El término “nanotecnología” fue acuñado por el profesor Kerie E. Drexler a mediados del siglo XX. Etimológicamente la palabra Nano deriva de una palabra griega que significa pequeño o diminuto. Esta idea un tanto ficticia en sus inicios se convertiría en todo un suceso a futuro, tal como afirmara en 1959 el premio Nobel de Física Richard P. Feymann, quien en uno de sus artículos nos decía “esta es una innovación la cual pienso que no debe ser eludida”.

La idea de la nanotecnología marcó el inicio para el desarrollo de un nuevo campo tecnológico con una amplia perspectiva para áreas como la ingeniería, ciencias básicas, la medicina, la odontología e incluso las ciencias sociales. Como respuesta a ello, tenemos que por ejemplo a nivel comunitario la nanotecnología es usada en sistemas de filtración de agua que producen mejores y más higiénicas fuentes de agua.

                                   Filtro de agua que utiliza las nanopartículas para purificar el agua.

En el caso de las ciencias básicas, tenemos el ejemplo particular de la biología molecular, desarrollada en los años 50 con el desarrollo de la estructura del ADN, el cual fue introducido por Watson y Crick en 1954. Este trabajo les valió ser reconocidos con el premio Nobel 20 años después. Empezó como una teoría dogmática central que luego fue mejorada por científicos especialistas en genética los cuales originaron un fenómeno biológico con la teoría de recombinación y crecimiento.

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

Para entender lo que es la nanotecnología de una manera integra, partiremos del concepto básico de que la unidad fundamental de medición para la longitud es el metro. Un nanómetro es una billonésima parte del metro (1/1, 000, 000,000) o un milésimo de una micra (1/1000). La comprensión de una forma más aplicativa de estas mediciones la hallamos en que un nanómetro es ochenta mil veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano.

                                            Comparación entre un cabello humano y un nanómetro.

Según Mitra, la nanotecnología es conocida también como nanotecnología molecular o ingeniería molecular, su finalidad es la producción de materiales y estructuras en el rango de 0.1 a 100 nanómetros – la nanoescala - por varios métodos físicos o químicos. Este concepto es complementado por Saravana y Vijayalakshmi, quienes enuncian que la nanotecnología es la manipulación de la materia hasta el nivel manométrico y que la aplicación de la misma en la medicina es llamada nanomedicina. En palabras simples es la ingeniería a nivel atómico o molecular.

                                                                  Esquema gráfico que ilustra la Nanoescala

En teoría, la nanotecnología puede utilizarse para lograr que los productos sean más ligeros, más fuertes, más accesibles y más exactos. Si este tipo de material se usara para fabricar un avión, éste podría pesar 50 veces menos y ser igual de resistente.

A partir de aquí las investigaciones en el campo de la odontología se empezaron a desarrollar enfocados básicamente a los materiales empleados en la operatoria dental es así que esta fue la especialidad más beneficiada con las bondades de la nanotecnología.

Los resultados de este impulso, se vieron posteriormente reflejados con la aparición de sistemas adhesivos y resinas compuestas que contaban con nanopartículas incorporadas dentro de su composición.

                                                  Nanotecnología odontológica

Las personas nos preocupamos cada vez más por la estética y la salud, lo que supone una mejora en nuestra calidad de vida. Son miles de personas las que en un determinado momento deciden corregir aspectos de su vida e incluso de su físico para poder sentirse mejor con ellos mismos y para poder mejorar física y psicológicamente. En esto la nanotecnología cada vez juega un papel más importante ya que la tenemos más al alcance de nuestras vidas y podemos optar a ella sin tener que hacer grandes sacrificios o esfuerzos. Cada vez somos más testigos de los avances tecnológicos que existen a nuestro alrededor desde la mejora y posible superación de enfermedades hasta avances de seguridad en los automóviles, la nanotecnología cada vez a contribuido mas a esto, en la odontológica existen múltiples mecanismos para que podamos hacer de una boca desdentada y con alguna que otra enfermedad, a una boca sana y con una dentadura perfecta.

