La remineralización es una estrategia intervencional crucial para prevenir las manchas blancas del esmalte (MBE). Dadas las limitaciones tanto de los procesos de reparación naturales como de los mediados por flúor, existe una necesidad de desarrollar nuevas estrategias para restaurar las MBE mediante un enfoque mínimamente invasivo que recupere la integridad ultraestructural única y las propiedades funcionales. Inspirados por la capacidad única del ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU) para acelerar el proceso de cristalización, proponemos una nueva estrategia que utiliza HIFU para restaurar las MBE in vitro mediante la sinergia del proceso de cristalización necesario para la formación de hidroxiapatita (HAP) a partir de su precursor (clusters de iones de fosfato cálcico; CIFC).
Tras el desarrollo y caracterización de los CIFC, incluyendo el fosfato cálcico amorfo (PCA) obtenido, se investigó el efecto del HIFU en la transición de PCA a HAP sobre un sustrato amorfo mediante microscopía electrónica de transmisión y microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, difracción de electrones en área seleccionada y difracción de rayos X (XRD). Los resultados mostraron una profunda transición de fase amorfo-cristalina durante 5-30 minutos de exposición al HIFU.
En odontología mínimamente invasiva, la remineralización es una estrategia importante para tratar las lesiones de caries tempranas. Aunque la saliva contribuye a la remineralización natural, su eficacia después de la aparición de una mancha blanca ha sido cuestionada. En este contexto, se ha propuesto la remineralización mediada por flúor como enfoque preventivo. Sin embargo, existe un mayor riesgo de toxicidad asociada al flúor cuando se consume a partir de múltiples fuentes. Además, los estudios han demostrado que la remineralización mediada por flúor deteriora las propiedades mecánicas del esmalte recuperado, ya que no es capaz de formar cristales minerales ordenados. En segundo lugar, la formación de fluorapatito dificulta la difusión de iones minerales a regiones más profundas de la lesión, lo que conduce a una remineralización incompleta del esmalte. Dadas las limitaciones tanto de los procesos de reparación naturales como de los mediados por flúor, existe la necesidad de desarrollar nuevas estrategias para restaurar el esmalte dental utilizando un enfoque mínimamente invasivo que recupere la integridad ultraestructural única y las propiedades funcionales.
Los investigadores están estudiando activamente métodos innovadores para la remineralización de las etapas tempranas de la desmineralización del esmalte, como la formación de hidroxiapatita (HAP) a partir de nanopartículas de fosfato cálcico amorfo (PCA) como precursor, la mineralización inducida por proteínas/péptidos y la remineralización inducida por hidrogel. Sin embargo, estos enfoques se implementan en condiciones estrictas, que incluyen alta temperatura y presión, pH bajo, dificultades técnicas y/o alto coste, lo que puede limitar su aplicación generalizada en la práctica clínica.
Vale la pena destacar que los cristalitos de HAP en el esmalte natural se originan a partir de precursores de PCA, específicamente formados por clusters de Posner (Ca9[PO4]6), que son clusters iónicos con un tamaño de dominio de aproximadamente 0,95 nm. Por lo tanto, los clusters de iones de fosfato cálcico (CIFC) se han propuesto como un límite de mineralización para la remineralización del esmalte. A pesar de haber demostrado crecimiento epitaxial, la restauración del esmalte utilizando CIFC puede no ser clínicamente viable, ya que el método de cristalización requiere aproximadamente 48 horas de incubación en condiciones controladas. Además, este enfoque solo se ha investigado para restaurar lesiones desmineralizadas con ácido fosfórico como modelo de estudio, que no simula las lesiones de caries tempranas reales del esmalte.
El ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU) ha atraído una atención significativa en medicina y odontología como un método terapéutico prometedor debido a su interacción única con los tejidos biológicos y sus propiedades antimicrobianas sin necesidad de fármacos. El HIFU representa una energía ultrasónica intensa y focalizada capaz de generar cavitación acústica, lo que conduce tanto a efectos físicos (como ondas de choque y microchorros de alta velocidad) como a efectos químicos (como la formación de especies de radicales libres). Se ha informado que estas propiedades aceleran los procesos de cristalización, controlando el tamaño y la forma de las nanopartículas sintetizadas. Además, los métodos sonoquímicos han surgido como enfoques prometedores para la síntesis de nanopartículas de HAP debido a su capacidad para mejorar el proceso de nucleación y reducir el tiempo de cristalización. Inspirados por la capacidad única del HIFU para facilitar el proceso de cristalización junto con su potencial antibiofilm sin fármacos, este trabajo propone una nueva estrategia basada en el concepto de utilizar HIFU para sinergizar la restauración in vitro de manchas blancas del esmalte (MBE) tras la aplicación de clusters de iones de fosfato cálcico (CIFC) (Fig. 1). Por lo tanto, el primer objetivo es evaluar el impacto de la exposición al HIFU en la transformación de PCA no cristalino en nanopartículas cristalinas de HAP. El segundo objetivo es investigar el efecto sinérgico del HIFU y los CIFC en la restauración de muestras de esmalte que contienen MBE artificiales. El objetivo final es evaluar el efecto antibiofilm del HIFU contra biopelículas bacterianas cariogénicas adheridas a la superficie del esmalte.
