Resumen
La nano-odontología hoy día pareciera un sueño, sin embargo los avances de la ciencia a través de la nanotecnología, en la comprensión de los complejos micro mundos interrelacionados entre órgano dentario y los microorganismos colonizadores, abre un cosmos de posibilidades que podrían revolucionar el mundo de la odontología, como lo es el mantenimiento de la salud oral en un periodo de tiempo diminuto al involucrar el uso de nanomateriales, nanobiotecnología y una propuesta reciente «nanorobts». En este artículo se hace una revisión de las aplicaciones de la nanotecnología en las ciencias odontológicas, y cómo estas nuevas tecnologías están permitiendo un gran aporte al desarrollo de materiales innovadores en odontología como nanopartículas, nanotubos, y nanocompositos, entre otros, que se pueden aplicar directamente en la clínica, y que marcan un abanico de posibilidades de invaluable trascendencia en los procedimientos conservadores de la profesión.
Abstract
Nowadays nano-dentistry would see-like a dream; never the less the advances of science through the nanotechnology; in the understanding of complex interrelated microworlds between dental organtissues and the colonizing microorganism; opening a cosmos of new possibilities that could revolutionized the world of dentistry area, as it is the maintenance of oral health in a short-period of time when the dentistry involve the use of nanomaterials, nanobiotechnology and; the new proposal idea «nanorobots». This articles a revision of the applications of the molecular engineering techniques in dental sciences and how these new technologies are allowing a great contribution to the development of new innovative dental materials like nanoparticles, nanotubes and nanocomposites; that could be applied directly in the clinic and how these technologies will be open new possibilities of invaluable importance in the preservative procedures of the dental profession area.
Introducción
La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a nivel de átomos y moléculas, en un rango comprendido entre uno y cien nanómetros. Permite la creación de materiales, dispositivos y sistemas mediante el control de la materia a esa escala. En el campo de la Odontología se han desarrollado bio-sensores altamente especializados, que permitirían la identificación de enfermedades en la saliva. En un futuro cercano será clave su uso en el diagnóstico de enfermedades de alto impacto como el cáncer de mama, ovario y páncreas, enfermedad de Alzheimer, SIDA, diabetes y osteoporosis.
Las actividades profesionales en odontología, desde sus inicios se han dirigido especialmente a la rehabilitación y restauración de las estructuras dentarias, como consecuencia de la disolución que genera la caries dental. Esta concepción y campo de acción del odontólogo, tiene su fundamento en los postulados ancestrales de la profesión, en donde se consideró que la eliminación del tejido desmineralizado y su restauración, eran procedimientos indispensables para resolver las secuelas de esta pandemia.
Asimismo, en respuesta a la demanda de restauraciones en donde la estética ha ocupado un lugar predominante, los avances de la ciencia y la tecnología han orientado sus esfuerzos para la creación de materiales que atiendan la apreciación y necesidad generalizada hacia materiales que restituyan el tejido dentario perdido con apariencia similar a la estructura natural del diente. Por ello, como consecuencia de los avances de la ciencia en el Área de la Odontología; en este artículo se pretende hacer una revisión de las aplicaciones que ha tenido la nanotecnología en las ciencias odontológicas; los aportes de estasnuevas tecnologías en el desarrollo de materiales innovadores con partículas en rangos nanométricos; y su aplicación clínica cotidiana como nano partículas, nanotubos, y nanocomposites, entre otros, así como el conjunto de posibilidades y contribuciones que se vislumbran de invaluable trascendencia en los procedimientos conservadores de la profesión, revolucionando terapéuticas y procedimientos odontológicos ancestrales.
Hoy día tratar de conceptualizar el Área de las Ciencias Odontológicas es algo muy complejo, dado que, la mayoría de las investigaciones orientan sus esfuerzos bajo la concepción restaurativa prevaleciente, en donde la estética y estabilidad del material que restituya la funcionalidad del diente mutilado es su objetivo primordial; sin embargo las investigaciones de ciencia básica aumentan la complejidad de las ciencias odontológicas, ya que es una de las pocas áreas que se enfoca a la búsqueda de estrategias para regenerar y/o reparar el aparato estomatognático que incluye un fascinante micromundo y por demás enigmático que existe en el cuerpo humano «el órgano dentario».
En este contexto, investigaciones desarrolladas han demostrado la capacidad regenerativa del diente cuando es sometido a elementos como el fluoruro que propician su desmineralización, con lo cual se establecen las bases científicas y con ello se refuta la concepción errónea que se tenía respecto a la caries dental, como un proceso irreversible, y se constituye por lo tanto en un antecedente que impacta de manera benéfica en la conservación y mantenimiento de las estructuras dentarias.
