Nanotecnología en Odontología: 13 usos

Saludos lector, aquí conocerás qué es la nanotecnología en Odontología y sus aplicaciones.

Si eres nuevo por aquí, estás leyendo al Odontólogo Luis Marcano.

Conocerás más sobre mi en esta otra sección.

Este es otro de mis artículos dedicado a las:

Nanotecnología ¿te gusta?

Tony Stark

Primero, respondo a la pregunta más básica: ¿qué es?

¿Qué es la nanotecnología?

• La nanotecnología es el arte y ciencia de la ingeniería de materiales orgánicos o inorgánicos en una escala menor a 100 nm
• Nano refiere a uno en una billónesima parte (p.ej, un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro)
• Y la nanotecnología refiere al uso de nanomateriales más pequeños que 100 nm en una dimensión.

Su aplicación en salud bucal recibe el nombre de nano Odontología y es una de las más nuevas tecnologías en este campo.

Tecnología aplicada a los materiales

En ocasiones, algunas personas tenemos la tendencia a asociar tecnología con dispositivos electrónicos o software, por ejemplo:

• Los cepillos eléctricos. Y su más reciente evolución, los cepillos inteligentes.
• El blockchain. O cadena de bloques para asegurar nuestros datos en internet (aquí te recomiendo mi post sobre Big data)

La nanotecnología en Odontología, en mucho, es un avance en cuanto al desarrollo de materiales que usamos y usaremos en la consulta.

Características

• Alto ratio superficie núcleo (high surface to core ratio). Por tanto hay más átomos sobre la superficie que adentro en su núcleo, lo que le otorga propiedades únicas a las nanopartículas.

Comparadas con los átomos del núcleo, los átomos de la superficie de las nanopartículas tienen superficies sueltas.

Lo que le da la capacidad de crear nuevos enlaces fuertes.

Lo que hace a las nanopartículas más reactivas en comparación con las micro y macro partículas.

• Las nanopartículas pueden ser dispuestas en varias configuraciones, debido a su ratio superficie-núcleo.

Lo que los hace fácil de usar en distintas aplicaciones.

Antes de empezar, subrayo que la investigación en nanotecnología aún tiene mucho por descubrir.

Y que varias de estas aplicaciones aún están en fase de investigación y desarrollo.

A continuación alguna de las aplicaciones de la nanotecnología en Odontología.

Tipos de nanotecnología

De acuerdo al método de fabricación de los nano materiales están:

La nanotecnología top-down

La top-down consiste en la fragmentación de trozos más grandes de material hasta obtener las nanoestructuras.

Y la nanotecnología bottom-up

La bottom-up trata de ensamblar nanoestructuras a partir de átomos y moléculas.

Usa fuerzas químicas o físicas para hacer un ensamblaje de elementos básicos a estructuras más complejas.

Es un método inspirado en la naturaleza que construye estructuras complejas necesarias para vida, a partir de reacciones química.

Húmeda

La nanotecnología húmeda hace investigación y desarrollo de materiales biológicos y sistemas vivientes.

Por ejemplo:

• material genético.
• enzimas.
• hormonas.
• proteínas.
• componentes celulares

La húmeda tiene relación con la tipo bottom-up.

Seca

La nanotecnología seca trabaja en la construcción de materiales, en los que se toma como materia prima átomos de carbono y silicio, entre otros.

Todos estos tipos tienen su espacio en la nanotecnología en Odontología.

La seca está en relación con la top-down y el desarrollo de materiales dentales.

Computacional

Basada en la computación cuántica y computación orgánica o molecular, así como de nanocircuitos y nanotransistores, esta nano tecnología combina a la seca y la húmeda.