La configuración de HIFU consiste en un transductor de cerámica piezoeléctrica con forma de cuenco (H-115; Sonic Concepts) con una frecuencia de resonancia de 250 kHz, operando a una potencia de 30 W (modo continuo), conectado a un cono de contacto de policarbonato (C-101, Sonic Concepts; Fig. 2). El cono de contacto (que contenía agua degasificada) se utilizó para sincronizar y transmitir las ondas focalizadas a las muestras.
Se investigó el efecto del HIFU en la transición de PCA a HAP sobre sustratos de vidrio amorfos. Se añadió agua destilada a viales de vidrio que contenían nanopartículas de PCA obtenidas a partir de CIFC. Cada vial se colocó en el punto focal y se expuso al HIFU durante diferentes duraciones (de 2,5 a 30 minutos). El HAP resultante se examinó utilizando un difractómetro de rayos X (Malvern Panalytical) en el rango 2θ. Las nanopartículas de HAP se analizaron mediante microscopía electrónica de transmisión con espectroscopía de energía dispersiva (MET-EDS), difracción de electrones de área seleccionada y microscopía electrónica de transmisión de alta resolución.
Para el estudio se utilizaron premolares humanos (N = 140) tras la obtención de la aprobación del comité de ética. Se prepararon muestras de esmalte a partir de las superficies vestibulares (4×3×3 mm) utilizando una sierra de diamante de baja velocidad y se pulieron con discos de carburo de silicio de grano creciente bajo refrigeración con agua, seguido de sonicación durante 5 minutos en agua destilada. Se crearon manchas blancas del esmalte (MBE) artificiales y se distribuyeron en 5 grupos experimentales: exposición a HIFU sin nanopartículas de CIFC (HIFU/-NP), nanopartículas de CIFC sin exposición a HIFU (NP/-HIFU) o nanopartículas de CIFC seguidas de exposición a HIFU durante 2,5 min (NP/HIFU [2,5 min]), 5 min (NP/HIFU [5 min]) o 10 min (NP/HIFU [10 min]).
La morfología de la superficie del esmalte se investigó mediante microscopía electrónica de barrido. El escaneo con microscopía de fuerza atómica (AFM) se realizó en modo semicontacto a 25 × 25 μm, seguido del cálculo de la rugosidad superficial (Sa). Los picos de difracción de rayos X (XRD) de las muestras de esmalte con MBE se registraron primero en el rango 2θ. Las muestras de esmalte tratadas con CIFC antes y después de la exposición a HIFU se volvieron a registrar para investigar cualquier cambio cristalográfico. El análisis de la composición mineral se realizó mediante microscopía Raman.
Para evaluar la densidad mineral y la profundidad de la lesión, las muestras de esmalte se escanearon mediante microtomografía computarizada. Para calcular la densidad mineral, se calibró un fantasma en unidades Hounsfield (HU) utilizando el mismo tubo (lleno de agua; fantasma acuoso). Los valores de HU para el aire y el agua se establecieron en -1000 y 0, respectivamente, para calibrar la escala HU en el software CTAn. Posteriormente, la densidad mineral se evaluó a partir del conjunto de datos de proyección, donde las regiones de interés se seleccionaron de 3 áreas diferentes de la MBE. La profundidad de la lesión se midió adicionalmente a partir de las mismas secciones de las regiones de interés.
El efecto antibiofilm contra Streptococcus mutans se evaluó mediante microscopía confocal de barrido láser (CLSM; Nikon, EE. UU.), análisis de actividad metabólica (MTT) y unidades formadoras de colonias (UFC).
La actividad antibiofilm del HIFU depende del tiempo de exposición, como lo confirman los estudios. El efecto del HIFU contra los biopelículas de S. mutans se explica por la acción combinada de microflujos acústicos, microchorros y ondas de choque generadas por fenómenos de cavitación acústica. Además, el efecto antimicrobiano del HIFU sin el uso de fármacos puede reducir la probabilidad de desarrollar resistencia, ya que las bacterias tienen menos tiempo para adaptarse al estrés creado por la onda mecánica constante.
El esmalte con MBE mostró una superficie altamente porosa y espacios interprismáticos resultantes de la pérdida de cristalitos de HAP debido al agotamiento de iones minerales. Este patrón se mantuvo sin cambios, incluida la rugosidad superficial, después de la exposición a HIFU (10 min) sin la aplicación de CIFC (HIFU/-NP). Por el contrario, la aplicación de CIFC sin exposición a HIFU resultó en una superficie más lisa, ya que el PCA enmascaró el efecto del patrón subyacente de la superficie porosa desmineralizada, reflejado en el pico de difracción de rayos X (Fig. 3). Tras el tratamiento combinado con CIFC/HIFU, se observó claramente una reducción en la microporosidad superficial, los espacios interprismáticos y la rugosidad superficial (Sa) al aumentar el tiempo de exposición a 5 y 10 min. La recuperación de la ultraestructura del esmalte fue evidente tras 5 minutos de exposición a HIFU después de la aplicación de CIFC y fue comparable al esmalte sano (Fig. 3. E, G, H, M). La difracción de rayos X confirmó este hallazgo, revelando un pico de difracción intenso, agudo y distintivo a 2θ° entre 15 y 30° (Fig. 3. O, espectro verde), en comparación con el pico ancho de baja intensidad (Fig. 3. O, espectro naranja) registrado en el grupo NP/-HIFU. Esto indica la transformación de PCA (fase amorfa) a HAP (fase cristalina) en las muestras de esmalte tratadas con CIFC seguidas de HIFU durante 5 minutos.
