NANOTECNOLOGÍA APLICADA A LA ODONTOLOGÍA RESTAURADORA - Sr. Juan A. Fernández Tarazona

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    NANOTECNOLOGA APLICADA A LAODONTOLOGA RESTAURADORA

    Material proporcionado por:

    Juan Augusto Fernndez TarazonaMiembro Internacional de la AORYB -G, Guayas Ecuador.Miembro del Centro de Estudios Odontolgicos, Lima Per.

    Miembro de A.V.E.O, Valencia Espaa.Miembro de A.N.E.O, Madrid Espaa.

    Ayudante de la Ctedra de Anatoma Dental y Fisiologa dela Oclusin en la E.A.P de Odontologa de la Universidad

    Privada de Hunuco, Hunuco Per.Alumno de 4to ao de la E .A .P de Odontologa de la

    Universidad Privada de Hunuco, Hunuco Per.E-mail:[email protected]

    "Lo sabio es la meta del alma humana y, a medida que se avanza en sus conocimientos, va

    alejando a su vez el horizonte de lo desconocido."

    Herclito

    INTRODUCCINLa odontologa contempornea ha sufrido cambios revolucionarios que han permitido

    ciertamente transformar y simplificar la forma en que los operadores llevan a cabo la

    prctica clnica.

    Este camino fue logrado bsicamente, por el gran impulso que hubo en la tecnologa de

    los materiales dentales, siendo su mayor beneficiario la dentstica u odontologa

    restauradora, con el desarrollo de resinas compuestas y adhesivos muy verstiles.

    Es necesario tener presente los conceptos que se desarrollarn en este trabajo porque es

    un hecho real que hay grandes y vertiginosos cambios en la odontologa restauradora y

    los biomateriales cada da, esto hace que en la mayora de casos los odontlogos

    quedemos desfasados en nuestra prctica diaria por no poder alcanzar un prototipo de

    mailto:[email protected]:[email protected]
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    trabajo simple y de alta calidad. Es as que serviremos como una fuente de apoyo con

    conceptos tericos que permitirn comprender la relevancia clnica de la nanotecnologa

    en nuestra especialidad.

    El presente trabajo, tiene por finalidad describir que es la nanotecnologa, su aplicacin

    de en la odontologa restauradora, sus ventajas y desventajas tanto clnicas como la delos propios materiales y las perspectivas que ofrecen.

    LA NANOTECNOLOGAEl trmino nanotecnologa fue acuado por el profesor Kerie E. Drexler a mediados

    del siglo XX. Etimolgicamente la palabra Nano deriva de una palabra griega que

    significa pequeo o diminuto. Esta idea un tanto ficticia en sus inicios se convertira en

    todo un suceso a futuro, tal como afirmara en 1959 el premio Nobel de Fsica Richard

    P. Feymann, quien en uno de sus artculos nos deca esta es una innovacin la cual

    pienso que no debe ser eludida.

    La idea de la nanotecnologa marc el inicio para el desarrollo de un nuevo campotecnolgico con una amplia perspectiva para reas como la ingeniera, ciencias bsicas,

    la medicina, la odontologa e incluso las ciencias sociales. Como respuesta a ello,

    tenemos que por ejemplo a nivel comunitario la nanotecnologa es usada en sistemas de

    filtracin de agua que producen mejores y ms higinicas fuentes de agua.

    Fig.1. Filtro de agua que utiliza las nanopartculas para purificar el agua.

    En el caso de las ciencias bsicas, tenemos el ejemplo particular de la biologa

    molecular, desarrollada en los aos 50 con el desarrollo de la estructura del ADN, el

    cual fue introducido por Watson y Crick en 1954. Este trabajo les vali ser reconocidos

    con el premio Nobel 20 aos despus. Empez como una teora dogmtica central que

    luego fue mejorada por cientficos especialistas en gentica los cuales originaron un

    fenmeno biolgico con la teora de recombinacin y crecimiento.

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    Fig. 2. Watson y Crick con la estructura del ADN a la derecha.

