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Los polímeros enfrentan los desafíos de la discapacidad
Llevar una vida lo más parecida posible a la "normalidad" es el principal objetivo de muchas personas con discapacidad. La investigación aborda este reto logrando a menudo importantes avances, muchos de los cuales no habrían sido posibles sin los plásticos.
Los polímeros enfrentan los desafíos de la discapacidad
Los polímeros enfrentan los desafíos de la discapacidad

Los plásticos tienden la mano a las prótesis

En ocasiones, la maquinaria humana se desajusta o incluso se rompe definitivamente dando lugar a discapacidades más o menos graves. Algunas de ellas son irremediables. A pesar de los grandes progresos de la medicina, todavía no es posible, por ejemplo, devolver la vista a una persona invidente o el oído a una sorda. Como tampoco lo es «reponer» un miembro que ha sido amputado. Para paliar, por poco que sea, estas limitaciones, equipos de médicos e ingenieros se dedican al desarrollo de prótesis que siguen mejorando significativamente gracias a los polímeros: estos son resistentes, imputrescibles, fácilmente moldeables y ligeros, pero esas no son sus únicas ventajas, ¡ni mucho menos!

La mirada de los polímeros

Según la Organización Mundial de la Salud, en el mundo hay más de 250 millones de personas con baja visión (agudeza visual inferior a 3/10 en el mejor ojo), de los cuales cerca de 40 millones sufren ceguera total. Por lo tanto, el desarrollo de una verdadera prótesis ocular, o incluso de un ojo biónico, no es un antojo destinado a tan solo un puñado de personas. Numerosos centros universitarios y privados orientan sus investigaciones a frenar (incluso detener) la degeneración de la retina, una de las causas principales de baja visión. Punto de entrada de la luz, la retina desempeña en efecto un papel crucial en la visión. Al degradarse, la luz pasa con mayor dificultad y el cerebro no puede transformarla en imagen.

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Los polímeros a base de silicona son perfectamente biocompatibles. Por tanto, es lógico que se encuentren en los ojos biónicos que aún se están desarrollando

Uno de los equipos más a la vanguardia es el del profesor Fan Zhiyong, docente investigador en ingeniería electrónica e informática en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST). El equipo presentó el año pasado en la revista Nature el fruto de su trabajo: un ojo biónico (primero en su género) denominado EC-Eye (acrónimo de «Electro Chemical Eye»).  El ojo artificial emula las proporciones del ojo humano y, sobre todo, reproduce las funciones de las células fotorreceptoras del ojo y el nervio óptico. Esto es posible gracias a que está compuesto por unos nanosensores conectados a nanocables flexibles realizados a partir de un metal líquido contenido en una vaina blanda de caucho. El conjunto se encuentra encapsulado dentro de un polímero de silicona de contrastada biocompatibilidad. Si bien los primeros resultados son esperanzadores, queda un largo camino por recorrer hasta lograr un verdadero ojo biónico ya que, por el momento, su resolución es de tan solo 100 píxeles frente a los 7 millones de un ojo humano completamente funcional. No obstante, ya permite distinguir letras blancas sobre un fondo negro. También falta la miniaturización de los nanocables, todavía más «voluminosos» que el nervio óptico, donde los polímeros tendrán sin duda un papel importante. Los investigadores se muestran optimistas y esperan que su ojo biónico encuentre aplicaciones concretas en un plazo de cinco años, tanto en el campo de la medicina como el de la robótica.

Implante corneal: la transparencia del PMMA agudiza los sentidos

Las enfermedades o lesiones de la córnea (la parte transparente del ojo situada delante del iris y la pupila) son otra causa importante de ceguera en el mundo. Hace poco menos de un año, en Israel, un equipo médico implantó una córnea artificial a un hombre invidente de 78 años. El implante le ha permitido recuperar la vista. Aunque su visión no es perfecta, ahora es capaz de reconocer a los miembros de su familia o leer un texto. Si bien los implantes de córnea no son algo reciente, hasta ahora se limitaba al trasplante de órganos procedentes de personas recién fallecidas. Pero el número de donantes de córnea es muy bajo comparado con el número de personas que sufren ceguera progresiva en el mundo (por cada 70 córneas necesarias solo hay una disponible). Por este motivo, esta córnea artificial representa un verdadero avance.