(A, A1) El esmalte con mancha blanca no tratada (MBE) presentaba una superficie altamente porosa y espacios interprismáticos. (B, B1) El esmalte con MBE expuesto a ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU) durante 10 minutos mostró una estrecha similitud morfológica con la MBE no tratada. (C, C1) La aplicación únicamente de clusters de iones de fosfato cálcico (CIFC) resultó en una textura superficial más lisa y la formación de una capa de recubrimiento de fosfato cálcico amorfo (PCA) que enmascara la estructura prismática e interprismática subyacente. El esmalte tratado con CIFC/HIFU durante 2,5 (D, D1), 5 (E, E1) y 10 minutos (F, F1) de tiempo de exposición, respectivamente, mostró una desaparición gradual de la estructura prismática-interprismática típica. (G) Esmalte sano. (H–N) Imágenes transversales correspondientes de las muestras de esmalte. (H) Esmalte sano que muestra una estructura prismática orientada longitudinalmente bien definida con cristalitos de hidroxiapatita (HAP) de forma alargada, densamente empaquetados, que se extienden hasta la capa superficial más externa. (I) La MBE no tratada mostró una capa superficial amorfa, porosa y desorganizada, sin una orientación definida. Características morfológicas más o menos similares a las de la MBE no tratada (I) se encontraron tras la exposición únicamente a HIFU (J), la aplicación únicamente de CIFC (K) y la exposición a CIFC/HIFU durante 2,5 minutos (L). Una estructura prismática orientada longitudinalmente bien definida, con apariencia morfológica alargada, se observó tras la exposición a HIFU durante 5 minutos (M) y 10 minutos (N) después de la aplicación de CIFC. En particular, los CIFC seguidos de exposición a HIFU durante 5 minutos de tratamiento (M) demostraron una disposición lineal coaxial organizada y continua de cristalitos de HAP densamente empaquetados. (O) Análisis espectral de difracción de rayos X (XRD) de las muestras de esmalte. El espectro azul representa la MBE no tratada (DE). Las muestras tratadas solo con CIFC (espectro naranja) mostraron la formación de una capa amorfa de PCA, reflejada por una protuberancia ancha en el patrón de XRD en la posición 15–30,15° 2θ (recuadro). Sin embargo, después de la posterior exposición a HIFU durante 5 minutos (espectro verde), la reaparición de un pico agudo en la misma posición 2θ sugirió la conversión de PCA amorfo a HAP cristalino. (P) Valor medio de rugosidad (Sa), que muestra una disminución gradual de la rugosidad superficial con el aumento del tiempo de exposición al HIFU (las barras de error representan la desviación estándar; letras diferentes indican diferencias estadísticas).
Es importante comprender que mantener la integridad a largo plazo del esmalte restaurado presenta un desafío complejo debido a los episodios constantes de desmineralización/remineralización, influenciados por diversos factores. Por lo tanto, se supone que la remineralización con CIFC/HIFU deberá complementarse con una higiene bucal regular. Como con cualquier intervención terapéutica, la recurrencia de cualquier lesión depende de una serie de factores clínicos. Por lo tanto, el tratamiento de la recurrencia de MBE y/o la aparición de nuevas lesiones, que pueden requerir reintervención, son individuales y deben considerarse como parte de un plan integral de tratamiento del paciente, incluyendo la fase de terapia de mantenimiento.
El HIFU es una tecnología asequible y no ionizante que ha recibido varias aprobaciones. Actualmente se está considerando la instalación de transductores miniaturizados en dispositivos portátiles, como escáneres intraorales, con un conjunto de puntas intercambiables que tienen diferentes ángulos de inclinación. Además, los transductores de matriz se utilizan actualmente para aplicaciones que requieren múltiples exposiciones de HIFU en varias lesiones simultáneamente. Esto fomenta la creación de dispositivos análogos a cubetas de impresión sectoriales, que tienen un conjunto de microtransductores de matriz instalados que facilitan la aplicación de HIFU no solo en diferentes ubicaciones de un diente, sino también en múltiples dientes al mismo tiempo.
La práctica dental moderna está experimentando una profunda transformación, en la que las tecnologías digitales, la cooperación interdisciplinaria y las
Investigadores desarrollan materiales de dentadura «ajustables» para prótesis de próxima generación Introducción y contexto Aurora (Colorado, EE. UU.). Investigadores de la
OTEXE.COM utiliza cookies para personalizar los servicios y mejorar la usabilidad del sitio. Si no desea utilizar cookies, desactívelas en la configuración de su navegador.