    Para entender lo que es la nanotecnologa de una manera integra, partiremos del

    concepto bsico de que la unidad fundamental de medicin para la longitud es el metro.

    Un nanmetro es una billonsima parte del metro (1/1, 000, 000,000) o un milsimo de

    una micra (1/1000). La comprensin de una forma ms aplicativa de estas mediciones la

    hallamos en que un nanmetro es ochenta mil veces ms pequeo que el dimetro de un

    cabello humano.

    Fig. 3. Comparacin entre un cabello humano y un nanmetro.

    Segn Mitra, la nanotecnologa es conocida tambin como nanotecnologa molecular o

    ingeniera molecular, su finalidad es la produccin de materiales y estructuras en el

    rango de 0.1 a 100 nanmetros la nanoescala - por varios mtodos fsicos o qumicos.

    Este concepto es complementado por Saravana y Vijayalakshmi, quienes enuncian que

    la nanotecnologa es la manipulacin de la materia hasta el nivel nanomtrico y que laaplicacin de la misma en la medicina es llamada nanomedicina. En palabras simples es

    la ingeniera a nivel atmico o molecular.

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    Fig. 4. Esquema grfico que ilustra la Nanoescala.

    Fig. 5. Microfotografa de partculas bajo Microscopa Electrnica de Barrido (Imagenperteneciente al Dr. Mei Gao, CSIRO Ciencia Molecular).

    En teora, la nanotecnologa puede utilizarse para lograr que los productos sean ms

    ligeros, ms fuertes, ms accesibles y ms exactos. Si este tipo de material se usara para

    fabricar un avin, ste podra pesar 50 veces menos y ser igual de resistente.

    A partir de aqu las investigaciones en el campo de la odontologa se empezaron a

    desarrollar enfocados bsicamente a los materiales empleados en la operatoria dental es

    as que esta fue la especialidad ms beneficiada con las bondades de la nanotecnologa.

    Los resultados de este impulso, se vieron posteriormente reflejados con la aparicin de

    sistemas adhesivos y resinas compuestas que contaban con nanopartculas incorporadas

    dentro de su composicin.

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    RESINAS COMPUESTASDesde los albores del desarrollo de las Resinas Compuestas, estos materiales

    experimentaron diversas modificaciones en busca de que posean ptimas propiedades

    mecnicas, estticas y que sean biocompatibles, adems se trat de que pudiesen

    emplearse tanto para dientes anteriores como para los posteriores, este hecho fue unagran limitante .

    Para comprender el vertiginoso desarrollo de las Resinas Compuestas y su desempeo

    clnico, recordaremos la clasificacin tradicional que tenemos de ellas de acuerdo al

    tamao de sus partculas, siendo las primeras en aparecer las Resinas de

    Macropartculas y las de Nanopartculas recientemente.

    Fig. 6. Clasificacin de las Resinas Compuestas propuesta de acuerdo al tamao de sus partculas, tambin se apreciancaractersticas del tipo de relleno, su tamao promedio y algunas marcas comerciales (Modificado de: Restauraciones

    anteriores directas imperceptibles con resinas compuestas. Vargas, Marcos A. En: Henostroza Haro, Gilberto, editor.Esttica en odontologa restauradora.1ra ed. Madrid; Ripano; 2006. Captulo 8, p. 223).

    Dentro de las caractersticas de las resinas de macropartculas, encontramos que

    presentaban deficiencias relacionadas con su rugosidad superficial y dificultad de

    pulimento, esto debido a la prdida de la carga inorgnica (partculas) de la matriz

    resinosa, acelerando el desgaste de la misma. Despus de pulidos y de cierto tiempo de

    uso en la cavidad bucal, se tornaban speros por la desintegracin de la matriz orgnica

    lo que facilitaba el manchado prematuro y el cambio de color.

    Adems posean alta carga de relleno (68% a 80%), resistencia a la fractura por lo cual

    su uso se limit al sector posterior. Actualmente han quedado en desuso.

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    Fig. 7. Ejemplos de resinas compuestas de macropartculas (Imagenperteneciente a Juan A. Fernndez Tarazona).

