Nanotecnología aplicada al desarrollo de nuevos materiales dentales con capacidad terapéutica

En colaboración con expertos del College of Dental Medicine de la Georgia Regents University, en Augusta (Estados Unidos) y de dos universidades brasileñas, la Universidade Federal do Ceará y la Universidade Estadual de Campinas hemos realizado una investigación para recopilar las aplicaciones clínicas y los aspectos toxicológicos de estos avances más recientes en el ámbito de la ‘nanodentistry’ o nano-odontología, mediante la revisión de la literatura científica en este campo.

Junto a mis colegas norteamericanos y brasileños, recopilamos en este estudio, publicado en la prestigiosa revista Trends in Biotechnology, los nanomateriales que han sido desarrollados en la última década: los poliméricos, los metálicos, a base de plata, oro y cobre, y los inorgánicos, que emplean como base el carbono, el sílice, la zirconia, el dióxido de titanio y la hidroxiapatita. Sobre cada uno de ellos se han analizado las propiedades morfológicas, antibacterianas, mecánicas y antitumorales, así como el potencial de remineralización del tejido dental que pueden tener estos nuevos materiales nanotecnológicos, incorporados en composites dentales, pastas dentífricas, enjuagues bucales, medicamentos y materiales adhesivos odontológicos biomiméticos. Los nanomateriales recopilados han sido clasificados en el estudio en función de sus propiedades antimicrobianas, y de su aplicación en la creación de composites y en la biomodulación de los tejidos dentales.

Entre los nanomateriales desarrollados recientemente con propiedades antimicrobianas destacan los elaborados a partir de nanopartículas de plata, incorporadas, por ejemplo, a soluciones acuosas para la irrigación de las raíces dentales o a nuevos adhesivos y composites. También se han empleado para el revestimiento de implantes de titanio o en formulaciones medicamentosas junto a otros fármacos antibióticos y antimicrobianos. Incluso han sido testadas en enjuagues bucales para detener el avance de la caries y la enfermedad periodontal.

En el caso de las nanopartículas de zirconia, estas han demostrado en algunos estudios tener incluso mayor potencial antibacteriano que la plata. Se han empleado también en el desarrollo de nuevos cementos dentales, algunos de los cuales han demostrado favorecer la remineralización de la dentina.

Sobre el dióxido de titanio, los estudios más recientes demuestran que el uso de nanopartículas de este material en adhesivos y resinas dentales, añade a sus propiedades antibacterianas la capacidad de reducir la desmineralización del esmalte dental. Y en geles blanqueantes, estas nanopartículas han aumentado la eficacia blanqueadora del peróxido de hidrógeno, empleado actualmente en esta técnica.

También existen estudios recientes sobre el uso de nanopartículas de chitosán, o quitosano, un polisacárido que se obtiene del exoesqueleto o caparazón de los crustáceos. Además de su alta capacidad antibacteriana, en combinación con las nanopartículas de plata y en superficies pretratadas con este compuesto, se ha observado que las células madre mesenquimales de médula ósea se han diferenciado en distintos tipos de células capaces de regenerar tejidos óseos.

Este ámbito de los nanomateriales capaces de regenerar tejidos dentales, cuya capacidad natural de regeneración en la edad adulta es muy limitada, ha experimentado un gran desarrollo en los últimos tiempos. Además de la anteriormente citada aplicación del chitosán, existen también estudios sobre la combinación de nanomateriales y células madre, mediante su incorporación a composites o a biomateriales inyectables en los tejidos, que han mostrado su capacidad para regenerar la dentina, el cemento dental, incluso el esmalte, que es el tejido que menos puede regenerarse de forma natural. Sin embargo, todavía es necesario desarrollar más estudios sobre la toxicidad de estos compuestos, para estudiar en profundidad hasta qué punto podrían afectar a las células sanas del tejido tratado.

