La nanotecnología tiene en su fundamento el estudio de acontecimientos en una nano escala, para el cual los científicos han tenido gran aporte de donde surgen nuevas formas de fabricación y diseño de nanoestructuras o nanomateriales. Existen diferentes tipos de nanopartículas entre ellos: Nanoporos, nanotubos, puntos cuánticos, nanoshells, dendrímero, liposomas, nanobarras, fullereno, nanoesferas, nanoalambres, nanoanillos y nanocápsulas. Hay diferentes aplicaciones de la nanotecnología en la ortodoncia. En los alambres se puede colocar nanopartículas para reducir la fricción, efecto antibacteriano o fabricación de alambres. En adhesión sirven para reducir la contracción, mejorar la resistencia al desprendimiento y tener un efecto antibacteriano. La nanotecnología en los brackets puede disminuir la desmineralización y disminuir las manchas blancas, también se puede disminuir la fricción. Otro uso es para desinfectar superficies o esterilizar instrumentos. Sin embargo, hay que tener en cuenta la citotoxicidad que puedan tener los materiales.
Palabras clave: Nanotecnología, Ortodoncia, nanoestructuras.
Nanotechnology is based on the study of events on a nano scale, for which scientists have had a great contribution from which new ways of manufacturing and designing nanostructures or nanomaterials arise. There are different types of nanoparticles among them: nanopores, nanotubes, quantum dots, nanoshells, dendrimer, liposomes, nanobars, fullerene, nanospheres, nanowires, nano rings and nano capsules. There are different applications of nanotechnology in orthodontics. Nanoparticles can be placed on the wires to reduce friction, antibacterial effect or wire fabrication. for adhesion they serve to reduce shrinkage, improve peel strength and have an antibacterial effect. Nanotechnology in brackets can reduce demineralization and reduce white spots, friction can also be reduced. Another use is to disinfect surfaces or sterilize instruments. However, one must be aware of the cytotoxicity that the materials may have.
Key words: Nanotechnology, Orthodontics, nanostructures.
A lo largo del tiempo el hombre ha modificado el lugar que lo rodea para hacer más fácil su vida a diario a través de las nuevas tecnologías. En un principio el hombre utilizaba herramientas rudimentarias como picos y palos, pero a través de la herencia del conocimiento fue perfeccionando sus herramientas en artefactos, cada vez fueron más avanzados que en un inicio cuando cazaban.1,2,3
En 1959 Richard Feyman ganó el premio Nobel, durante su pronunciamiento menciono: “Los principios de la física, tal y como yo los entiendo, no niega la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo. Los problemas de la química y la biología podrían evitarse si desarrollamos nuestra habilidad para ver lo que estamos haciendo, y para hacer las cosas a nivel anatómico”. Dicho discurso cada vez tiene más eco desde hace más de 40 años siendo la base de la ciencia que hoy llamamos Nanotecnologia.4,5
Ya en la década de los 80´ Eric Drexler hizo hincapié en el potencial de la nanotecnología molecular en el cual menciona ser un tipo de complementación y perfección del estilo tradicional de la materia.2,6,7
La definición de nanotecnología se puede aplicar como una tecnología que se trabaja con pequeñas estructuras y tamaños de materiales. Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro o 10-9. Sus pequeñas características permiten más funcionalidad en un espacio dado.8
Esta tecnología tiene en su fundamento el estudio de acontecimientos en una nanoescala, para el cual los científicos han tenido gran aporte donde surgen nuevas formas de fabricación y diseño de nanoestructuras o nanomateriales logrando así un entendimiento esencial de la conexión entre las propiedades de los fenómenos físicos y químicos de las dimensiones de los materiales.8
La creación de inventos más sofisticados ha marcado los avances tecnológicos en el hombre, desde cosas básicas para la supervivencia, hasta ya en el desarrollo de sistemas electrónicos que hoy en día nos facilitan el día a día.1
En la actualidad las investigaciones se dirigen a la producción de estructuras a nanoescala. Hay tres tipos de enfoques en las técnicas para la fabricación de estructuras:
Existen diferentes tipos de nanopartículas, por ejemplo: nanoporos, nanotubos, puntos cuánticos, nanoshells, dendrímero, liposomas, nanobarras, fullereno, nanoesferas, nanoalambres, nanocinturones, nanoanillos, nano capsulas.11
Los nanoporos son pequeños agujeros que miden 1 y 100 nm, están formados a manera de proteínas sintéticas que tiene propiedades que les permiten el paso de corrientes iónicas. Los nanotubos son nanoestructuras en forma cilíndrica con estructuras de un fullereno, su función química permite ser empleado como catalizador y como sensor molecular sirviendo de interface en sistemas biológicos.9,11,12,13
Los puntos cuánticos son nano partículas que se obtienen de diferentes materiales semiconductores como el seleniuro de cadmio, el seleniuro de plomo o el sulfuro de cinc, estas partículas poseen un espectro de emisión o absorción de luz. Sus propiedades ópticas les hace de gran utilidad para elaborar tintas, marcadores biológicos etc.9,11,14 Otra nanopartícula son los nanoshells: Son esferas concéntricas de 100nm y un recubrimiento metálico (oro) esta nanopartícula ha demostrado ser de gran utilidad para las técnicas de inmunoensayos realizadas en sangre; por ejemplo, detectar las IgG.9,11,15
Los dendrímeros: Son nano partículas en forma de rama, tienen una propiedad única que les permite responder a cambios en las condiciones de disolverse y puedan modificarse fácilmente para aglutinarse. Se usan en tratamientos antibacterianos, antivirales, así como en aplicaciones médicas.9,11,16
Los equipos que utilizan para el registro de medidas de nanotecnología son: NanoMan System, CP-II Scanning Probe Microscopio. El microscopio de fuerza atómica BioScope da una resolución en el nanómetro y angstrom.18
El interés por incorporar nanopartículas ha llevado a crear investigaciones de dispositivos que sirvan de defensa, por ejemplo: el realizar implantes que permitan prevenir infecciones o inhibir el desarrollo de cáncer a través de la incorporación de moléculas de plata, zinc, zirconio selenio y croma. El avance científico está incorporando un nuevo término “Biodontica” para referirse a la incorporación de nuevos desarrollos moleculares a las ciencias informáticas (nanochips de ADN y ARN), nanogenética, bioingeniería, y la nanotecnología con la odontología clínica.2
La odontología ha sido participe del surgimiento de la nanotecnología. La introducción de las nanopartículas en materiales dentales ha tenido un rol muy destacado; por ejemplo, el hecho de agregar nanopartículas de plata a las resinas favorece a que no se desgasten tan rápido, tengan un efecto antifúngico y antibacteriano.19
También se han utilizado la aplicación de nanopartículas que controlan la señal del dolor y que incrementan las ramificaciones de las terminaciones nerviosas pues se utilizan nanoesferas que contienen factores de crecimiento que regeneran el tejido nervioso.19
El odontólogo siempre ha tenido la necesidad de que las resinas que utilice sean estéticas y de buena calidad, que soporten las cargas oclusales por la masticación o por el cargas que caen directamente en las cúspides de trabajo; en el mercado hay resinas con nanorellenos y nanohibridas.20 La resina nanohíbrida posee partículas que van de los 20 a 60nm, que a diferencia de las de nanorelleno no poseen nanopartículas a manera de un racimo, en remplazo de este tiene un micro relleno de 0.7micrones.21
Con el paso del tiempo la nanotecnología en resinas promete inhibir la caries mediante el control del biofilm y la remineralización. La plata muestra propiedades antimicóticas, antibacterianas y antivirales. Por ejemplo, se hizo un estudio en el cual se combinaron nanopartículas de plata y de fosfato de calcio amorfo en un compuesto dental para obtener doble beneficio de antibacteriana y de remineralización. Por otro lado, también se pudo combinar plata con un metacrilato de amonio cuaternario en resinas para mejorar la potencialidad antibacteriana.22
Al incorporar plata y dimetacrilato de amonio cuaternario en el primer comercial (Scotchbond ™ Multi-Purpose [SBMP], 3M, MN, EE. UU.), se observó una actividad antibacteriana ya que el ácido láctico de las bacterias en las resinas se redujo por la incorporación de las nanopartículas de Ag y QADM (dimetacrilato de amonio cuaternario).22
Hay diferentes aplicaciones de la nanotecnología en la ortodoncia,23 ejemplo: alambres, adhesión, brackets, lubricantes, microimplantes y esterilización.