    Las resinas de Micropartculas surgieron como respuesta a las desventajas que tenan

    las resinas de macropartculas sobre todo al pobre poder de pulimento. Los fabricantes

    agregaron rellenos ms pequeos, ms redondeados, blandos y con una distribucin de

    tamaos ms apropiada, que permiten agregar un porcentaje mayor de relleno por

    unidad de volumen, mejorando las caractersticas de manipulacin, superficie acabada

    ms lisa, terminado ms rpido y buena estabilidad de color.

    Dentro de sus limitaciones se hallaban la baja resistencia a la fractura, alto coeficiente

    de expansin trmica, baja resistencia a la traccin, alta capacidad de deformacin, la

    mayora no eran radiopacas y alta contraccin de polimerizacin. Su uso se limit al

    sector anterior.

    Fig. 8. Resinas compuestas de micropartculas de algunas marcas comerciales (Imagenperteneciente a Juan A. Fernndez Tarazona).

    Frente a los problemas que presentaban los tipos de resina compuestas antes

    mencionadas aunadas a una tendencia clnica de tratar el sector anterior con un tipo de

    resina y el sector posterior con otra, surgieron las resinas compuestas hbridas o

    universales, estas estaban constituidas por una mezcla de rellenos de diferentes

    tamaos, que ofrecan las bondades tanto de las macropartculas como de las

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    micropartculas. Sin embargo, este material sufre la desintegracin qumica

    caracterstica entre las interfaces, la matriz, el macrorellenador. De la misma manera, la

    superficie de la obturacin se torna spera con el tiempo por el desgaste de la resina o

    de matriz orgnica, a pesar de que se utilicen buenas tcnicas de acabado. Pero por la

    versatilidad clnica que ofrecen se consideran hasta hoy en da como el materialcompuesto ms prximo a lo ideal.

    Fig. 9. Resinas compuestas hbridas de diferentes marcas comerciales (Imagenperteneciente a Juan A. Fernndez Tarazona).

    Hemos visto pues, que la bsqueda de la resina compuesta ideal fue el principal motivo

    para que desarrollaran tanto estos materiales, siendo conseguidos parcialmente con la

    inclusin de las resinas hbridas, pero como no todo en la vida es perfecto, esta

    presentaba problemas inherentes a su composicin.

    RESINAS DE NANORELLENORecientemente la nanotecnologa ha hecho posible reducir an ms el tamao de las

    partculas de relleno, hasta alcanzar dimensiones nanomtricas. El primer material de

    este tipo fue presentado a la profesin en 2002, por la firma 3M-ESPE, con el nombre

    de Filtek Supreme, hoy Filtek Supreme Plus (actualmente Filtek Supreme XT),

    caracterizado por incluir una combinacin de partculas de zirconio, slice silanizada y

    partculas aglomeradas de zirconio.

    Fig. 10. Resina compuesta de nanorelleno Filtek Supreme Plus.

    Este tipo de resina compuesta se caracteriza por poseer dos estructuras importantes. Las

    primeras son nanopartculas o nanmeros que presentan una dimensin de

    aproximadamente 25 a 75nm y la segunda los "nanoclusters" de aproximadamente 0,4 a

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    1,4 um, estos nanoclusters son una suerte de racimos de uvas compuestos de las mismas

    nanopartculas aglomeradas o nanoagregadas. A diferencia de las densas partculas de

    relleno de los hbridos, estos nanoclsteres son porosos y permiten que la matriz de

    resina del composite rellene los espacios presentes dentro y entre los clsteres.

    Fig. 11. Microscopas Electrnicas de Barrido que ilustran, arriba: la composicin genrica de la resina de nanorellenoFiltek Supreme XT, a la izquierda se observan los nanmeros o nanopartculas (25 a 75nm) y al a derecha se aprecia unnanoclster (0,4 y 1,4um) con su tpica forma de racimo de uvas. (MEB de Filtek Supreme XT perteneciente al Prof. Dr.