Otra de las perspectivas más prometedoras de los nuevos nanomateriales es su capacidad para imitar las propiedades físicoquímicas, mecánicas y estéticas de la dentina y del esmalte dental. Son los denominamos materiales biomiméticos. Por ejemplo, los materiales nanocerámicos han demostrado buenos resultados en su uso en restauraciones dentales para imitar las propiedades estéticas del esmalte dental.

Además, algunas resinas y composites que se emplean en la actualidad para reemplazar la pérdida de un diente también han sido desarrollados mediante nanotecnología, incorporándose ya en la actualidad nanopartículas de cerámica o de cristales de sílice. Estos materiales imitan mejor las características estéticas de los dientes, siendo además más fuertes, duros y resistentes.

Sin duda, el ámbito de los materiales dentales está siendo el más influido a corto plazo por los avances nanotecnológicos. Así, por ejemplo, los nanomateriales a base de zafiro y diamante han demostrado ser veinte veces más duros que los materiales cerámicos empleados actualmente, lo que abre la puerta hacia nuevos materiales de restauración dental más estéticos, de mayor durabilidad y mejor manejo clínico.

En el ámbito de la odontología terapéutica, otro de los campos más prometedores en la nano-odontología, se han hallado recientemente nuevos nanomateriales poliméricos con propiedades antitumorales. En otros estudios se ha observado que logran reducir la inflamación periodontal. Y también han sido incorporados a hidrogeles, que combinan polímeros hidrófilos con agua. En este último caso, el principio activo puede ser introducido a través de estos hidrogeles poliméricos directamente en las caries y ser liberado progresivamente desde el hidrogel. Además, se han desarrollado también composiciones muco-adhesivas en forma de hidrogel que pueden interactuar con las glicoproteínas de la saliva para el tratamiento de los carcinomas orales.

Los nanomateriales de carbono pueden mejorar la durabilidad de los materiales para restauraciones dentales y endodoncias. También pueden funcionar como vehículo de un principio activo que a través de estas nanoparticulas de carbono puede ser liberado progresivamente directamente en las cavidades causadas por la caries. En el caso de las nanopartículas de oro se han hallado diversas aplicaciones para el diagnóstico – introducidas en agentes de contraste, por ejemplo- y también para el tratamiento del cáncer, como partículas nanoportadoras de medicamentos. Sin embargo, su retención prolongada en las células y la dificultad de su eliminación por vía renal son inconvenientes para su uso que necesitan ser evaluados con nuevos estudios específicos.

Los composites y resinas dentales con nanopartículas incorporadas, los nanocomposites, han sido el avance nanotecnológico más introducido en la práctica clínica odontológica hasta el momento. Sin embargo, es necesario seguir investigando aún en relación con los riesgos potenciales de la inhalación de nanopartículas liberadas en procedimientos abrasivos, como la remodelación, el pulido o la eliminación de rellenos preparados con estos nuevos nanomateriales.

El fosfato de calcio o la hidroxiapatita o los nanotúbulos de sílice han sido algunos de los nanomateriales que, introducidos en materiales dentales, han demostrado tener mayor capacidad terapéutica para prevenir y combatir la caries.

Para la remineralización del colágeno de la dentina, varios rellenos bioactivos capaces de liberar calcio han demostrado su eficacia y están ya disponibles para su uso clínico. Cuando los iones de calcio son liberados del relleno bioactivo, tienden a re-precipitarse en compuestos más complejos de fosfato de calcio como la apatita, que se infiltran en las fibras de colágeno para remineralizarlo. Estos materiales nano-biomodulares han mostrado efectividad en la dentina afectada por caries.

También se han diseñado biofilms nanoestructurados con efectos antiinflamatorios y capacidad para regenerar el tejido de la pulpa dental. Y otros con cristales de hidroxiapatita para la biomineralización del esmalte dental. Además, en la odontología preventiva, el uso de pastas de dientes y enjuagues bucales con nanopartículas de hidroxiapatita se ha asociado también a la remineralización, puesto que se reemplazan los cristales de hidroxiapatita perdidos por la erosión dental o la abrasión.

