ARTICULO ORIGINAL Methodo 2018;3(3):52- 58
DOI:10.22529/me.2018.3(3) 02 Recibido 15 Jun 2018 | Aceptado 17Jul 2018 | Publicado 13 Sep 201 8
Infiltración versus remineralización: Estudio preliminar ex- vivo de alternativas para el tratamiento no invasivo de lesiones por caries con materiales bioactivos
Caries infiltration versus remineralization: A preliminary ex - vivo study of non-invasive alternative treatments using bioactive mate rials
Od. Martín Sainz Aja1, Od. Laura Isabel Ribba2, Dr. Ricardo Juan Cabral3, Dr. Gustavo Fabián Molina 1
1 Cátedra de Materiales Dentales y Biomateriales, Carrera de Odontología, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católic a de Córdoba.2 Cátedra de Microbiología y Cardiología, Carrera de Odontología, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Católica de Córdoba.3Cátedra de Materiales Dentales, Facultad de Odontología, Universidad Nacional de Córdoba
Resumen :
El objetivo fue determinar profundidad de penetración en dentina cariada artificial y cambios en su dureza superficial de dos protocolos de tratamiento: 1- infiltración del tejido cariado con resina fluida modificada con nanopartículas de óxido de cinc y 2- remineralización con fluoruro di-amino de plata. Para tal fin se prepararon láminas de terceros molares sanos de 4 mm de espesor en los cuales se generaron lesiones artificiales de caries sobre la superficie oclusal de la muestra, en un área de 6x6 mm. Las muestras se dividieron en dos grupos de tratamiento. Cada muestra fue seccionada en tres porciones de superficie cariada y una sección adicional de dentina intacta. En dos de las secciones con caries se aplicó el protocolo de tratamiento correspondiente. De esas dos secciones, una fue utilizada para realizar un mapeo en microscopio electrónico de barrido (MEB), identificando la presencia de plata (Ag) o cinc (Zn). En la por ción restante que recibió tratamiento se evaluó su dureza superficial y se la comparó con la parte que no recibió tratamiento y con la sección adicional de dentina intacta. La dureza superficial se valoró mediante diagramas de fuerza obtenidos por un microscopio de fuerza atómica (AFM). Los resultados evidenciaron una penetración significativa de Ag y presencia superficial de Zn en las muestras. Los diagramas de fuerza
mostraron los valores más elevados en las superficies tratadas con Fluoruro de plata, seguidas por la dentina intacta y las superficies que recibieron la resina con nanopartículas de cinc. La dentina cariada presentó valores asociados a menor dureza. Se concluyó que ambos tratamientos pueden mejorar las propiedades mecáni cas superficiales del tejido, pero se necesitan estudios más específicos para determinar la profundidad de penetración en dentina afectada por caries.
Abstract:
The aim was to determine the penetration depth into caries-affected dentin and the surface hardness of two treatment protocols: 1- caries infiltration using fluid resin modified by nanosized cinc particles and 2- remineralization by means of topical diamine silver fluoride. For that purpose, 6x6 mm artificial caries lesions were produced in occlusal surfaces of 4 mm-thick slices obtained from sane third molars. Tooth samples were divided into the two treatment groups. Each sample was split into three caries-affected sections and one non-affected additional portion. Treatment protocols were applied in two of these caries - affected sections, sending one of them for mapping of silver (Ag) or cinc (Zn) on a scanning electron microscope. Surface hardness was assessed in the other treated section and compared to the results
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obtained from the others sections of the same la degradación generada durante el proceso sample by means of force mapping produced by an carioso. Para tal fin, es necesario anular la Atomic Force Microscope (AFM). Results showed actividad bacteriana en el cuerpo de la lesión de a significant penetration of Ag into the body of the caries, devolver elementos estructurales de los lesión whereas Zn was only found on the surface. tejidos afectados (células, proteínas y minerales) y Force mapping expressed higher surface hardness aportar aquellos que brinden sustentabilidad al on sections treated with silver fluoride, followed proceso de reparación. 1
by those non-affected and the ones treated with En este sentido, la intervención en estadios resin modified with cinc nanoparticles. Lowest iniciales de la lesión por caries se ha fundamentado values were observed in caries-affected surfaces. It en la intención de remineralizar el esmalte was concluded that both treatments may increase afectado por el ataque ácido, devolviéndole calcio mechanical properties in the surface of the lesions y fosfato a los cristales de hidroxiapatita, además although more sensible instruments are needed to de la incorporación de flúor para apuntalar su determine the penetration depth of the products resistencia a la disolución.2 No obstante, si bien la tested in this preliminary study. capacidad de penetración de estos iones y su eficacia depende de las diferentes formulaciones químicas, concentraciones y modo de aplicación,
Introducción: la barrera natural que supone las características La aplicación de los principios de adhesión fue un histológicas del esmalte es un obstáculo de
punto de inflexión en la Odontología Restauradora consideración.
