçadas. O Exército dos EUA ajudou a financiar a pesquisa descrita no novo artigo, juntamente com o MIT Media Lab Consortia, Google e o Gillian Reny Stepping Strong Center for Trauma Innovation, que foi criado pela família de um sobrevivente do bombardeio da Maratona de Boston.

“As tecnologias amadureceram ao ponto de podermos começar a ter a conversa sobre como as amputações precisam mudar” para tirar o máximo proveito das características das próteses avançadas, disse o Marasco da Clínica Cleveland. “Essa é uma peça realmente emocionante”

Marasco relatou recentemente restaurar a sensação de movimento da mão em três pacientes com amputações de membros superiores. Ao vibrar os músculos do braço residual do paciente enquanto a mão protética se movia, a equipe de Marasco enganou o cérebro para pensar que estava sentindo a mão se mover. Os pacientes tinham melhor controle de sua mão e, similar a Ewing, relatou que seu membro biônico se sentia mais como seu próprio.

Clites disse que a abordagem de sua equipe é a única que depende de músculos e nervos fazendo o que fazem naturalmente. (Ele solicitou uma patente com Herr e Carty, que já possuem uma patente conceitual sobre o procedimento)

“Todos os outros que estão trabalhando neste espaço estão tentando construir um sistema robótico que funcionará em um membro residual que francamente está quebrado”, disse Clites. “Em vez de fazer isso, vamos entrar e estamos reestruturando o corpo físico do paciente para que ele seja otimizado para interagir com o membro protético”

Uma tarde no início do ano passado, depois de assistir Ewing subir escadas com sucesso com a perna robótica, Herr sentou-se em uma sala de conferências do MIT e refletiu sobre o que ele tinha visto. “Quando desenhamos e construímos martelos e os pegamos e conduzimos pregos, é uma ferramenta”, disse ele. “É separado dos nossos corpos. É algo que nós usamos. Mas não é uma parte integrante de si mesmo. Estamos agora a entrar numa nova era de interacção entre a tecnologia humana e a tecnologia.”

Ele disse que anseia por essa sensação de propriedade, o que ele chama de “encarnação”, e admitiu sentir-se “verde de inveja” por Ewing. “Mas a hora chegará”, acrescentou ele.

No ano passado, o laboratório de Herr publicou um artigo descrevendo como a nova abordagem à amputação poderia ser aplicada a pessoas como Herr, que já passaram pelo procedimento padrão.

Carty já está planejando começar a realizar uma versão acima do joelho da amputação de Ewing, com o primeiro paciente agendado para cirurgia em junho e dois mais provavelmente no outono.

Estes pacientes farão parte do ensaio clínico maior em andamento, que é financiado com $3 milhões do Departamento de Defesa. O estudo incluirá no final 16 a 20 pacientes, disse Carty. Era suposto levar quatro anos, mas o recrutamento foi muito mais rápido do que o previsto, impulsionado pela palavra. Carty fez até agora nove das amputações.

dois anos atrás, Ewing coxeou no Hospital Brigham and Women’s Faulkner para o primeiro. No início deste mês, ele voltou, desta vez andando confiante pelo corredor em uma perna biônica, seu pequeno motor elétrico rodopiando a cada passo. Ele estava lá para visitar uma mulher de 20 anos que estava prestes a se submeter ao procedimento de amputação com o seu nome.

Como ele virou a esquina para a área pré-operatória, a paciente No. 9 estava esperando ansiosamente. “Olá, Jim”, disse ela.

“Ouviste as minhas partes”, perguntou ele.

Então eles abraçaram.