    Jorge Perdigao)

    Fig. 12. Microscopa Electrnica de Barrido a un nanoclster con mayor aumento, se observa con ms claridadla morfologa que posee similar a un racimo de uvas, compuesta por nanmeros (MEB de

    Filtek Supreme XT perteneciente al Prof. Dr. Jorge Perdigao).

    Los objetivos que se persiguen al incorporar las nanopartculas en los composites son:

    mejorar las propiedades mecnicas y estticas, por ejemplo, resistencia a la abrasin,

    mejorar la lisura superficial y permitir mejor terminado, incorporar ms componente

    cermico, disminuir la cantidad de resina en la frmula del composite, y con ello,

    disminuir la contraccin de polimerizacin volumtrica (CPV) del mismo. Al poseer un

    composite ms carga cermica, disminuye su porcentaje de contraccin.

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    Fig. 13. Esquema que ilustra el proceso de manufacturacin de las nanopartculas y nanoclsteres, para su posteriorinclusin en la matriz de la resina compuesta (3M ESPE Dental Products).

    EL EFECTO RACIMO DE UVASEs til establecer una analoga entre los nanoclsteres y los racimos de uvas. En

    ausencia de una fuerza externa, las partculas individuales de un nanoclster

    permanecen juntas, igual que lo que hara un racimo de uvas. Como tal, los

    nanoclsteres se comportan como partculas grandes con una amplia distribucin de

    tamao de partcula para conferirle manejo al composite.

    Sin embargo, bajo las fuerzas abrasivas existentes en el ambiente intraoral, se

    desprenden nanopartculas individuales, de forma semejante a uvas en un racimo. La

    superficie resultante despus de la abrasin todava permanece lisa y es comparable a

    los microrellenos como evidencian las MEB. Las partculas de los hbridos y

    microhbrido, en cambio, no pueden subdividirse ms, por lo que bajo la abrasin, se

    exponen y desprenden estas partculas grandes, dejando una superficie rugosa y sin

    brillo. En la fig. 14, se comparan las imgenes obtenidas mediante microscopio de

    fuerza atmica (AFM) de un microhbrido representativo, EsthetX, y un microrrelleno,

    Filtek A110, antes y despus de 2.000 ciclos de abrasin mediante cepillo de dientes

    con las del nanocompsito Filtek Supreme XT, con nanoclsteres y nanmeros. Tras el

    cepillado, la muestra de Filtek Supreme XT conserv su lisura igual que el

    microrrelleno estudiado, mientras que la superficie del microhbrido se volvi bastante

    rugosa. Los estudios sobre retencin del brillo tras un cepillado prolongado durante

    2.000 ciclos abrasivos tambin confirmaron los resultados anteriormente mencionados

    (fig. 15).

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    Fig. 14. Imgenes de Microscopa Electrnica de Barrido de la superficie de un compsito restaurador abrasionado por elcepillado dental. A. Hbrido. B. Microrelleno. C. FSS: Formulacin de Filtek Supreme con Standard de colores de dentina,cuerpo y esmalte (3M ESPE Dental Products, St. Paul, Minn.). D. FST: Formulacin de Filtek Supreme Translucido (3M

    ESPE Dental Products).

    Fig. 15. Microscopa de Fuerza Atmica (MFA) usada para observar la preservacin del brillotras un cepillado prolongado durante 2.000 ciclos abrasivos(3M ESPE

    Dental Products, St. Paul, Minn.).

    En un estudio clnico realizado en la Universidad de Lovaina se demostr que despus

    de un ao, Filtek Supreme XT muestra una tasa de desgaste comparable a la del esmalte

    humano.

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    Kunzelmann y col. Observaron que las propiedades de desgaste in vitro del composite

    con nanorelleno Filtek Supreme XT eran superiores a las de todos los dems materiales

    incluidos en el estudio. Los estudios clnicos indican que Filtek Supreme XT incluso

    parece tener propiedades de autopulido. El brillo es mejor despus de un ao que en el

    momento de la colocacin inicial y contina teniendo buen aspecto despus de dosaos.