de tal modo que los paradigmas que dominaban el Otra estrategia propuesta para la recuperación del abordaje de las lesiones por caries se fueron esmalte no cavitado es la infiltración de lesiones reformulando, con el consecuente desarrollo de mediante el uso de polímeros resinosos, posterior nuevos materiales y tecnologías orientadas a la a un tratamiento superficial con ácido clorhídrico máxima conservación de los tejidos dentarios. para aumentar la permeabilidad del sustrato Estos avances, respaldados por una mejor infiltrado.3 Este recurso ha sido objeto de estudios comprensión de la etiopatogenia de la enfermedad con resultados positivos en lesiones superficiales de caries, estimularon acciones preventivas para aunque presenta como elemento de discusión que minimizar los factores de riesgo relacionados a la sólo se limitaría a enmascarar fenómenos ópticos susceptibilidad del diente a ser afectado por de traslucidez, sin aportar elementos productos de degradación bacteriana. En tal reconstituyentes ni promover respuestas sentido, la aplicación de fluoruros y el uso de defensivas del diente frente al eventual avance de selladores para bloquear surcos, fosas y fisuras, se una lesión. 4
constituyeron en las principales estrategias para La incorporación de nanotransportadores aumentar la resistencia de las estructuras del diente (nanocarriers) en sistemas adhesivos a base de amenazadas por la patología. resinas metacrílicas con la finalidad de inhibir la Cuando la progresión de la lesión de caries supera acción de metaloproteasas en la interfaz adhesiva estas barreras preventivas, la pérdida de minerales demuestra la posibilidad de utilizar polímeros y la desnaturalización de los componentes como vehículos para la introducción de elementos orgánicos del diente generan tejidos frágiles y bioactivos a través de sustancias infiltrantes.5 Las reblandecidos que, eventualmente provocan la nanopartículas a base de cinc transportadas para formación de una cavidad. Consecuentemente, el bloquear las MPP en la degradación de la matriz tratamiento sintomático de esa lesión se orgánica dentinaria también se han incorporado a corresponde con la remoción de las estructuras la formulación de cementos de ionómero vítreo comprometidas por el avance de microorganismos para apuntalar sus propiedades químicas y y sus productos metabólicos, para luego devolver mecánicas. 6
forma y función a través de sustitutos De este modo, la combinación de los conceptos de biocompatibles que rellenan la cavidad resultante. infiltración y transporte de nanopartículas La tendencia actual para restaurar estas lesiones bioactivas se analiza en el presente trabajo como procura no sólo preservar las estructuras que una opción novedosa para el tratamiento no resulten indemnes al proceso de limpieza cavitaria invasivo de lesiones por caries, en comparación sino más aún, estimular la reparación a partir de la con un sistema de remineralización basado en la activación de respuestas biológicas. El aporte de la aplicación de una solución de fluoruro di-amino de ingeniería tisular para el desarrollo de materiales plata al 38%, utilizada con buenos resultados biomiméticos o bioactivos permite avizorar un clínicos para detener la progresión de lesiones futuro en el que la regeneración de tejidos y tanto en esmalte como en dentina.7-8 El objetivo del estructuras extracelurares como el esmalte dental, estudio fue comparar la capacidad de infiltración y recuperen las propiedades mecánicas perdidas por la dureza superficial de caries artificiales en
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dentina tratadas con los dos tratamientos Para la obtención de nanocristales se propuso el mencionados. uso de la homogenización de alta presión (HAP), surgida en la década del 90 cuando Müller et al puso a punto esta técnica de desintegración para la
Materiales y métodos: producción de nanocristales16 y para la obtención La capacidad de infiltración y la dureza superficial de nanopartículas lipídicas con el uso o no de
de dentina afectada por caries y luego tratada con temperatura. Se seleccionaron nanopartículas de las sustancias remineralizadas e infiltrantes se óxido de cinc (ZnO@NP, 50nm).