En nuestra sociedad existen miles de personas con la dentadura postiza y esto ya supone un avance para las personas que por lo motivos que fueren han perdido su dentadura original, este tipo de dentaduras son incomodas para las personas que las llevan y por lo tanto debe existir algo que haga más fácil la adaptación y la fijación de estas dentaduras, pues bien desde la nanotecnología se ha creado un adhesivo para la dentadura.

Denstplay fue la primera compañía en desarrollar un adhesivo potente para la fijación de las dentaduras en 1993 creó Dyrac PSA como primer adhesivo que combinaba algunas ventajas de monocomponentes con las desventajas de los adhesivos mas potentes, lo que quería conseguir con esto Dentsplay es ser la primera compañía odontológica.

No solo esto ha supuesto un avance en la medicina odontológica también en otros países como Irán se están utilizando monopartículas de plata para hacer una masa que sirva como empaste dental, ya que se ha descubierto que este tipo de sustancias tiene grandes ventajas como que evitan el desgaste, que son antibacterianas y que son antifungicidas, esto supone un avance revolucionario en la medicina odontológica, ya que muchas veces los medios que nos pones por el uso se van desgastando y producen una nueva sensación de malestar.
Cada vez esta la nanotecnología odontológica más en el mercado lo que ahora debemos preguntarnos es si el recargo del dentista será de un valor que seamos incapaces de poder pagar o tendrá un precio al que todos las personas tengamos posibilidad de utilizar, por eso deberemos esperar toda vía un poco hasta que la nanotecnología llegue por fin a todos lo dentistas y podamos utilizar las nuevas innovaciones de este tipo de sistemas que la tecnología cada vez nos ofrece con mayor facilidad.

                                             Campos de la nanoodontología

Nanodiagnóstico: Es la utilización de nanodispositivos para la identificación precoz de las enfermedades o su predisposición a nivel celular y molecular. En el diagnostico in vitro, la nanotecnología podría aumentar la eficiencia y la sensibilidad de los métodos de diagnostico utilizando fluidos como la saliva o muestras de tejidos donde nanodispositivos selectivos realicen múltiples análisis a escala subcelular, a fin de determinar la presencia temprana de una enfermedad, identificando y cuantificando moléculas toxicas, células tumorales, o patologías infecciosas, etc.

En el interés odontológico, la alta tasa de mortalidad del carcinoma oral de células escamosas se suele atribuir a las dificultades en la detección de la enfermedad en una fase temprana tratable. En los últimos años se ha explorado la capacidad de las nanoparticulas de oro sometidas a la resonancia de plasmones superficiales capaces de provocar un contraste óptico para discriminar entre las células cancerosas y normales, y su conjugación con los anticuerpos, permitiendo trazar la expresión de biomarcadores pertinentes para la proyección de imagen molecular en el microscopio confocal de reflectancia, demostrando su potencial para la detección del cáncer en los sistemas de imagen basados reflexión sobre la base de cambios biomoleculares.

Anestesia local: Uno de los procedimientos más comunes en la práctica dental, es inyección de anestésicos locales. En los últimos anos, el desarrollo de microesferas y nanoesferas biocompatibles como dispositivos de liberación controlada de fármacos, los ha transformado en elementos ideales para administrar estas sustancias anestésicas, dando la posibilidad de prolongar los efectos de acción de dichos fármacos con una mayor inocuidad al carecer de sustancias vasoconstrictoras, evitando de esta forma sus efectos adversos fisiológicos, reduciendo su toxicidad en el sistema nervioso y aparato cardiovascular, así como las interacciones con otros fármacos.

Más aun, se podría contar con una suspensión coloidal que contenga millones de nanorobots, los cuales luego de ponerse en contacto con la superficie de mucosas orales, pueden llegar a la dentina mediante la migración a través del surco gingival, traspasando sin dolor a través de la lamina propia o la capa de tejido conjuntivo laxo en el limite cementodentinario (LCD), de 1-3-micras de espesor.