Para qué sirve la nanotecnología en Odontología

¿cuáles son las aplicaciones de la nanotecnología odontológica? entre las muchos ejemplos de nanotecnología al campo odontológico están:

• Diagnóstico.
• Prevención.
• Prótesis dentales.
• Odontología mínimamente invasiva.
• Periodoncia.
• Odontología Estética. Como es el caso de algunos tipos de resinas compuestas que incorporan nanopartículas.
• Endodoncia.
• Los implantes dentales. Que al ser cubierto por millones de partículas podrían mejorar su oseointegración.
• Odontología regenerativa.
• Nanomateriales odontológicos. Entre ellos las nanopartículas con antimicrobianos y los tejidos inteligentes capaces de reaccionar a las condiciones y estímulos del medio.
• Nano-biomineralización.
• Ingenieria genética. Como por ejemplo lo es la tecnología CRSPR-Cas 9.
• Anestesia oral con nanorobots.
  • que consistiría en la aplicación de una solución coloidal con millones de partículas analgésicas en escala nanométrica que alcancen a la pulpa dental a través de la encía.
• Tratamiento de la hipersensibilidad dental y gingivitis ( y otras formas de enfermedad periodontal)
  • p. ej, con los dentifrobots (dentrífico nanorobot, es decir, pastas dentales con robots nanométricos.)

Detallo algunas de los mencionadas usos de la nanotecnología en Odontología a continuación:

Diagnóstico

Una de las formas de aplicación de la nanotecnología en la Odontología son los nanobiosensores, que ya han demostrado ser capaces de detectar células cancerígenas en etapas muy tempranas.

Un biosensor es:

…un dispositivo analítico que incorpora un elemento biológicamente activo con un transductor físico apropiado para generar una señal mensurable proporcional a la concentración de especies químicas en cualquier tipo de muestra.

AlKahtani RN. The implications and applications of nanotechnology in dentistry: A review. 2018

Nanomateriales odontológicos antimicrobianos

Otro de los ejemplos de la nanotecnología en Odontología es el crear nuevos materiales odontológicos incluyendo antimicrobianos será útil para ayudar a combatir la caries dental, la gingivitis o periimplantitis.

Se trata de nanopartículas que contengan medicamentos o funcionen como tal (se trata de materia a escala nanométrica)

Las nanopartículas de plata están entre las más prometedoras, que ha probado su efectividad contra microorganismos.

Que ha sido aplicado en:

• formulaciones anti-caries.
• Recubrimiento de implantes dentales.
• Tratamiento del cáncer bucal.
• Ha mostrado efectos antivirales. Incluyendo contra el coronavirus de acuerdo a una publicación de Jandt KD & Watts DC en Elsevier.

Varios estudios in vitro muestran su efectividad.

Las nanoparticulas de cobre también han mostrado actividad antimicrobiana.

Todo esto constituye una nueva área de la nanotecnología aplicada a fármacos e insumos en Odontología

Y también en Medicina.

Nano-biomineralización

• Otra aplicación de la nanoOdontología es: la nano-biomineralización.
• Que trata de agentes que promueven la reparación dental o la regeneración del esmalte, y también de la dentina.
  • esta aplicación recibe el nombre de nanotecnología dental.

El esmalte a diario está expuesto a la desmineralización, primero, a causa de bacterias cariogénicas.

Pero también, hoy en día, a causa de bebidas y alimentos con pH bajo (ácido), como los refrescos o mermeladas.

Lo que lleva a una erosión de la superficie de los dientes.

Primero por su reblandecimiento, luego por la ruptura de su estructura (cavidad)

En ocasiones, estas bebidas y alimentos, superan la capacidad de remineralización dental de la saliva.

Lo que obstaculiza la capacidad de re-endurecimiento del esmalte dental,

Esto también planteado en la investigación de Jandt KD & Watts DC en Elsevier

Un escenario similar encontramos en las lesiones blancas posteriores a algunos tratamientos de ortodoncia.

Ventajas de la nanotecnología en Odontología

• Útil en el diagnóstico por imágenes. Las nanopartículas pueden detectar, cuantificar y mostrar cambios celulares y moleculares, tanto in vivo como in vitro.
• Traslado de medicamentos a un sitio específico.
  • disminuyendo así efectos secundarios en otros órganos.

En resumen, la nanotecnología en Odontología aumenta la precisión de nuestros diagnósticos y tratamientos odontológicos.

Breve historia de la nanotecnología

Richard Feynman

• De acuerdo a Cantin, Vilos & col, el término nanotecnología fue introducido por el estadounidense Richard Feynman en 1959 para hablar de nanomáquinas (o nano-robots) para crear instrumentos que laboren con gran precisión a nivel microscópico, construyéndolos átomo por átomo.