© CorNeat

El PMMA, un polímero muy conocido por su transparencia, es ideal para diseñar córneas artificiales

El implante corneal bautizado como CorNeat KPro es el primer producto artificial que se integra directamente sobre la superficie del ojo. Ha sido concebido por CorNeat Vision, una empresa emergente israelí especializada en implantes biométricos, y está compuesto por una lentilla de PMMA, un polímero completamente transparente y un faldón 100 % artificial, poroso y no degradable. Su técnica de implantación es relativamente sencilla y requiere menos de una hora: el implante se coloca en el ojo y a continuación se sutura con tres puntos de hilo reforzado no reabsorbible. Esta córnea 100 % polimérica podría devolver la esperanza a cerca de 20 millones de personas en el mundo.

Los plásticos con la mosca tras la oreja

Hasta la fecha, lamentablemente, no existe aparato auditivo alguno que sea capaz de conferir capacidades auditivas a las personas sordas de nacimiento. Existen, en cambio, pequeñas prótesis que evitan que las personas cuyo oído se degrada (incluso cuando la degradación es muy acentuada) queden aisladas en un mundo de silencio. La base de su funcionamiento reside en un amplificador colocado generalmente detrás del pabellón auricular que capta los sonidos, los amplifica y los envía, a través de un cable, hasta un dispositivo en el interior de la oreja que incorpora un minialtavoz ubicado dentro de un envoltorio de silicona para que resulte más cómodo.

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Las capacidades únicas de moldeado de los polímeros y los avances en la electrónica permiten crear audífonos cada vez más pequeños y casi invisibles.

Si bien esta tecnología se domina ya a la perfección y prácticamente no ha evolucionado en los últimos años, los esfuerzos se orientan a miniaturizar las prótesis para hacerlas invisibles. Algunas marcas proponen prótesis completamente intraauriculares. El micrófono, el amplificador y el auricular son del tamaño de un garbanzo. El conjunto se moldea a medida dentro de un polímero blando y a veces acolchado, o incluso dentro de silicona, para garantizar no solo una adaptación perfecta al conducto auditivo sino, además, y en especial, una comodidad máxima.

 

En ocasiones, estos aparatos dejan de ser eficaces. Cabe entonces contemplar un implante coclear: un aparato que proporciona a las personas que sufren sordera grave un mejor acceso a los sonidos. Este implante se coloca en el interior de la cóclea (la parte del oído interno responsable de la audición) y estimula el nervio auditivo. Es ciertamente eficaz, aunque poco discreto puesto que, si bien el implante es invisible, está unido de manera indisociable a una parte externa compuesta por un módulo que rodea la oreja y una antena, ambos notablemente visibles. No obstante, esta tecnología va mejorando poco a poco. Mediante un proceso de nanorrevestimiento, se aplica sobre el aparato, en condiciones de vacío, una cobertura polimérica de una micra de espesor, normalmente de PTFE o de acetato de vinilo, con el fin de protegerlo. El polímero penetra en todas las cavidades uniéndose a su superficie. De este modo, la protección es total. El perfecto aislamiento de los componentes internos y externos hace que el aparato sea insensible a la humedad. Esto reduce el mantenimiento y prolonga su vida útil.

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Los implantes cocleares deben ser capaces de soportar la humedad que puede hacerlos menos eficaces. Esto se ha conseguido gracias a las nuevas tecnologías de nanorecubrimiento a base de polímeros.

Con el pabellón a media asta: los polímeros acuden al rescate

Otro problema del mismo ámbito, aunque no sea propiamente una discapacidad, es el caso de algunas personas que nacen sin pabellón auricular o bien sufren la destrucción del mismo, por ejemplo, a causa de una quemadura. Generalmente, esto no afecta al sistema auditivo, pero sí al aspecto físico.

Gracias a los polímeros, la reconstrucción es posible. Existen dos tipos de casos: en el primero, generalmente asociado a un problema congénito, falta el cartílago, por lo que el pabellón auricular no se sostiene y permanece colgando. El cartílago puede entonces reconstruirse a partir de Medpor, un polietileno poroso de alta densidad totalmente biocompatible y cuya porosidad permite la neovascularización. Fabricado a medida, se coloca y posteriormente se recubre con la piel del pabellón durante una intervención quirúrgica relativamente larga. Cabe señalar que este mismo material se utiliza también en forma de implante en intervenciones de cirugía estética, por ejemplo, de reconstrucción de nariz o mentón.
En el segundo caso, el conjunto del pabellón (cartílago y piel) es inexistente. Es igualmente posible crear un pabellón a medida a partir de silicona de uso médico. Se trata en tal caso de una prótesis o, más concretamente, de una epítesis. La intervención es bastante menos complicada puesto que se fija a la cabeza mediante implantes de anclaje óseo.

© Banco de imágenes

La reconstrucción de un pabellón auricular implica el uso de un polímero a base de silicona que, una vez moldeado a medida, se tiñe para adaptarse al color de la piel.