Una vez que alcancen la dentina, los nanorobots pueden ingresar por los orificios de los túbulos dentinarios, con un diámetro de 1-4 micras llegando hacia la pulpa, guiados por una combinación de gradientes químicos, diferencias de temperatura, e incluso de posición de navegación, todo ello bajo el control de un nanoordenador según las indicaciones dadas por el dentista. Hay muchos caminos para elegir, cerca del LCD, a medio camino entre Estos túbulos aumentan de diámetro a medida que se acercan a la pulpa, lo que puede facilitar el movimiento de los nanorobots, aunque los diámetros de los canales de túbulo dentinarios varían en número y tamaño (densidad de numero de túbulos cerca del tejido radicular 22.000 mm, 37.000 mm en la zona media, y 48.000 mm cerca de la pulpa), en sus patrones de ramificación, entre la dentina primaria y secundaria irregular, o entre la dentina secundaria regular en los dientes jóvenes y viejos (dentina esclerosante), lo que puede presentar un reto significativo para la navegación nanorobotica. La presencia de células que están en constante movimiento alrededor y dentro de los tejidos dentales, tales como fibroblastos gingivales, pulpares o cementoblastos del LCD, bacterias dentro de los túbulos dentinarios, odontoblastos cerca de la frontera dentina pulpa, y linfocitos en la pulpa o lamina propia sugiriere que tal desplazamiento debería ser factible por nanorobots de tamaño celular con una capacidad de movimiento similar. Una vez instalados en la pulpa, pueden establecer el control sobre los impulsos nerviosos, bloqueando toda la sensibilidad en cualquier diente que requiera tratamiento, mediante la simple orden de computador manejado por el dentista.

Después que los procedimientos necesarios sean completados, el dentista dará una orden a los nanorobots para restaurar todas las sensaciones. Esta tecnología nanorobotica ofrecerá una mayor comodidad al paciente junto a la reducción de la ansiedad, sin la necesidad de utilizar agujas, junto a una mayor selectividad de control del efecto analgésico, de acción rápida y completamente reversible, evitando efectos secundarios y complicaciones.

Reparación dentaria: La fabricación e instalación de un diente de reemplazo biológicamente autologo que incluya tanto minerales y componentes celulares, es decir, la terapia de reemplazo de la dentición completa, debería ser factible en el tiempo mediante la nanorobotica. Simularon el proceso de biomineralización natural para crear el tejido más duro del cuerpo humano, el esmalte dental, mediante el uso de unidades altamente organizada de cristales de hidroxiapatita con nanoparticulas de calcio dispuestos más o menos paralela a la otra simulando casi a la perfección microarquitectura del esmalte natural.

Hipersensibilidad dentaria: Los dientes que tienen hipersensibilidad presentan una densidad de superficie de túbulos dentinarios ocho veces mayor a un diente sano, y un diámetro tubular del doble de tamaño que los dientes no sensibles. Nanorobots capaces de utilizar materiales biológicos nativos, podrían de forma selectiva y precisa ocluir los túbulos específicos en cuestión de minutos, ofreciendo a los pacientes una cura rápida y permanente a la hipersensibilidad.

Reposicionamiento dentario: Nanorobots podrían manipular directamente los tejidos periodontales en tratamientos de ortodoncia, lo que permitiría enderezar dientes de forma rápida y sin dolor, tanto en su rotación como reubicación vertical en cuestión de minutos u horas.

Renaturalización dentaria: Este procedimiento podría proporcionar métodos de tratamiento perfectos para la odontología estética. Esta tendencia puede comenzar con pacientes que desean tener piezas antiguamente obturadas o reconstruidas con materiales dentales artificiales como amalgamas o resinas poliméricas, reconstruidos ahora con materiales biológicos orgánicos, así como también procedimientos completos de renaturalización coronal en el que las resinas poliméricas, coronas y otras modificaciones siglo 20, donde un diente tratado seria indistinguible de los dientes originales.