evaluó en 8 terceros molares sanos del Banco de Los sistemas obtenidos fueron caracterizados Dientes Humanos de la Facultad de Odontología, mediante microscopia electrónica de transmisión y Universidad Nacional de Córdoba (res. HCD barrido (TEM, SEM), difracción de rayos X 333/17). Las muestras para experimentación se (XRD), análisis térmico (DSC- TG), obtuvieron por cortes de la porción coronaria espectroscopia FTIR-DRIFTS, determinación de paralelos entre sí y perpendiculares al eje tamaño de partícula (light scattering) y carga en longitudinal del diente, generando láminas de 4 superficie (potencial Z).
mmde espesor. La estabilidad de las nanopartículas fue medida Se cubrió la totalidad de las superficies de cada cinéticamente en medios de cultivo y en relación lámina con esmalte de uñas (Revlon), con al polímero utilizado como vehículo para excepción de una superficie cuadrangular de 6x6 infiltración de lesiones cariosas, el trietilenglicol mm en una de sus caras para generar lesiones dimetacrilato (resina IconR, DMG Alemania). artificiales de caries exponiendo la superficie libre La proporción de nanopartículas de cinc en a una solución de C3H6O3 0.1 Mdurante 72 horas relación a la resina fluida fue de 1.2 μg de óxido de a pH 4.5 almacenadas a 37ºC. cinc por 1 ml de trietilenglicol dimetacrilato.
De cada lámina se seccionaron 4 porciones iguales, Previo a la aplicación del producto infiltrante, se 3 correspondientes a la zona cariada y 1 que había realizó la preparación de la superficie a tratar quedado recubierta por esmalte para preservar la según el protocolo del fabricante de Icon, mediante dentina de la lesión artificial de caries. Del total de la colocación de un gel de ácido clorhídrico al 15% las muestras se asignaron la mitad a cada grupo de durante 15 segundos. A contuación, se lavó con tratamiento. En el esquema de la (Figura 1) se agua destilada, se secó la superficie con aire limpio describe la obtención, distribución y tratamiento y se aplicó un solvente a base de acetona para de las muestras. aumentar la energía superficial por otros 15 segundos. Las lesiones fueron infiltradas con la
combinación del sistema resinoso Icon y las nanocápsulas lipídicas cargadas con cinc. La resina infiltrada fue fotopolimerizada durante 60 segundos y los especímenes fueron almacenados durante 48 horas a 37ºC.
Grupo B: Fluoruro di-amino de plata - Ag(NH3)2F La aplicación de este producto sobre las lesiones de caries no requierió de un pre- tratamiento superficial más allá de la limpieza con agua destilada y el secado con aire limpio. Se utilizó fluoruro de plata en una concentración de 38% de una marca comercial con fabricación local
Figura 1- Esquema sobre la obtención y distribución (Fagamin, Tedequim, Córdoba – Argentina),
de las secciones de cada muestra frotando el líquido con un micro- aplicador (Microbrush, 3M Espe, St. Paul, Estados Unidos)
Después de incluirlas en resina acrílica se aplicó el durante 10 segundos. Los especímenes fueron protocolo de tratamiento en dos de las tres almacenados durante 48 horas a 37ºC.
secciones afectadas por caries para luego evaluar
dureza superficial y capacidad de infiltración Evaluación de la profundidad de respectivamente. A las porciones restantes (1 con infiltración
caries y otra sin lesión) se las utilizó para
determinar diferencias en la dureza superficial en De cada muestra se obtuvo una sección de dentina una misma muestra, comparando la dentina sana, con caries artificial que recibió alguno de los la afectada por caries y el efecto de los tratamientos tratamientos evaluados, observándola al en la dureza de la dentina cariada. microscopio de manera tal que pudiera rastrearse Grupo A: Sistema de infiltración resinoso la penetración de los productos terapéuticos en sentido ocluso-apic al.
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La presencia de plata o zinc en cada muestra se detectó empleando un espectrómetro dispersivo de energía (EDS) acoplado al microscopio electrónico de barrido FE-SEM Σigma. Condiciones experimentales: EHT= 20 keV, Apertura = 60 μm)
Evaluación de la dureza superficial
Se separaron tres secciones de cada diente de los dos grupos experimentales: una sección de dentina sana, que había sido protegida con esmalte durante la generación de caries artificial; una sección a la cual no se le aplicó el tratamiento correspondiente; una tercera sección de diente que recibió tratamiento. De este modo se pretendió comparar en la misma muestra los valores previo y posterior a la aplicación de los productos terapéuticos en relación a la dentina intacta de esa pieza.