En general, pese al rápido desarrollo de estos nuevos nanomateriales odontológicos, es todavía necesario valorar detenidamente su efecto en la cavidad oral, mediante más estudios que tengan en cuenta factores como el pH, la capacidad de defensa de la saliva o el contacto con las mucosas. Muchos de los estudios realizados sobre la toxicidad de estos materiales solo se han hecho in vitro, por lo que son necesarios todavía más estudios clínicos y más a largo plazo para evaluar todos los potenciales efectos tóxicos.

Quisiera agradecer a mis colegas su dedicación en la elaboración de esta investigación, en la que he tenido el honor de colaborar con Gislaine C. Padovani y Amauri J. Paula, del Departamento de Física de la Universidade Federal do Ceará (Brasil); Victor P. Feitosa, del Departamento de Odontología Restaurativa de esta universidad brasileña; Franklin R. Tay, del Department of Endodontics de la Georgia Regents University, en Augusta (Estados Unidos); Gabriela Durán, de la Faculdade de Odontologia de la Pontifícia Universidade Católica de Campinas (Brasil); y Nelson Durán, del Instituto de Química de esta universidad brasileña.

Perfil del autor

El Dr. Salvatore Sauro actualmente es profesor responsable de Biomateriales Dentales y de Odontología Mínimamente Invasiva (línea bilingüe) en la Universidad CEU Cardenal Herrera de Valencia. Hasta el año 2013 ha trabajado como investigador asociado en la prestigiosa Universidad King's College de Londres (KCLDI), en el departamento de Biomateriales, Biomimética y Biofotónica. El Dr. Sauro tiene una experiencia de 15 años en la investigación sobre la adhesión dental, la odontología preventiva y los nuevos biomateriales. Ha publicado más de 60 artículos científicos en revistas internacionales de impacto y cuenta con la publicación de dos patentes: una internacional y otra brasileña.

Todas las publicaciones de las que es autor son fruto de colaboraciones con profesores de alto prestigio en el campo de la investigación como: David Pashley y Franklin Tay (Medical College of Georgia, Augusta, EE UU); Manuel Toledano (Universidad de Granada, España); Ricardo Carvalho (University of British Columbia, Vancouver, Canadá); Tao Jianga y Yining Wang (University of Wuhan, China); y Lorenzo Breschi (University of Bologna, Italia). También colabora con otros investigadores, la mayoría de ellos con sede en Brasil, donde desarrolla gran parte de su actividad científica actual.

La trayectoria investigadora del Dr. Sauro comenzó cuando el Prof. Tim Watson (Jefe del Departamento de Biomateriales de KCLDI) le invito a realizar un programa de doctorado sobre biomateriales en la Universidad King’s College de Londres. Durante su estancia realizó la tesis doctoral titulada “Micropermeabilidad y durabilidad de las resinas unidas a la dentina”. Esta investigación fue desarrollada también en EE UU, con el Prof. Pashley, y en España, con el Prof. Toledano. De esta tesis doctoral se publicaron seis artículos en revistas de impacto.

Al finalizar sus estudios de tercer ciclo, el Dr. Sauro trabajó como técnico de investigación en OSspray Ltd., Londres, done pudo evaluar los efectos terapéuticos del vidrio bioactivo y la adhesión de los materiales que lo incluyen al esmalte y la dentina, hasta que comenzó a trabajar como investigador asociado en KCLDI. Desde 2013 desarrolla su actividad investigadora y docente en la Universidad CEU Cardenal Herrera de Valencia.

Reseña del artículo

Padovani G.C., Feitosa V.P., Sauro S., Tay F.R., Durán G., Paula A.J., Durán N. (2015). “Advances in Dental Materials through Nanotechnology: Facts, Perspectives and Toxicological Aspects”. Trends in Biotechnology. 2015 Nov;33(11):621-36. doi: 10.1016/j.tibtech.2015.09.005. Epub 2015 Oct 21.