Los alambres de aleación de B-titanio y molibneo (TMA, Ormco/Sybron, Orange, CA, EE.UU), son rugosos los cuales producen una mayor fricción entre el arco y el soporte, estos alambres que se les implantan iones de TMA tienen sustancialmente reducción de la fricción del arco de unión.24
Existe una nanopartícula llamada fullereno C60 las cuales son en forma pentagonal y hexagonal. Son bastante estables a la luz ultravioleta intensa como la del láser, se polimerizan formando enlaces entre las esferas cercanas se utiliza como fotorresistor en algunos procesos fotográficos. Los fullerenos también se usan como lubricantes (las esferas hacen más fácil el deslizamiento entre superficies).25,26
Por otro lado, una partícula llamada disulfuro de tungsteno W2 como otros lubricantes tiene un ultra bajo coeficiente de fricción y tienen buen comportamiento al desgaste. Se utiliza en combinación con otros materiales que requieren de lubricación en condiciones extremas de trabajo como en algunos equipos médicos y dentales.27
Durante el tratamiento de ortodoncia cuando se deslizan los dientes a lo largo del arco implica que la fuerza de fricción cause efectos adversos como son el movimiento no deseado por ejemplo que se dañe alguna raíz. En un estudio realizado en arcos de ortodoncia se le aplicó un lubricante de nanopartículas Disulfuro de Tungsteno tipo fullereno para ver qué tan eficiente seria reducir la fricción en el alambre.28
Estos alambres fueron primeramente preparados con ácido fluorhídrico al 20% para después aplicarles un recubrimiento de Ni usando evaporaciones de haz de electrones para después hacerles el depósito de una película pura de Ni-P sin electricidad, y ya para finalizar la capa Ni-P+IF no electrolítica. Tras pruebas en los alambres en el aparato (INSTRON 4502) en diferentes angulaciones,0°,5° y 10% con respecto a largo del dispositivo el cual simulaba el funcionamiento en boca.28
En la angulación de 0% el IF actuó como espaciador y redujo el número de asperezas que entran en contacto. Cuando el ángulo crece la carga en la ranura aumenta causando mayor fricción en los cables no revestidos, en este punto los que están recubiertos liberen nanopartículas de IF para lubricar el alambre de deslizamiento, así las nanopartículas en la interfaz bajo altas cargas conducen a un deslizamiento muy fácil reduciendo así la friccion.28
Si se recubre el alambre de ortodoncia con una capa de nanopartículas como el fullereno se reduciría la fricción. Lombardi y cols. utilizaron nanopartículas de Disulfuro de Tungsteno y de Disulfuro de Molibdeno en arcos de acero y brackets, en la que encontraron una reducción de la fricción con ambos métodos.29 Sin embargo, posiblemente el Disulfuro de Tungsteno sea toxico, por lo que habrá que buscar otros compuestos.11 Wei y cols. usaron nanopartículas de Nitruro de Carbono sobre arcos de acero encontrando menor fricción que el alambre sin recubrimiento.30 Kachoei y cols. Encontraron una reducción de la fricción con Oxido de Zinc.31 Zhang y cols. utilizaron Diamond-Like, Carbon (DLC) en el que encontraron un 40% de la fricción del alambre.32
Otro uso será la fabricación de alambres huecos NiTi. Para hacer este tipo de alambres se usa una base de fibra textil o de polímeros de base, la cual se recubre con nanopartículas de NiTi y después se retira la fibra. Estos alambres tendrán memoria de forma y superelasticidad.11
Todas las fuerzas que se ejercen en los brackets de ortodoncia tienen que ser apropiadas para soportar la masticación y movimientos. Recientemente resinas compuestas que contienen nanorellenos tienen estabilidad dimensional, reducen la superficie áspera y reduce la contracción al momento de polimerizar, una de esas partículas es la nanopartícula de dióxido de sílice; por ejemplo, Futurabond DC y Optibond All-in-One los cuales son autograbales.33
Los dos sistemas de nano relleno revelaron la resistencia al cizallamiento, clínicamente fue aceptable y presento menor puntaje que los otros sistemas de enlace probados. Esto pudiera ser atribuido a la mayor contracción de polimerización producida por el tamaño de las partículas nano. Se obtuvo una apropiada fuerza después de las 12 horas. Sin embargo, los adhesivos se habían fortalecido después de las 24horas. Es por eso que es recomendable no cargar los brackets de inmediato al máximo.33