La dureza superficial se determinó por medio de diagramas de fuerza obtenidos a través de un microscopio de fuerza atómica (AFM, Departamento de Físico-Química, Facultad de Ciencias Químicas, UNC), el cual realizó mapas bidimensionales de curvas de fuerza, elas ticidad, adhesión y deformación registradas de las superficies evaluadas.
Resultados:
Los mapeos elementales mostraron que el catión Ag penetró en las 4 muestras tratadas con Fluoruro di-amino de plata al 38% en un promedio de 135 (45) μm mientras que el Zn rastreado en las muestras que recibieron el polímero de infiltración modificado con nanopartículas de cinc no superó valores medios de penetración de 15 (6) μm. (Figura 2,3 y 4).
Figura 2- Vista sagital de una lesión artificial de caries en microscopio electrónico de barrido (MEB)
.
Figura 3- Vista sagital de una lesión de caries infiltrada por resina fluida modificada con nanopartículas de cinc analizada en el MEB con EDS
Figura 4- Vista sagital de una lesión de caries tratada con Fluoruro di-amino de plata al 38% analizada en el MEB con EDS.
Los diagramas de fuerza obtenidos por medio del microscopio de fuerza atómica generaron curvas de carga y desplazamiento en las cuales se evidencia una mayor dureza en las secciones de las muestras con dentina sana y con dentina tratada con los dos protocolos terapéuticos, en comparación con las secciones afectadas por caries que no recibieron tratamiento. (Figura 5)
Figura 5- Diagramas de fuerza obtenidos por el microscopio de fuerza atómica (AFM)
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Ref. A1 y A2 Secciones de dentina sana; B1 y B2 Secciones de dentina afectada por caries; C 1 Secciones de dentina cariada tratada con Fluoruro di-amino de plata al 38%; C2 Secciones de dentina cariada tratada con Resina fluida modificada con
nanopartículas de cinc .
Discusión:
Si bien el objetivo del presente estudio fue evaluar la penetración de los productos terapéuticos en el tejido afectado por caries y la modificación de su dureza superficial, el carácter preliminar del trabajo permitió al mismo tiempo poner a punto la metodología para determinar el comportamiento de las variables estudiadas en las muestras y establecer su pertinencia.
La posibilidad de localizar con eficacia el elemento Ag en la profundidad de las lesiones fue contundente, en coincidencia con otros estudios ex-vivo donde también se alcanzaron 150 μm de
penetración.9 Sin embargo, los resultados del mapeo de cinc en las muestras tratadas con el producto experimental a base de resina modificada con nanopartículas fueron insuficientes para determinar la profundidad de penetración, identificando el elemento Zn sólo en pequeñas cantidades a nivel superficial de la muestra. En este caso, es posible que la concentración de nanopartículas en relación a la resina resultara por demás escasa para lograr una distribución adecuada, llegando a ser prácticamente imperceptible por el instrumento.
Por otra parte, la utilización del microscopio de fuerza atómica se constituyó en un recurso de gran valor para el manejo de muestras biológicas de tamaño reducido, como opción al microdurómetro tradicionalmente empleado para evaluar dureza Vickers. El AFM, entre varios usos, es una herramienta para dirigir el diseño de estructura de
andamiaje en ingeniería tisular.10 En este caso, la simulación de una nanoindentación sobre la superficie derivó de la aplicación de fuerzas atómicas que contrastaban con las respues tas viscoelásticas y plásticas del tejido, generando una curva espectroscópica donde se expresaban las diferentes consistencias de la superficie.
