DOI: https://doi.org/10.60647/9J94-6H09
Palabras clave: nanohidroxiapatita, defecto óseo, regeneración ósea
Resumen:
La regeneración ósea en odontología requiere de materiales innovadores, eficientes y económicos. La nanohidroxiapatita (NHA) es la forma sintética y biocompatible del mineral hidroxiapatita (HA) el cual es el componente principal del esmalte dental y también del hueso. La NHA se presenta en partículas de tamaño alrededor de 1-100 nm, además de una mayor superficie y una gran interfaz en comparación con la hidroxiapatita.
La HA representa un desafío y cuenta con desventajas, por lo que la investigación en nanomedicina ha generado nanopartículas de NHA que por su tamaño mejora las características como la resistencia, tenacidad y fragilidad.
La NHA se ha utilizado en el campo de la medicina con múltiples aplicaciones entre ellas la regeneración ósea, pero también para el transporte de fármacos, este biocerámico puede combinarse con diferentes polisacáridos y proteínas y de esta manera mejorar las propiedades mecánicas y hacer más efectivas las aplicaciones en el campo de la regeneración ósea.
Introducción
Regenerar hueso no es una tarea fácil, cada año millones de personas en el mundo sufren fracturas y pérdida ósea, la pérdida ósea puede ser también por tumores, infecciones y enfermedades que atacan directamente al hueso. En odontología es común la pérdida ósea por periodontitis, traumas dentales y osteoporosis, cuando la pérdida de hueso es muy grande el cuerpo a veces no puede recuperarse, falla en producir suficiente hueso nuevo, dejando huecos que complican la colocación de implantes y prótesis (Figura 1). Los injertos tradicionales son caros, dolorosos, con riesgo de rechazo o infecciones, y no siempre dan el volumen o la calidad suficiente, ahí es donde entran combinaciones de biomateriales que pueden ser una solución prometedora y eficaz.
Figura 1. Radiografía que evidencia la pérdida de hueso.
El hueso es un tipo de tejido complejo que por sí solo cuenta con células capaces de regenerarlo y renovarlo, sin embargo, cuando existe un defecto óseo- alteración en la estructura normal del hueso, que afectan su forma, volumen o función original es un desafío para el cuerpo, en especial si es de gran amplitud Ante esta problemática a lo largo del tiempo se han estudiado diferentes tipos de injertos y biomateriales que buscan promover la regeneración ósea.
La regeneración ósea en odontología es de suma importancia, la ausencia de piezas dentales ocasiona defectos óseos en el aparato estomatognático, esto ocasiona un desafío relevante, ya que estos afectan tanto la función como la estética. Los procesos asistidos de regeneración por medio de biomateriales benefician a los pacientes ya que son una alternativa para planificar su tratamiento de una manera especializada y óptima.
Algunos de los biomateriales apropiados para la regeneración ósea son los polímeros de origen natural que en combinación con materiales biocerámicos tienen la finalidad de imitar la matriz extracelular y de esta manera promover el crecimiento celular y en consecuencia la regeneración del tejido.
Tratamiento de los defectos óseos
Los defectos óseos pueden presentarse a causa de diferentes factores, tanto locales como sistémicos, así también como consecuencia de traumatismos o procesos infecciosos, enfermedades o procedimientos quirúrgicos. Existen diferentes tipos de defectos óseos y estos se clasifican de acuerdo con cuanto tejido se encuentra ausente. Su reconstrucción es un reto que se ha estudiado a lo largo del tiempo, el estándar de oro es el uso de injertos óseos, además, se ha puesto gran interés en los biomateriales que contribuyen a eliminar dicho problema., Así también se realiza investigación para comprender los mecanismos que promueven la aparición de nuevo tejido óseo. Por esta problemática surge la investigación para desarrollar biocompuestos como andamios, membranas, esponjas e hidrogeles entre otros para promover la regeneración ósea.
Andamios óseos
Los andamios son un tipo de biocompuesto que de acuerdo con su naturaleza pueden tener una microestructura porosa que tiene como objetivo imitar la matriz extracelular para crear el ambiente adecuado, por ejemplo, las esponjas, los hidrogeles y aerogeles entre otros (Figura 2). Es primordial que los andamios posean las propiedades mecánicas adecuadas y capacidad de biodegradación por lo que sus componentes deben ser apropiados para tal fin.
Entre los diferentes biomateriales que existen para la creación de andamios enfocados en la regeneración ósea están los materiales biocerámicos como lo son la HA, la NHA, el quitosano, el colágeno, etc. Estos componentes han tenido gran relevancia ya que presentan semejanza química con los componentes inorgánicos de hueso y de dientes.
Figura 2. Proceso de elaboración de una esponja de NHA y polisacáridos como quitosano, se resalta la posible aplicación en regeneración ósea en humanos. Fuente propia
Hidroxiapatita y nanohidroxiapatita
Los huesos humanos constan de hasta un 70% de HA y un 25% de materia orgánica, debido a esta composición la HA ha cobrado gran interés en temas de regeneración ósea por ser osteoconductiva, biocompatible, bioactiva y no tóxica. La HA cuenta con múltiples propiedades superficiales y morfológicas, por lo que se ha utilizado como transporte para el depósito de fármacos gracias a las ventajas estructurales que presenta, entre las que destacan su alta área superficial que permite una mejor adhesión celular, así también como sus diferentes propiedades químicas y físicas. La composición química de la HA la posiciona como el principal componente mineral del hueso y del esmalte dental. Imita la composición mineral del hueso de los vertebrados; sin embargo, sola presenta propiedades mecánicas deficientes, para la ingeniería de tejidos, por lo que para mejorar sus propiedades se combina con otros polímeros naturales o sintéticos.