    En esta parte del trabajo cabe recalcar dos aspectos importantes, el primero de ellos es

    que al hacer referencia a las resinas compuestas de nanorelleno nos hemos enfocado a la

    resina Filtek Supreme XT de la 3M ESPE porque es esta firma comercial la nica en el

    mercado que posee la patente de nanotecnologa aplicada a materiales dentales, esto

    principalmente se menciona ya que posteriormente haremos una diferenciacin con

    otros materiales que aseveran poseer nanotecnologa en su formulacin.

    El segundo aspecto est relacionado con los cambios de nombre de la resina compuesta

    de nanorelleno Filtek Supreme Plus Restaurador Universal, que esencialmente tienen

    que ver con las mejoras realizadas en el producto con el fin de resolver un problema

    esencial que era su falta de precisin en cuanto al color, ya que a un inicio esta resina nose ajustaba a la gua clsica de colores VITAPAN. Este problema fue solucionado con

    el ajuste de color correspondiente, el resultado de estas mejoras se apreci en la resina

    que apareci en el mercado norteamericano y europeo la resina con las mejoras con el

    nombre de Filtek Supreme XT Restaurador Universal que contaba con una gama de 35

    colores divididos entre colores para esmalte, dentina, cuerpo e incisal. Para el caso

    particular de Latinoamrica, sali una versin reducida de esta presentacin con 8

    colores bsicos con el nombre de Filtek Z350.

    Fig. 17. Imgenes que muestran la clara diferencia en cuanto al color entre Filtek Supreme Plus y Filtek Supreme XTRestaurador Universal (Imgenes pertenecientes Dr. Grant Chyz).

    Fig. 18. Secuencia fotogrfica clnica de una clase IV extensa resuelta con Filtek Supreme XT, ntese el excelente grado depulido y el biomimetismo entre la restauracin y la pieza dentaria (Fotografas pertenecientes al Prof. Dr. Marcos A.

    Vargas).

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    Fig. 19. Secuencia fotogrfica clnica de una clase I extensa resuelta con Filtek Supreme XT, ntese el excelente grado depulido y el biomimetismo entre la restauracin y la pieza dentaria (Fotografas pertenecientes al Prof. Dr. Javier Fernndez

    Zubizarreta).

    RESINAS NANOHBRIDASEste tipo de resinas compuestas ha generado mucha confusin al tratar de clasificarlas ydescribir sus caractersticas clnicas, pues difieren francamente de las resinas de

    nanorelleno.

    Segn Vargas, actualmente se viene empleando el trmino nanohbridas, que significa

    la incorporacin de nanopartculas dentro de un material microhbrido.

    En esencia, todo hbrido que contiene slice pirognico de 0.04um = 40 nanmetros

    puede denominarse nanohbrido.

    As que, estos tipos de resinas ciertamente poseen partculas nanomtricas en su

    composicin inorgnica que oscila entre 20 a 60nm, pero a diferencia de las de

    nanorelleno no poseen un nanoclster que este formado por nanopartculas a manera de

    un racimo, en reemplazo de este tienen un microrelleno promedio de 0.7 micrones.

    Estas partculas actuarn como soporte para las nanomtricas y otorgan viscosidad al

    material, regulan la consistencia, dan el color y la radiopacidad.

    Justamente, las distintas formas de otorgar ese soporte a las nanopartculas son la

    diferencia ms importante con respecto a los distintos desarrollos comerciales.

    Los aportes clnicos de estos materiales son bastantes parecidos a los de nanorelleno,

    pero su falencia radica en lo que refiere a la prdida de su partcula de soporte

    (microhbrido) frente a una accin abrasiva generando un efecto de desplume

    completo, alterando la lisura superficial y la conservacin del brillo.

    Fig. 20. Microscopas Electrnicas de Barrido que comparan la resina compuesta de nanorelleno Filtek Supreme XT con

    diversas resinas nanohbridas donde se destaca la caracterstica del nanoclster a diferencia del relleno microhbrido quepresentan las segundas (MEBs pertenecientes al Prof. Dr. Jorge Perdigao).

