La reacción ante los biomateriales: el porqué de la cuestión

La corrosión y las respuestas inflamatorias son los desafíos a los cuales los biomateriales se enfrentan cotidianamente. Todo se explica desde la química y se abre la puerta para el desarrollo de  materiales con mejores respuestas biológicas.

Entrevista al profesor doctor Daniel Gustavo Olmedo, especialista en Anatomía Patológica Bucal, profesor titular interino Cátedra de Anatomía Patológica de la  Facultad de Odontología de la Universidad de Buenos Aires (FOUBA) y responsable del Laboratorio para el Estudio de Biomateriales de FOUBA. Además, es investigador adjunto del CONICET y su área principal de interés es la respuesta biológica a biomateriales de uso biomédico. En su haber cuenta con más de 30 publicaciones en revistas científicas internacionales y participa activamente de la International Association for Dental Research y de la Sociedad Argentina de Investigación Odontológica (SAIO), entre otras actividades académicas.

 

¿Qué se entiende por “biomaterial” y cómo se clasifican?

Los biomateriales son aquellos materiales diseñados para ser implantados o incorporados dentro del sistema vivo con el fin de sustituir o regenerar tejidos y sus funciones. Williams los define como aquellos materiales utilizados en dispositivos de uso biomédico diseñados para interactuar con los sistemas biológicos. Clásicamente los biomateriales se dividen en cuatro grupos: polímeros, metales, cerámicos y naturales. Cuando se combinan dos materiales diferentes se obtiene un material compuesto, representando una quinta clase de biomaterial.

 

¿Todos los biomateriales tienen el mismo comportamiento en la reparación tisular y en la oseointegración?

En general, cuando un biomaterial se introduce en el cuerpo se desecandena inicialmente un cuadro inflamatorio que luego irá atenuándose para dar lugar al  al proceso reparativo. Dependiendo de sus propias características físico-químicas, los diferentes biomateriales modularán estos procesos en intensidad y tiempo teniendo en cuenta el sitio anatómico involucrado. Así, por ejemplo, un implante dental interactuará con el tejido óseo y una válvula cardíaca con tejido muscular. Cada uno de estos dispositivos, y los biomateriales que los componen, tendrán comportamientos propios dependiendo de sus características y de los tejidos con los cuales interactúen durante el proceso reparativo. En relación a la oseointegración, aunque el término se utilizó inicialmente con referencia a implantes metálicos de titanio, el concepto se aplica actualmente a todos los biomateriales que tienen la capacidad de osteointegrar, como por ejemplo lo sustitutos óseos. Considerando lo expuesto anteriormente, dependiendo de las características del biomaterial dependerá la respuesta biológica.

 

¿Qué sucede con el titanio en relación a la corrosión, y qué sucede con los componentes protéticos que se utilizan sobre los implantes en relación a la corrosión?

In vivo, ningún metal o aleación es completamente inerte. Dado que el implante metálico está en contacto con los tejidos y fluidos orgánicos, como resultado de procesos electroquímicos (corrosión) pueden liberarse iones/partículas hacia el medio biológico. Dependiendo de las características físico-químicas del metal se podrán liberar más o menos elementos al medio biológico. En el laboratorio de Biomateriales de la Cátedra de Anatomía Patológica de la Facultad de Odontología de la Universidad de Buenos Aires hemos podido determinar en estudios sobre muestras humanas y en modelos experimentales en animales que los implantes metálicos de titanio pueden sufrir de corrosión, siendo esta situación una de las posibles causas de fracaso de un implante luego de un éxito inicial. En relación a los componentes protésicos, se ha reportado que la infiltración de saliva entre la supraestructura (por ejemplo aleación de níquel-cromo-molibdeno) y el implante (titanio c.p.) puede desencadenar procesos de corrosión que se conocen como corrosión galvánica, causada por diferencias en potenciales electroquímicos. Esto ocasiona la liberación de iones, tales como níquel o cromo, desde la aleación de la corona o el puente, hacia los tejidos periimplantarios produciendo resorción ósea, comprometiendo la estabilidad del implante y su posible fractura.

 

¿Cuál sería el potencial factor de riesgo de la corrosión?