Cuando hay desprendimientos en el sistema de adhesión, el tratamiento de ortodoncia se ve retrasando, es por eso que la influencia que tiene las nanopartículas agregadas a los adhesivos para modificar la resistencia al desprendimiento sería una buena opción para que a través de su estructura la mecánica de la adhesión se viera mejorada.34
En un estudio in vitro que se llevó a cabo, se mezclaron nanopartículas de Óxido de Zirconio-Dioxido de Titanio ZrO2-TiO2 en tres adhesivos (Transbond XT, Adhesive composite 3M Unitek, Monrovia), poniéndoles en grupos diferentes del 0.5%, 1% y 0% de nanopartículas de ZrO2-TiO2. Tras registrar los valores de resistencia a la compresión y a la tracción tuvo mejor compresión y resistencia al cizallamiento los que se les incorporo el 1% de nanoparticulas.34
El nanorelleno de ZrO2-TiO2 tiene también un efecto antibacteriano, biocompatibilidad y toxicidad mínima. Por otra parte, al incorporarse el Óxido de Aluminio que es de color blanco es menos probable que se vea alterada la estética. Dando como resultado una buena opción para un adhesivo el tener esa base de nanopartículas de ZrO2-TiO2 para aumentar el enlace de la compresión, tracción y corte a la resistencia del adhesivo.34
En los tratamientos de ortodoncia cuando se requiere de anclaje se colocan bandas cementadas, sin embargo, la desmineralización del esmalte por filtración de bacterias en la interface del cemento esmalte es una de las complicaciones en los tratamientos de ortodoncia y más si no hay la suficiente higiene para retirar la placa dentobacteriana. Se ha sugerido el uso de nano-hidroxiapatita (nano-HA) para la remineralización del esmalte dañado.35
Enan y cols. cemento las bandas con Cemento de Ionómero de Vidrio (CIV) en la cual fueron cuatro grupos: el primero fue con CIV convencional, el segundo con nano-Ha al 5%, el tercero con nano-HA 10% y el cuarto con 15% nano-HA. Pasando 60 días se extrajeron los dientes y se analizaron con azul de metileno para ver la filtración que presentaban y así identificar la interface entre banda-cemento y diente-cemento.35
En los resultados se da a conocer que hubo microfiltración significativa entre ellas. Los registros mencionan que la penetración del tinte en las muestras con nano-Ha al 15% fue reducida la microfiltración alrededor de la banda, así como ayudo a la remineralización del esmalte sin embargo se necesitan más estudios adicionales para evaluar las propiedades físicas del Ionómero de Vidrio Modificado.35
El uso de aparatología con brackets tiende a presentar la acumulación de placa dentobacteriana (Streptococcus Mutans y Lactobacillus) lo que facilita la aparición de desmineralizaciones del esmalte, así como la presencia de gingivitis. Para la prevención de esto se hace mención en una investigación la importancia del uso de nanopartículas de N-doped TiO2-xNy (oxido de titanio con hidrogeno) en la superficie del bracket ya que las nanopartículas tienen radicales libres que reaccionan con moléculas de lípidos, proteínas y enzimas, lo que destruye la estructura celular por el S. Mutans que no se adhiere tan fácil soporte del bracket.36
Sin embargo, es importante que se realicen nuevas investigaciones para el estudio de la corrosión del bracket recubierto con N-doped TiO2-xNy en un microambiente oral y la toxicidad de la corrosión para el cuerpo humano.36
Otro punto importante en cuestiones de prevención de caries son el uso de nanopartículas con el recubrimiento de nanopartículas de plata. Se hizo un estudio en ratas durante 75 días en las cuales se preparó su incisivo inferior para colocar un bracket con recubrimiento de nanopartículas de plata como cofactor de desarrollo de manchas blancas.37
Se mostró las propiedades antibacterianas de las nanopartículas de plata, sin embargo, el mecanismo de toxicidad aun no es muy claro, los efectos del nano-revestimiento es efectivo en la inhibición del S. Mutans para así reducir en caries las superficies lisas. Sé necesita una investigación más detallada para ver qué tan toxico es este tratamiento a nivel sanguíneo y ver qué efectos secundarios con llevaría dicho proceso.37