Feynman usó por primera vez el término nanotecnología en su discurso: “There´s Plenty of Room at the Bottom“

Richard Feynman fue un físico que recibió un premio Nobel de física en 1965.

Norio Taniguchi

En 1974 el científico japonés Norio Taniguchi definió a la nanotecnología como:

• la ciencia que apunta a la creación y utilización de materiales y dispositivos al nivel de átomos, moléculas y estructuras supramoleculares usando partículas de un tamaño en un rango entre 0.1 y 100 nm (1 nm=10⁻⁹ m)

Eric Drexler

• Eric Drexler, ingeniero de los Estados Unidos, tocó el tema de la nanotecnología en su artículo “Molecular engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation“
• Donde abordó el tema de materiales con capacidad de autorreplicarse.
• Y en 1986, con su libro “Engines of Creation” impulsó a la nanotecnología en la cultura popular.

La tecnología apenas ha alcanzado lo que la naturaleza ha hecho por millones de años.

Por ejemplo, las proteínas en el flujo sanguíneo son considerados nanomateriales funcionales.

Conclusiones

• De momento, muchos estudios en relación a la nano tecnología en Odontología han sido in vitro.

Es decir, en laboratorio.

• Aún queda por continuar la investigación y desarrollo de estos materiales, que hasta ahora, resultan prometedores.

Una prueba de ello son las resinas con nanopartículas, disponibles en el mercado desde hace varios años.

Sin embargo, el desarrollo de partículas a una escala atómica, aún es un campo por estudiar (de hecho es un campo en íntima relación con la mecánica cuántica)

Y en cuanto a la nanotecnología en Odontología, es necesario estudiar bien que no implique riesgos sanitarios, para el paciente o los profesionales.

• Hay que investigar el desempeño de los nanomateriales odontológicos en situaciones clínicas reales.
• Las investigaciones deben determinar el rango de seguridad pasa el uso de nanopartículas.

Dicho de otro modo: el efecto de los nanomateriales es muy dependiente de su tamaño.

Un ejemplo: una nanopartícula no-tóxica podría fragmentarse en trozos de 1nm que si resulten perjudiciales

• El sistema inmune podría reaccionar de forma diferente a cada nanopartícula. Cuyo comportamiento es distinto en laboratorio que en el organismo.

Esto es todo de momento.

Estoy seguro que con el tiempo tendré que actualizar este artículo en base a la futura literatura científica.

Avizoro una próxima Odontología nanotecnológica.

Al final de este artículo encontrarás la mejor parte: la sección de comentarios.

Quiero leer tus preguntas y opiniones sobre la nanotecnología en Odontología, respondo siempre a mis lectores.

Resumen

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En mi blog de Odontología también encontrarás sobre:

• La Odontología forense.

Referencias

• AlKahtani RN. The implications and applications of nanotechnology in dentistry: A review. Saudi Dent J [Internet]. 2018;30(2):107–16. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.sdentj.2018.01.002
• Cantín L M, Vilos O C, Suazo G I. Nanoodontología: el Futuro de la Odontología Basada en Sistemas Nanotecnológicos. Int j odontostomatol [Internet]. 2010 [cited 2022 Sep 3];4(2):127–32. Disponible en Scielo.
• Hasnain MS, Ahmad SA, Chaudhary N, Minhaj MA, Nayak AK. Degradation and failure of dental composite materials. In: Applications of Nanocomposite Materials in Dentistry. Elsevier; 2019. p. 107–21.
• Jandt KD, Watts DC. Nanotechnology in dentistry: Present and future perspectives on dental nanomaterials. Dent Mater [Internet]. 2020;36(11):1365–78. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.dental.2020.08.006
• Jones R. Biology, Drexler, and nanotechnology. Mater Today (Kidlington) [Internet]. 2005 [cited 2022 Sep 5];8(8):56. Available from: https://www.materialstoday.com/nanomaterials/articles/s1369702105710579/
• Nanotechnology – bottom-up approach. En: Encyclopedia Britannica.
• Madou M. Nanotechnology: dry versus wet engineering? Anal Bioanal Chem [Internet]. 2006;384(1):4–6. Disponible en este enlace.
• Ray U. The health impact of nanotechnology [Internet]. Azonano.com. 2019 [citado el 15 de abril de 2023]. Disponible en Azonano.