Durabilidad dentaria y cosmética: La durabilidad y la apariencia de los dientes puede ser mejorado mediante la sustitución de los estratos superiores de esmalte con enlaces covalentes materiales artificiales tales como el zafiro o diamante, los que tienen 20 a 100 veces la dureza y la resistencia del esmalte, insuficiencia física de las carillas de cerámica contemporáneas, además de una excelente biocompatibilidad. El zafiro puro y el diamante son frágiles y propensos a la fractura, sin embargo, estos pueden hacerse más resistentes a la fractura, como parte de un material nanoestructurado compuesto que incluya la incorporación de nanotubos de carbono. La durabilidad y la apariencia de los dientes puede ser mejorado mediante la sustitución de los estratos superiores de esmalte con enlaces covalentes materiales artificiales tales como el zafiro o diamante, los que tienen 20 a 100 veces la dureza y la resistencia del esmalte, insuficiencia física de las carillas de cerámica contemporáneas, además de una excelente biocompatibilidad. El zafiro puro y el diamante son frágiles y propensos a la fractura, sin embargo, estos pueden hacerse más resistentes a la fractura, como parte de un material nanoestructurado compuesto que incluya la incorporación de nanotubos de carbono.

Dentifrobots (dentífricos nanorobóticos) Emitidos por el enjuague bucal o pasta de dientes, podrían patrullar todas las superficies supragingival y subgingival al menos una vez al día, metabolizando la materia orgánica atrapada y junto a la realización continua de desbridamiento del cálculo dental.

Por otro lado, dentifrobots correctamente configurados pueden identificar y destruir las bacterias patógenas que residen en la placa bacteriana y en otros lugares, al mismo tiempo que a las 500 especies de inofensivas micro flora oral a fin de favorecer en un ecosistema sano. Dentifrobots también proporcionarían una continua barrera a la halitosis, ya que la putrefacción bacteriana es el proceso metabólico central implicado en el mal olor oral. Con este tipo de atención dental, todos los días desde una edad temprana, la caries dental y enfermedades convencionales que afectan al periodonto de protección e inserción desaparecerán de los anales de la historia clínica.

Otro de los beneficios potenciales de la nanotecnologia es su capacidad para explotar las propiedades atómicas o moleculares de los materiales, permitiendo el desarrollo de nuevos materiales con mejores propiedades. Por ejemplo, la nanotecnología ha mejorado las propiedades de diversos tipos de fibras. Nanofibras de polímero con un diámetro en el rango nanometrico, poseen una mayor superficie por unidad de masa, lo que permite una fácil adición de funcionalidades en comparación con la superficie de los polímeros de microfibras. Materiales poliméricos de nanofibras han sido estudiados como sistemas de liberación controlada, representando un verdadero soporte estructural para la ingeniería de tejidos y filtros. Fibras de carbono con dimensiones nanométricas muestran un aumento selectivo en la adhesión de osteoblastos necesarios para el éxito de ortopedia y aplicaciones de implantes dentales, debido a un alto grado de rugosidad superficial nanométrica. Actualmente, una serie de nanoparticulas son fabricadas de forma homogénea en las resinas poliméricas. Este nanorelleno utilizado incluye partículas de alúmina y sílice con un tamaño promedio de partículas alrededor de 80 nm. Esto trae como ventajas una mayor dureza, fuerza, flexibilidad, modulo de elasticidad, transparencia y el atractivo estético, mejor pulido y retención del pulido, así como excelentes propiedades de manipulación.

Aplicación clínica de la nanotecnología en odontología

Propulsor: Consiste en un cubo de 1/64 de pulgada. Este tipo de dispositivo tiene la capacidad de viajar por los tejidos sin generar daño en los tejidos adyacentes. Consiste en un cubo de 1/64 de pulgada. Este tipo de dispositivo tiene la capacidad de viajar por los tejidos sin generar daño en los tejidos adyacentes.