Las partículas de la HA han presentado mejores resultados en tamaños nanométricos. Diversos estudios han concluido que biomateriales basados en (NHA) lograron promover el proceso de regeneración ósea con ausencia de proceso inflamatorio, esto es porque la composición de la NHA es similar a los minerales óseos y de esta manera se obtiene un espacio óptimo para que se pueda generar la adhesión celular.
Las partículas de NHA rondan entre 1-100 nm esto las hace similares a la naturalidad de la estructura ósea. La similitud que tiene la NHA con diferentes proteínas facilita que esta pueda tener buena interacción con diferentes receptores. También se ha reportado que el tamaño de partícula inferior a 10 nm tiene potencial para ser letal, ya que esta deja de comportarse como un biomaterial pasivo por el aumento exponencial de su área superficial (mayor cantidad de átomos expuestos) esto causa reacciones no controladas en células vivas y altera las funciones celulares importantes especialmente daño a proteínas, lípidos y al ADN., Por lo que para procesos de regeneración ósea se utilizan partículas mayores a 10 nm que no sobrepasen los 100 nm (Figura 3).
Figura 3. La NHA como material cerámico utilizado para la generación de novedosos biocompuestos en el área de la regeneración ósea.
La NHA posee mimetismo natural, no solo se reproduce la composición, sino también la arquitectura nanométrica del hueso natural, esto ocasiona que se facilite el reconocimiento celular como “tejido propio”, con base en esto tiene mejor integración biológica y menor respuesta inflamatoria que la HA. La NHA posee capacidad de reabsorción más rápida, en consecuencia, el uso de este biocerámico tiene la capacidad de poder acelerar la curación de defectos óseos.
Otra de las ventajas que tiene la NHA frente a la HA es que la primera es bioinstructiva, esto quiere decir, que los andamios diseñados tienen la capacidad de interactuar con células vivas y proporcionarles instrucciones específicas para guiar su comportamiento hacia la regeneración de tejidos, la diferenciación celular o la modulación de respuestas inmunes.
La NHA supera ampliamente a la HA convencional al ofrecer una interacción biológica más activa, una mejor integración con sistemas compuestos, mayor control sobre la regeneración ósea y potencial terapéutico adicional convirtiéndola en un biomaterial clave en ingeniería tisular y odontología regenerativa. Además, estos biomateriales experimentan una biodegradación gradual y controlada permitiendo que el bioandamio sea reemplazado progresivamente por hueso nuevo, hasta lograr la regeneración del defecto óseo.
Usos de la NHA en la regeneración ósea guiada
La NHA es ampliamente utilizada en los procesos de regeneración ósea, no solo por su similitud química y estructural con el mineral natural del hueso, sino también por su capacidad para actuar como vehículo para la administración dirigida de fármacos, la NHA posee una amplia gama de aplicaciones biomédicas.
Este material se utiliza con frecuencia en cirugía maxilofacial, así también como en cirugía ortopédica para rellenar defectos óseos y de esta manera poder estimular procesos de regeneración.
En la actualidad los andamios para regeneración ósea a base de NHA se desarrollan al combinar este material con otros biomateriales, con la intención de imitar la estructura y función del hueso natural. Las combinaciones más comunes con polímeros biodegradables sintéticos son con (PLGA), policaprolactona, así también como naturales entre ellos colágeno, gelatina, quitosano. También se emplean sistemas bifásicos, donde la NHA se combina con otros fosfatos de calcio.
Estas combinaciones permiten crear estructuras porosas y biodegradables, capaces de guiar la migración celular, permitir el intercambio de nutrientes y degradarse de manera controlada mientras el hueso nuevo se forma, convirtiendo a la NHA en un componente clave de los biomateriales modernos para la regeneración ósea. Estas propiedades hacen que los andamios con NHA representen una estrategia segura, versátil y altamente efectiva para la regeneración ósea en aplicaciones médicas y odontológicas.
Diversos estudios realizados en los últimos años han informado que diferentes tipos de andamios que tienen en su composición NHA y que fueron usados en modelos animales mostraron que existe una reparación ósea aumentada en comparación con los que no la contienen. Entre las características observadas reportaron aumento en el volumen óseo y la aparición y mayor porcentaje de callo óseo en el sitio tratado con el andamio en comparación con el control de animales no tratados.
Conclusión
La ingeniería de tejidos es un área de la biomedicina que tiene como finalidad que se mejore y restaure la estructura de los tejidos, de esta manera se busca que se pueda brindar un soporte a las áreas dañadas. Aún es necesario mayor investigación acerca de la NHA como componente de diversos biocompuestos y determinar su eficacia en la regeneración ósea guiada, técnica útil en la odontología reconstructiva.