En este mundo diminuto, para los investigadores, se abre un cosmos maravilloso y misterioso, que permite explorar en forma definitiva un sector del desarrollo tecnológico que hasta ahora permanecía a oscuras, y que podría iluminar el mundo de la odontología. La aplicabilidad de la nanotecnología en el ámbito odontológico, se ha hecho evidente tanto en procedimientos de práctica general, como en diversas especialidades. El odontólogo de hoy ya trabaja con nano materiales en su clínica privada y basta con mencionar que diversas compañías han empezado a vender sus productos como resinas nano-híbridas, nano rellenos y/o nano-adhesivos, que al ser manipuladas a escalas «nano» incrementan las propiedades mecánicas, físicas y químicas cuando se comparan con los materiales convencionales utilizados en la práctica clínica.
Las nano partículas han empezado a jugar un papel importante tanto en la medicina, como en odontología, en donde existen aplicaciones como las nano partículas de plata que se están utilizando como alternativa a los agentes para empastes dentales. Lo maravilloso de estas nanopartículas son las nuevas propiedades de anti desgasté, antibacterianas y anti fúngicas que presentan en su química superficial, por lo que sepueden emplear en el tratamiento de problemas relacionados con la raíz de los dientes, acción que ha maravillado a la comunidad odontológica, al ser capaz de combatir Staphylococcus aureus, E. coli, Enterococcus faecalis y Candida albicans, propiedad, que indiscutiblemente ofrece un abanico de posibilidades y de beneficios para la salud del paciente.
En lo que se refiere a la regeneración del esmalte y la dentina, la combinación de bioingeniería tisular; junto con el desarrollo de nanopartículas gatillo genéticamente diseñadas y de nanopartículas que sean biomiméticas con los tejidos mineralizados, han empezado a dar sus frutos en la fabricación de órganos dentarios in vitro. Ejemplo de ello, es el gen de la amelogenina que se ha manipulado para adherirse a nanopartículas de hidroxiapatita que al ser disparadas directamente a células pluripotenciales encapsuladas en nanohidrogeles; comienzan a ejercer su efecto en la formación del tejido del esmalte. Asimismo, los resultados obtenidos cuando se utiliza el nanohidrogel en co-cultivo celular con una red de nanofibras que llevan en su interior partículas cargadas con el gen de la sialoproteína dentinaria, indican que las células pluripotenciales pueden organizarse en disposición de capas celulares que se transforman en tejido dentinario y de esmalte similar a los tejidos encontrados en el órgano dentario. Este primer acercamiento abre la posibilidad de que en un futuro la práctica odontológica cambie drásticamente permitiendo la fabricación de dientes en el mismo consultorio dental, lográndose con ello una de las aportaciones científicas de mayor trascendencia en la profesión.
En la especialidad de ortodoncia, se están aplicando nanopartículas que controlan la señalización del dolor y que aumentan la ramificación de los nervios al utilizar nanoesferas rellenas de factores que inducen a la regeneración del tejido nervioso. Sin embargo, en esta área de especialidad la nanotecnología es aún un sueño, como lo es la propuesta sugerida por el Dr. Sims, quien sostiene que el uso de los brackets podría ser remplazada por nanorobots programados para que controlen la respuesta biomecánica del hueso, y del ligamento periodontal, para de esta manera, lograr el movimiento dental. De la misma manera, el área de implantología se verá beneficiada con el desarrollo de un material denominado nano hueso, que imita muy de cerca la estructura y composición de los huesos reales, lo que convertirá a los implantes artificiales de titanio en un material del pasado. Lo anterior se debe, a que los implantes de nanohueso poseen una mayor capacidad de interacción con los tejidos vivos y permiten que el cuerpo se auto-repare mucho más rápido, dado que al reconocerlo como un nanomaterial similar, intenta desarrollarse en él.
Con este propósito, en el área de cirugía e implantología los científicos están creando implantes «inteligentes», que son capaces de detectar qué tipo de tejido se está desarrollando sobre ellos, comunicar la información a un dispositivo de mano y liberar fármacos según sea necesario para promover el desarrollo del tejido. Tales implantes están diseñados también para ayudar a evitar las complicaciones que suelen observarse tras un implante óseo, como infecciones, inflamación (o desarrollo de cicatriz), aflojamiento del implante y, en el caso del cáncer óseo, la recurrencia del mismo.
De la misma manera, los científicos han estado investigando con implantes que tienen unos mecanismos inherentes para proteger el cuerpo de las infecciones o para inhibir el desarrollo del cáncer, como la plata, el zinc, el zirconio selenio y el cromo.
Específicamente para el área ortopédica y odontológica se pretende crear materiales de aplicación directa en el tejido óseo que mimeticen la nanoestructura natural de nuestros tejidos, mediante la modificación de la superficie de los implantes a escala nanométrica. Esto permitiría una mejor interacción de la superficie de un implante con iones, biomoléculas y células, favoreciendo la biocompatibilidad del bioimplante. Así se están desarrollando, por ejemplo, implantes de titanio con nanorecubrimientos, nanopelículas y superficies nanoestructuradas que favorecerían la unión del tejido óseo a la superficie del implante (óseo integración).
