superficies biomiméticas en implantes dentales

SUPERFICIES BIOMIMÉTICAS EN IMPLANTES DENTALES:
EFECTOS DEL AGENTE OSTEOINDUCTOR
Alejandro López Aldrete.
Estudiante Doctorado Interinstitucional en Ingeniería y Ciencia de Materiales.
Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP)
Asesores:
José Elías Pérez López phD.
Yolanda Terán Figueroa phD.
En años recientes, los implantes dentales han sido considerados como un método
aceptable para reemplazar los dientes ausentes, son coadyuvantes útiles y populares para
el tratamiento de los pacientes edéntulos parciales o totales. Actualmente millones de
implantes son colocados al año para rehabilitar y restablecer la oclusión de pacientes, 1,2
sin embargo, existen diversos factores asociados al incremento en las tasa de fracaso de
los implantes tales como, estado médico del paciente, calidad ósea, procedimientos de
injertos, parafunciones, bruxismo, enfermedades crónicas, experiencia del operador,
grado de trauma quirúrgico, contaminación bacteriana, carga inmediata, número de
implantes soportando la prótesis, diseño del implante y propiedades de la superficie del
implante. 3,4
Uno de los puntos clave de la modificación de un implante radica en transformarlo en
un implante bioactivo, lo cual puede lograrse al cubrirlo con una sustancia biomimética
tal como un factor de crecimiento (por ejemplo FA, BMP2, RGD, Calcitonina, etc.) ó
un agente farmacológico (Bifosfonato, Fosfato de Calcio, Hidroxiapatita, etc.). La
modificación de superficies puede lograrse mediante diferentes técnicas como pueden
ser reacciones de polimerización por plasmas o la adsorción de polilectrolitos, buscando
la generación de superficies biomométicas que favorezcan la osteoinducción y por
consiguiente, el éxito del implante.
La polimerización por plasmas es un método que permite la modificación de la
superficie de materiales metálicos, cerámicos o poliméricos, el depósito resultante tiene,
en general, excelente adhesión sobre el sustrato, fuerte resistencia a los agentes
químicos lo cual nos permite generar superficies biocompatibles. Recientemente la
modificación de superficies con adsorción de polielectrolitos (PELs) y una biomolécula
ha sido una estrategia en la generación de estas superficies. La inmovilización de la
enzima Fosfatasa Alcalina sobre polielectrolitos permitió evaluar este sistema in Vitro
en un cultivo de Fibroblastos del Ligamento Periodontal Humano observándose la
influencia favorable de la biomolécula en el crecimiento y proliferación de estas
células.5
Los PELs tienen la capacidad de adsorberse sobre una superficie además de permitir la
inmovilización de biomoléculas lo que le confiere propiedades biomiméticas.
Adicionalmente los implantes con cubiertas de iones de calcio inducen una mayor
formación de nódulos óseos alrededor del implante en comparación con los implantes
sin cubierta 6 y que el titanio con cubiertas de hidroxiapatita y fluor-hidroxiapatita lo
que provoca durante la proliferación celular, niveles más altos de fosfatasa alcalina en
comparación con el titanio puro. 7
La modificación de superficies con agentes inductores es una estrategia viable en el
mejoramiento de los implantes dentales.
OBJETIVOS DEL PROYECTO.
1. Generar superficies modificadas por polimerización por plasmas y adsorción de
polielectrolitos.
2. Determinar el comportamiento de los osteoblastos sobre las superficies
modificadas con las diferentes biomoléculas.
3. Evaluar los efectos en el proceso de calcificación de los osteoblastos en las
superficies modificadas con las diferentes biomoléculas.
ASPECTOS NOVEDOSOS DEL PROYECTO
La utilización de PELs para modificar las propiedades superficiales de materiales se
presenta como una nueva opción, esto aunado con la integración de agentes promotores
para la inducción de hueso se transforma en una estrategia viable en el campo de la
implantología dentaria. En este proyecto proponemos la utilización de diferentes
agentes osteoinductores autoensamblados con los PELs, lo que puede generar
excelentes superficies biomiméticas. La valoración de las superficies modificadas de
Titanio se hará in Vitro, siendo esto último la contribución en el campo aplicada de
nuestra metodología.