Para la realización de este estudio se consideró el diseño de nanocápsulas lipídicas (LNC) las cuales han surgido como una alternativa a los sistemas portadores de liberación modificada y/o direccionada de moléculas bioactivas (nanopartículas poliméricas, liposomas) debido a las numerosas ventajas que ofrecen comparadas a
otros sistemas desarrollados.11 El agente activo, en este caso las nanopartículas de óxido de cinc, podría ser liberado en forma gradual como consecuencia de la erosión (degradación
enzimática) o por difusión desde las partículas. Estos procesos son regulados por la naturaleza del lípido, tamaño de partícula, tipo y cantidad de surfactante, y método de elaboración. La dificultad en dicha regulación fue determinante para optar por la incorporación de nanocristales a granel, como experiencia preliminar, considerando el vehículo utilizado para transportar estas
nanopartículas.12- 13
Este aspecto se constituyó en un nuevo desafío. La utilización de un polímero diseñado para infiltración de caries demostró ser el medio más estable para alojar las nanopartículas de óxido de
cinc.14 Este sistema incluye además una preparación de la superficie a infiltrar que promueve una mayor permeabilidad del sustrato,
procurando la mejor penetración del infiltrante. 15
Para el desarrollo de un producto que promueva la regeneración tisular de un diente afectado por la progresión de una lesión de caries, el investigador se enfrenta con una serie de condicionantes como la heterogeneidad de las estructuras que requieren reparación, representadas en los diferentes sustratos histológicos de un diente: a n ivel superficial, el esmalte, que no es un tejido propiamente dicho sino un estructura extracelular de minerales; luego la dentina, una red de colágeno mineralizada y atravesada por túbulos que contienen prolongaciones celulares desde la pulpa; por último, la pulpa, un paquete de vasos y células que mantienen el diente con sensibilidad y nutrición. Resultaría más factible procurar dicha regeneración separando cada sustrato que intentarlo todo en un solo procedimiento.
De hecho, la revascularización de la pulpa en elementos permanentes jóvenes ha representado un avance significativo en casos de traumatismos dentarios, reportándose numerosas publicaciones que avalan estos procedimientos. Es relevante la utilización de células indiferenciadas para la
neoformación del tejido pulpar. 16
La hipótesis de reparación en esmalte y dentina supone la utilización de las estructuras afectadas como un andamiaje que alojará los elementos que se perdieron durante la progresión de la lesión de caries, además de otros que pudieran adicionarse para potenciar algunas propiedades mecánicas y biológicas en el proceso de cicatrización de la lesión.
En el esbozo de este estudio se inicia el camino para lograr un producto bioactivo con las propiedades de reparación deseables. Como primer paso, es fundamental lograr impregnar la totalidad del tejido afectado para reconvertirlo. Los resultados preliminares muestran que en el material experimental a base de resina y nanopartículas no es posible identificar cinc más allá de la superficie, dejando planteada la discusión sobre si se trata de su escasa capacidad de
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infiltración o la dificultad de rastrear bajas concentraciones de partículas de por sí extremadamente pequeñas.
A pesar de estas observaciones, el producto experimental logró aumentar la dureza superficial de las lesiones, probablemente potenciado por la polimerización del componente resinoso.
En cuanto a los resultados más alentadores obtenidos en el grupo de tratamiento del Fluoruro de plata, éstos se corresponden con los r eportes que avalan la capacidad de re mineralización in - situ de lesiones activas, adjudicando a este producto la
doble acción de formación de fluor- hidroxiapatita y el potencial antibacteriano del ion plata.7- 8
Una vez alcanzadas las expectativas de infil tración total del tejido afectado por caries, será posible avanzar sobre nuevas sustancias remineralizantes, antibacterianas y/o promotoras de respuestas biológicas de cicatrización y regeneración tisular para ser incorporadas a un vehículo eficaz.
Conclusión :
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Los resultados de este estudio preliminar demuestran que el Fluoruro di-amino de plata al
14;17(7). pii: 10.3390/ijms17071134.
E1134.
doi:
38% es capaz de penetrar gran parte de dentina afectada por caries, aumentando la dureza superficial de la lesión. El producto experimental a base de resina fluida modificada con nanopartículas de cinc aumenta la dureza en la superficie de las lesiones, aunque no es posible rastrear las partículas más allá de 15 μmdentro del tejido afectado por caries.
Agradecimientos:
Los ensayos preliminares fueron realizados con el apoyo especializado de las Dras. Natalia Angel Villegas (Facultad de Ciencias Químicas, UNC), Verónica Brunetti y Eliana Farías (Departamento de Físico-Química, Facultad de Ciencias Químicas, UNC) y del Laboratorio LAMARX (Facultad de Matemática, Astronomía y Física, UNC).
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Palabras claves:
INFILTRACIÓN DE CARIES, RE MINERALIZACIÓN, NANOTECNOLOGÍA
K eywords:
CARIES INFILTRATION,
REMINERALIZATION, NANOTECHNOLOGY .
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