 Prótesis con el plástico a flor de piel

Las prótesis de extremidades superiores han experimentado enormes progresos en los últimos años. Actualmente, son capaces de pinzar y sujetar objetos, dotando así de mayor autonomía a personas que han sufrido amputaciones. Gracias a la impresión 3D, ahora es posible fabricar prótesis poliméricas con un coste inferior (ver la entrevista de Ayúdame3D ). Sin embargo, hasta hace poco, ninguna de ellas podía devolver el sentido del tacto. Para la persona que lleva una prótesis, sujetar un huevo puede ser difícil ya que, debido a la falta de sensibilidad, suele acabar aplastado por la pinza. En 2017 vio la luz una primera mejora significativa. Esta llegó de la mano de la empresa estadounidense Deka que, tras varios años de investigación, lograba comercializar la prótesis de mano denominada Luke, en homenaje al héroe de la Guerra de las Galaxias. Conectada mediante electrodos a las terminaciones nerviosas de la persona que ha sufrido la amputación, esta mano realizada en teflón, silicona y poliéster es capaz de llevar a cabo movimientos complejos y se adapta a la consistencia del objeto manipulado. Cuando el paciente activa sus músculos para transmitir la información hacia la prótesis, esta sabe exactamente si el objeto que manipula es frágil o no.

© Deka Research

Basada en teflón y silicona, esta nueva mano artificial es capaz de reconocer el grado de fragilidad del objeto que se agarra

Los polímeros renuevan la piel

Numerosos laboratorios de todo el mundo se han consagrado a la creación de una piel artificial que incorpore un sistema nervioso embrionario y permita recobrar este sentido tan esencial. Los avances son significativos, aunque todavía no suficientes.

Entre las publicaciones recientes destaca la de la Universidad de Stanford (Estados Unidos) en colaboración con la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur), en la que declaran haber desarrollado un sensor táctil hecho de polímero (no se ha revelado más información) ultrasensible, capaz de detectar hasta la más mínima caricia una vez que ha sido conectado al sistema nervioso. Por el momento se ha puesto a prueba con insectos, específicamente con cucarachas, y según los autores los resultados serían concluyentes.

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El diseño de una piel artificial capaz de sentir es objeto de muchos laboratorios en todo el mundo. Un reto que también han asumido los polímeros.

En Australia, el Instituto Real de Tecnología de Melbourne está trabajando concretamente en una piel artificial que permite sentir el dolor, el calor y el frío. Sería la primera en su género capaz de diferenciar una caricia de un pinchazo. Esta ha sido diseñada mediante la creación de circuitos electrónicos elásticos hechos de un polímero compuesto flexible que contiene un material conductor basado en el carbono (tampoco se revelará más información al respecto). Los circuitos están equipados con sensores de presión y todo ello se encuentra depositado sobre una capa de silicona biocompatible tan fina como un adhesivo. Ciertamente, todavía no es más que un prototipo, pero bien podría ser que dentro de unos años se utilice esta piel para recubrir las prótesis. Podría convertirse asimismo en una alternativa no invasiva a los injertos de piel.

Para terminar, aunque no es un trabajo tan reciente, otro grupo de colaboración coreano-estadounidense anunció en 2014 haber creado una piel a partir de polidimetilsiloxano, un polímero transparente. Integrada por una densa red de nanohilos de silicio y oro, esta piel es capaz de detectar la presión, la temperatura, el estiramiento y la humedad. Desde entonces, el equipo no ha emitido nuevos comunicados... algo completamente normal teniendo en cuenta que, a menudo, aunque los primeros resultados sean muy prometedores, el recorrido hasta llegar al final del camino puede durar años o incluso décadas.
Se concluye, por lo tanto, que las prótesis de brazo y sobre todo de mano cumplen sus funciones esenciales y siguen mejorando año a año. Las prótesis de pierna tampoco se quedan atrás.

Materiales poliméricos como la silicona, la fibra de carbono y de vidrio o incluso la resina epoxi han permitido verdaderos avances. Más cómodas, más flexibles y más dinámicas... las prótesis de nueva generación hacen que uno casi olvide la discapacidad por cuanto devuelven al caminar un movimiento casi natural. Para obtener más información, consulte de nuevo la entrevista a Össur, una de las empresas líderes en este campo a nivel mundial: https://plastics-themag.com/Prosthetics:-from-comfort-makers-to-record-breakers

 

© Össur

La pala Cheetah, de fibra de carbono, desarrollada por Össur, es ya una habitual en el podio de los Juegos Paralímpicos.

 

 

 

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