En este sentido, en el Laboratorio de Biomateriales de la Cátedra de Anatomía Patológica de la Facultad de Odontología de la UBA junto con el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la UBA, estamos avocados al estudio de la aplicación de técnicas para variar de manera controlada las características de la superficie del titanio, como el tratamiento superficial por ataque químico y el texturado por ablación láser.
Si bien la nanotecnología, con sus valiosos aportes, pretende brindar respuestas a las crecientes demandas en las diferentes áreas, es necesario comprender que estos avances pueden no sólo generar grandes beneficios sino también problemas y riesgos que deben ser estudiados y prevenidos.
De esta manera, las nanopartículas podrían acarrear efectos negativos en el ser humano o en el medio ambiente, aspectos de cuyo tratamiento se encargan la nanotoxicología (5) y la nanoecotoxicología.
Las nanopartículas pueden ingresar al organismo por inhalación, ingestión, inyección, y/o a través de la piel. Podrían, además, generarse dentro del organismo a partir de la superficie de implantes metálicos de dispositivos biomédicos como prótesis coxofemorales, rejillas, placas, tornillos y distractores utilizados en cirugía.
En el Laboratorio de Biomateriales estudiamos, entre otras líneas de investigación, la problemática de la corrosión de implantes de uso biomédico, considerando que la superficie de un implante podría ser fuente potencial de liberación de micro y nanopartículas al bioentorno.
En tal sentido, evaluamos la biodistribución, el destino y riesgo potencial en el organismo de partículas de titanio a escalas micro y nanométrica en modelos experimentales en animales de laboratorio. El estudio de los efectos biológicos de las nanopartículas representa un nuevo desafío en nanotoxicología y en estudios de biocompatibilidad.
Por último, los avances científicos están abriendo nuevas áreas de especialización, tal es el caso del nuevo término acuñado «Biodóntica» el cual trata de integrar los resultados de las investigaciones de ciencias básicas y clínicas, para incorporar los desarrollos contemporáneos de la biología molecular, ciencias informáticas (nanochips de ADN y ARN), nanogenética, bioingeniería, y nanotecnología con la odontología clínica, que como consecuencia conlleven al desarrollo de nuevos productos y tecnologías patentables.
El físico Richard Feynman, ganador del Premio Nobel, en 1959 hizo el siguiente pronunciamiento: «Los principios de la física, tal y como yo los entiendo, no niegan la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo… Los problemas de la química y la biología podrían evitarse si desarrollamos nuestra habilidad para ver lo que estamos haciendo, y para hacer cosas a nivel atómico». De dicho discurso, que bien puede haberse catalogado como una pieza de oratoria, y al mismo tiempo vislumbrarse como un cuento de ciencia ficción, se desprenden reflexiones que dieron inicio a la generación de un eco que cada vez suena con más fuerza y que hoy después de 40 años es la base de una ciencia que tiene un nombre cada vez más pronunciado: «Nanotecnología», con lo que se demuestra claramente que los avances de este mundo fascinante están revolucionando la ciencia y la tecnología, y confirman la capacidad del ser humano como visionario, así como lanecesidad de impulsar investigaciones que respalden las ciencias odontológicas.
Conclusiones
De acuerdo con lo reportado en los artículos consultados; la nanotecnología ha comenzado a resultar de un valor extraordinario en el campo de las ciencias odontológicas en su aplicación como material de regeneración tisular para la estética.
Las propiedades físico-químicas alcanzadas por los materiales dentales con presencia de partículas nanométricas ha incrementado la eficiencia de los materiales de restauración odontológica.
La caracterización de la compatibilidad celular en cultivos in vitro y en modelos animales; de los nuevos materiales dentales con partículas nanométricas; han demostrado que incrementan la respuesta celular; que presentan características de biomimetismo con los tejidos dentales; y que respaldan el desarrollo de nuevos materiales con aplicación en el área de implantología dental logrando con ello brindar una mejor calidad de vida a la población.
En la actualidad, la investigación en nanotecnología aplicada a las ciencias odontológicas se puede catalogar como uno de los proyectos más innovadores, con un fuerte potencial para revolucionar el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades odontológicas; así como para la regeneración tisular.
Bibliografía
- Revista Odontológica Mexicana 2011;15 (3): 157-162
- Revista CES Odontología Vol. 24 – No. 2 2011
- Nanotecnología en Odontología: Avances científicos-tecnológicos. Ventajas y riesgos
- http://www.uba.ar/encrucijadas/49/sumario/enc49-nanotecnologia.html
- http://www.monografias.com/Salud/Odontología/index.shtml
- G Mendonçaa, DBS Mendonçaa, FJL Aragãoa, LF Cooperb. Advancing dental implantsurfacetechnology – frommicron- to nanotopography. Biomaterials 2008;29(28):3822-3835.
- G Oberdörster, E Oberdörster, J Oberdörster. Nanotoxicology: AnEmerging Discipline EvolvingfromStudies of UltrafineParticles. EnvironHealthPerspect 2005;113 (7):823-839.
- PA Revell. Thebiologicaleffects of nanoparticles. NanotechnologyPerceptions 2006;2:283-298.