Al recubrir los brackets con nanopartículas de Oxido de Zinc se puede reducir la fricción con el alambre.38 Los brackets inteligentes son otras propuestas de nanotecnología. Hace unos años se publicó un artículo que habla acerca del desarrollo de sensores integrados en los brackets. Este estudio consistió en un prototipo de bracket inteligente el cual se realizó a gran escala por medio de 32 sensores de tensión que estaban unidos a una placa de circuito que fue unido con un alambre y encapsulado en un soporte de plástico. En el estudio comentaron que este tipo de nanosensores permitiría al ortodoncista tener conocimiento tridimensional de las fuerzas como los momentos que se tiene durante el tratamiento y así poder servir de herramienta para el tratamiento ortodóntico añadiendo también para evitar efectos secundarios durante el tratamiento.39
El alambre de acero con nanopartículas de Plata, tiene un efecto antibacterial y osteoinductivo.32 Ghasemi y cols. encontraron mayor efecto antimicrobiano con nanopartículas de Plata que con las de Titanio.40 Melo y cols. encontraron menor desmineralización de esmalte al utilizar Ionómero con nanopartículas de Fluor.41
Mariel y cols. colocaron nanopartículas de Plata en el bond, encontrando que existe menor cantidad de bacterias cuando se utilizó las nanopartículas al grupo control sin las nanopartículas a los 15 días de cementado los brackets.42 Sin embargo, las nanopartículas de plata reaccionan rápidamente al oxigeno formando Óxido, lo que disminuye sus propiedades antibacterianas.43
La nanotecnología también se ha visto usada en los desinfectantes de superficies para la esterilización de instrumentos y de incisiones a fin de que se prevengan infecciones estos son llamados Eco-True, el cual eliminan el 100% VIH y gérmenes, pero a la vez que sean amigables con el medio ambiente.44
Gresmex en México desarrollo una nanopartícula nombrada Nbelyax. Es un catalizador bioselectivo programado para seleccionar y neutralizar todo tipo de virus, bacterias, hongos, esporas, tripanosomas y microbacterias. Los microorganismos no hacen intercambio genético con la partícula Nbelyax lo que hace imposible que muten y generen resistencia.45
En el campo profesional de la salud la prevalencia de alergia al látex es de 3 al 17%. Hay un estudio que se hizo con células de cultivos corticales de ratones y porciones de elástico de diferentes compañías: American Orthodontics, Masel Orthontics y GAC International. Durante 24hrs después de que el tejido fue expuesto al elástico sin látex no mostro evidencia visual de daño. Sin embargo, los que fueron expuestos a los elásticos con látex causaron cada uno una destrucción y fragmentación neuronal. GAC látex causo la menor cantidad de células muertas ya que se sugiere que el látex en dicha marca induce a la apoptosis mientras que American y Masel inducen a la necrosis. Los elásticos al tener liberación de Zinc resultan neurotóxicos, pero son muy bajas como para causar un efecto neurotóxico.46
Las ligaduras elásticas pueden servir como portadoras para suministrar nanopartículas que puedan ser anticariógenas, fármacos antiinflamatorios y antibióticos dentro de la ligadura elastómera. Estudios han concluido que la liberación de flúor se da a los pocos días de colocarlas, pero ira disminuyendo para lo cual se tienen que estar cambiando mensualmente.43
Lee y cols. encontraron que una gran cantidad de nanopartículas en los elásticos se podía eliminar al estirarlos antes de colocarlos en el paciente, por lo que recomendaban estirarlo antes de colocarlos en boca.47
Salazar y cols. encontraron que al aplicar nanopartículas de plata al 16% en células mesenquimales de la pulpa dental en diferentes concentraciones el 95% de las células estaba viva.48 El aumento en la contaminación que pudiera ocurrir y sus consecuencias al ser nanopartículas pudieran alojarse en el cuerpo (pulmones, hígado, riñones).49
Pensando a futuro se podría considerar ya un hecho que se fabriquen nanorobots para la destrucción bacterias que causan las caries y reparar a su vez el diente donde fue afectado por la misma; los nanorobots para ortodoncia pueden ser posibles si hablamos de que nos permitirían el ajuste vertical del diente y rotación; también si hay algún problema con un alambre de acero se repararía inmediatamente.50
En resumen, la nanotecnología es un sector estratégico con gran potencial de crecimiento para mejorar la calidad de vida en la población, que está redefiniendo los diferentes ramos, es por eso que es una excelente herramienta revolucionaria que está condenada a producir cambios sustanciales como son sociales, económico, ambientales y en todos los ámbitos donde se tenga la necesidad de encaminar el conocimiento nanotecnológico para las soluciones de grandes problemas.51