En relación al factor de riesgo de la corrosión, debemos considerar que el implante metálico está en contacto con los tejidos y fluidos orgánicos y que, como resultado de procesos electroquímicos, pueden liberarse iones/partículas hacia el medio biológico.  Otro factor de riesgo es la disminución del pH local. Por ejemplo, en los tejidos traumatizados o durante el proceso de cicatrización de heridas donde los valores de pH pueden descender a niveles tan bajos como 4. Estos valores aumentan la agresividad de los tejidos hacia los materiales metálicos. La corrosión constituye una de las posibles causas de fracaso mediato de un implante luego de un éxito inicial y no se limitaría a un problema local ya que los iones/partículas resultantes del proceso podrían migrar a sitios alejados al del implante. La liberación de iones/partículas al medio puede generar respuestas de tipo inflamatorias, como cuadros granulomatosos. Los iones/partículas liberadas son fagocitadas por los macrófagos estimulando la liberación de medidores químicos (citoquinas), que por un lado estimulan a la resorción ósea mediante la activación de osteoclastos y por el otro inhiben la función osteoblástica disminuyendo la formación ósea. Todo ello contribuye a la osteólisis. En este sentido, la corrosión del metal puede afectar el íntimo contacto entre el tejido óseo y el implante, es decir afectar la oseointegración.

Hemos reportado la presencia de partículas de titanio en el tejido peri-implantario de implantes dentales humanos fracasados, en la mucosa bucal asociada a tornillos de cierre, en células exfoliadas de la mucosa bucal en relación a implantes dentales de titanio y en lesiones reactivas de la mucosa peri-implantaria.

 

¿Existe alguna asociación -de acuerdo a los estudios que han realizado- entre Mucositis, Periimplantitis y Corrosión?

Si bien el agente etiológico primario de la mucositis y la periimplantitis es el biofilm bacteriano, hoy se debate en la literatura la posibilidad del desarrollo de respuestas inflamatorias causadas por iones/partículas metálicas consecuentes a la corrosión que podrían ocasionar periimplantitis. Se trataría de un cuadro similar al que ocurre en las prótesis ortopédicas con desarrollo de cuadros inflamatorios asépticos.

Hemos publicado un trabajo en el Journal of Peridodontology en donde evaluamos extendidos citológicos de células exfoliadas de la mucosa peri-implantaria en relación a implantes dentales de titanio, de pacientes con y sin periimplantitis. Pudimos comprobar que, independientemente de la respuesta inflamatoria, los iones/partículas se liberan desde la superficie del implante hacia el medio biológico. El gran desafío, y lo que requiere más estudios, es determinar si esos iones/partículas liberados fueron los responsables o no del cuadro inflamatorio. Asimismo, hemos reportado la presencia de macrófagos cargados con partículas de titanio en el tejido peri-implantario de implantes dentales humanos fracasados como bioindicadores de procesos de corrosión. La liberación de mediadores inflamatorios al medio podría haber desencadenado el cuadro inflamatorio y la posterior pérdida de la oseointegración. Un hecho importante es que no se conoce si un cuadro inflamatorio, con la concomitante disminución del pH, puede desencadenar un proceso de corrosión o -por el contrario- si un proceso de corrosión es el que genera la respuesta inflamatoria.

 

¿Cuál considera que será el desafío futuro de la especialidad?

Considero que el futuro está en la ingeniería tisular, un área de la investigación científica biomédica que combina el estudio de los biomateriales con los principios de la biología celular, la ingeniería, la bioquímica y la biología molecular; y está focalizada en el desarrollo de nuevos procedimientos con el de fin reparar, reemplazar, mantener u optimizar el funcionamiento de órganos o tejidos lesionados. Por otra parte, el uso de células madre para la regeneración de tejidos y órganos, si bien es un interesante desafío, aún requiere de  más tiempo de estudio.

En la actualidad, la nanotecnología permite la creación de materiales, dispositivos y sistemas mediante el control de la materia a escala nanómetrica mediante el aprovechamiento de nuevos fenómenos y propiedades (físicas, químicas y biológicas) a esa escala de longitudes. Los alcances de la nanotecnología se han extendido a la medicina regenerativa e ingeniería de tejidos. Específicamente para el área ortopédica y odontológica, con la aplicación de los principios de la nanotecnología a los biomateriales 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 y favorecerá la biocompatibilidad del bioimplante. Así se están desarrollando, por ejemplo, implantes de titanio con nanorecubrimientos, nanopelículas y superficies nanoestructuradas con la finalidad de disminuir o limitar la problemática de la corrosión y favorecer u optimizar la oseointegración.

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Estudio histológico de implantes dentales humanos fracasados y de punciones óseas con sustitutos óseos

En el Laboratorio para el Estudio de Biomateriales de la Cátedra de Anatomía Patológica de la UBA, se brinda un servicio para el análisis histológico de la interfaz de implantes metálicos dentales humanos fallidos con el fin de determinar la posible causa de fracaso.

Asimismo ofrece un servicio para el estudio de  punciones óseas con y sin sustitutos óseos (hidroxiapatita, vidrios bioactivos, injertos óseos, entre otros).

Los profesionales completan el respectivo protocolo para el posterior procesamiento técnico de la muestra, en resina acrílica o parafina, y ulterior  informe histopatológico.

 

Panorama Odontológico agradece al Prof. Daniel Olmedo por haber participado de la entrevista.

 

 

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