METODOLOGÍA
MODIFICACIÓN DE SUPERFICIES
La modificación de superficies se hará específicamente utilizando dos técnicas: a)
polimerización por plasmas y b) adsorción de PELs.
a) POLIMERIZACIÓN POR PLASMAS
La modificación de las superficies por plasmas8 se llevará a cabo en un reactor de
plasmas con la deposición, sobre cada una de las superficies a modificar, de una capa de
polímero y la posterior adsorción de polielectrolitos y la adsorción de la biomolécula
correspondiente. Se utilizarán polielectrtolitos biocompatibles (PLL o PAA).
b) ADSORCIÓN DE POLIELECTROLITOS
La adsorción de los polielectrolitos se realizará por medio de la técnica de inmersión
descrita por Michaels y Miekka en 1961, utilizando polielectrolìtos biocompatibles
tales como la poli-l-lisina (PLL) o ácido poliglutámico (PGA). Para esto se hará la
construcción de 5 bicapas de polielectrolitos sobre cada una de las superficies a
modificar. Una vez hecha la construcción se adsorberá la biomolécula correspondiente
encima de la película de polielectrolitos, para posteriormente realizar el cultivo de los
osteoblastos sobre las superficies modificadas. En la absorción se utilizarán
políelectrolitos catiónicos y aniónicos alternadamente para la construcción de las
bicapas.
BIOMOLÉCULAS OSTEOINDUCTORAS
Las biomoléculas que se emplearán en las superficies modificadas son sustancias
osteoinductoras ampliamente estudiadas. Se adsorberá sobre las superficies modificadas
de titanio por una parte una sustancia producida de manera natural por el organismo
humano (Fosfatasa Alcalina) y por otra parte un medicamento que se sabe promueve la
osificación (Calcitonina), según el modelo de la figura siguiente:
CARACTERIZACIÓN DE LAS SUPERFICIES MODIFICADAS.
Para tener el seguimiento tanto de la deposición y adsorción de los polímeros y de las
biomoléculas sobre las superficies de titanio, se utilizará el espectrómetro de infrarrojo
de reflectancia especular el cual tiene la capacidad de detectar la modificación de una
superficie sólida y opaca por medio de un haz infrarrojo en donde un sensor detecta
cualquier cambio en el haz producto de la modificación de la superficie, mostrando la
variación del espectro de reflectancia. 9
CULTIVOS CELULARES.
Para el estudio de la fisiología metabólica ósea el cultivo celular idóneo sería el de
células obtenidas del órgano de interés, en este caso de hueso. Dado que en la
Implantología el factor patogénico principal es la alteración de la formación ósea, el
modelo experimental que mejor nos ayudaría a estudiar su fisiopatología sería la
utilización del cultivo de células osteoblásticas de rata.
BIBLIOGRAFÍA.
1.- Malvin Ering. Historia Ilustrada de la Odontología. (1989) Primera Edición. Editorial Doyma. Barcelona, España.
2.- Peñarrocha Diago Miguel. Implantología Oral. (2001) Primera Edición. Editorial Ars Médica. Barcelona, España.
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5.- López Aldrete A. Inmovilización de proteínas en superficies biocompatibles. Tesis de Maestría.
Maestría en Endodoncia. UASLP (2005)
6.- O M. Yoshinari, Y. Oda, T. Inoue, K. Matsuzaka and M. Shimono. Bone response to calcium phosphate-coated and bisphosphonate-immobilized titanium implants. (2002)
Biomaterials 23:14,2879-2885.
7.- Hae-Won Kim, Hyoun-Ee Kim, Jonathan C. Knowles. Fluor-hidroxyapatite sol-gel coating on titanium substrate for hard tissue implants. (2004) Biomaterials 25:17,33513358.
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10.- Freshney RI. Culture of Animal Cells a manual of basic technique. 4a. ed. USA. Editorial Wiley-Liss. 2000. p.157-175.