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    ADHESIVOS CON NANORELLENOLa idea de aplicar carga inorgnica a un adhesivo parti del criterio de que esto

    ayudara a incrementar su resistencia. Esto surgi como respuesta a la contraccin

    polimrica del adhesivo que presentaba muchos problemas de desprendimiento de las

    paredes cavitarias y de sensibilidad postoperatoria.Los primeros adhesivos en incorporar rellenos en su composicin utilizaron partculas

    hechas de las mismas resinas compuestas, lo cual les confera un mayor espesor de

    pelcula, situacin concordante con el objetivo de disminuir la contraccin de

    polimerizacin del adhesivo. La capa gruesa del adhesivo cumple una segunda funcin

    que es aliviar las tensiones en el momento que se produzca la contraccin de la resina

    compuesta. La presencia de relleno en el adhesivo lo transforma en un material

    compuesto y as mejora sus propiedades mecnicas.

    Fig. 21. Adhesivos con diferente concentraciones de relleno: Excite (0.5%), One Step Plus (8.5 %),Optibond Solo Plus y PQ 1 (40%), (Imagen perteneciente al Prof. Dr. Wilson Garone Filho.)

    El incremento de la cantidad de relleno en un adhesivo aumenta su viscosidad ydisminuye su escurrimiento. Si el aumento de relleno impidiese adaptarse

    adecuadamente a la superficie de la dentina acondicionada y, asimismo, penetrar en las

    fibras colgenas expuestas no se formara la capa hbrida y se perder adhesin y

    sellado marginal. Por otro lado, si el relleno no le impidiese penetrar al adhesivo,

    entonces, tericamente la adhesin debera mejorar puesto que el relleno contribuira

    reducir la contraccin de polimerizacin y a reforzar la capa hbrida

    La incorporacin de nanorelleno permite trabajar con partculas con promedio de 5

    nanmetros, a estas partculas tan diminutas logran penetrar hasta alcanzar la capa

    hbrida, adems de presentar una menor contraccin de polimerizacin, y adems sus

    propiedades mecnicas son superiores respecto a un adhesivo sin relleno. Pero su

    espesor de pelcula ms delgado no funciona como amortiguador de la contraccin depolimerizacin de la resina compuesta.

    Fig. 22. Adhesivos con nanorelleno (Imagen perteneciente al Prof. Dr. Wilson Garone Filho).

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    Fig. 22. Esquema y Microscopas Electrnicas de Barrido correspondiente a un adhesivocon nanorelleno (Modificado de: Perfil tcnico de Prime & Bond NT).

    CONCLUSIONESSin lugar a dudas la nanotecnologa ha revolucionado el campo de los biomateriales

    dentales, llegando a ofrecernos sistemas restauradores que se biointegran con los

    sustratos dentales. Adems debemos destacar que:

    Antes de cualquier procedimiento restaurador, debemos discernir claramente el

    tipo de resina a utilizar ya que basado en las referencias dadas en este trabajo en

    el mercado abundan productos que aseveran poseer nanotecnologa en su

    formulacin, siendo esencialmente un material nanohbrido que pese a su

    similitud estructural con una resina de nanorelleno, no posee el mismo

    desempeo clnico.

    La mayor ventaja de los nanorellenos es la conservacin de su regularidad

    superficial y la conservacin del pulido, como demuestran los estudios con

    ciclado abrasivo por cepillado dental.

    Algunos estudios independientes han demostrado que en lo referente al pulido,

    este incrementa con sucesivos tratamientos de pulido.

    Poseen una fcil manipulacin por no pegarse a los instrumentos.

    Est completamente comprobada su versatilidad tanto en el sector anterior como

    posterior, ello debido a sus propiedades mecnicas y estticas que le confieren

    las nanopartculas.

    En lo referente a los adhesivos con nanorelleno, estos ofrecen una menor

    contraccin de polimerizacin a diferencia de los convencionales sin relleno.

    Estos adhesivos actan como una capa amortiguadora de las resinas compuestas

    durante su contraccin de polimerizacin volumtrica.

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