Cilia o flagelo: Se diseñaría un modelo similar a una cilia, que por vibración propulse el dispositivo.

Bomba electromagnética.

Bomba de presión: Esta se logra depositando el dispositivo en dirección contraria a la circulación sanguínea, por medios mecánicos.

Membrana de propulsión: Una membrana que actúe por medio de vibración.

Deslizamiento por la superficie. Desplazamiento por la pared de los vasos o tejidos.

Desplazamiento por la pared de los vasos o tejidos.

Una vez se cuenta con el uso de un dispositivo que tenga la capacidad de llegar al lugar al que se requiere, la función básicamente será la misma para cualquier patología, la destrucción o remoción del tejido dañado.

En las patologías que requieren la eliminación de las lesiones y la inactivación de las células malignas (neoplasias), es necesario diseñar mecanismos diferentes como, resonancia de microondas, químicos, ultrasonidos o laser, para impedir el daño tisular, cuando el dispositivo tenga contacto con estas células.

Por otra parte los dispositivos que se usan deben poseer la energía o la carga energética necesaria para realizar sus funciones. Esta carga se puede lograr por una fuente de poder dentro del organismo o una fuente que sea propia del dispositivo.

La fuente de poder dentro del cuerpo podría buscarse a partir del calor corporal, del torrente sanguíneo (electrolitos), o podría llevar una carga energética suficiente antes de ingresar. La energía exterior se podría lograr de dos formas:

Conexión física con la fuente externa: este tiene desventajas como la dificultad de atravesar los vasos y la fricción que esto podría causar a nivel de los mismos.

Conexión no física: Microondas, ultrasonido e inducción magnética.

Otro aspecto importante en el diseño de aparatos mediante nanotecnología es el control exterior del aparato. El control es necesario para saber a dónde dirigir el nanorobot, para corregir si toma una ruta inadecuada, para indicar un tratamiento eficiente, para indicar la salida del cuerpo del nanorobot y para solucionar los imprevistos.

Esta tecnología tiene utilidad clínica en el tratamiento de diferentes patologías:

Tumores: Para el tratamiento de los tumores se está investigando en el diseño de dispositivos que minimicen el riesgo de recurrencia de la enfermedad. El procedimiento se lograría mediante la ubicación de un nanorobot en el sistema linfático, que llegue hasta la zona del tejido afectado, y limite la lesión por medio de la liberación de fármacos. El dispositivo se controlaría por medio de un monitor externo manejado por el profesional pertinente.

Arteriosclerosis: En esta patología los nanodispositivos tendrían la capacidad de remover los depósitos de grasa en las paredes de las arterias, permitiendo un flujo de sangre más adecuado dentro de vasos sanguíneos más flexibles.: En esta patología los nanodispositivos tendrían la capacidad de remover los depósitos de grasa en las paredes de las arterias, permitiendo un flujo de sangre más adecuado dentro de vasos sanguíneos más flexibles.

Coágulos Sanguíneos: Los nanodispositivos podrían disolver los coágulos, manteniendo una circulación sanguínea adecuada, y evitando la necrosis de los órganos que pudieran estar afectados por la localización de estos coágulos.

Cálculos Renales: Los nanorobots podrían llegar hasta ellos y destruirlos sin necesidad de ultrasonido, con mayor éxito y menos complicaciones.

Cálculos Hepáticos: Los nanorobots pueden ser introducidos por el conducto biliar. Allí estos pueden limpiar los depósitos acumulados.

Quemaduras y Debridación de heridas: Pueden servir para limpiar las quemaduras y las heridas, ya que por su pequeñísimo tamaño pueden ubicar cualquier tipo de partículas extrañas.

Remoción de parásitos: por medio de la ubicación de un dispositivo de sensibilidad se podría detectar la presencia de microorganismos, y destruirlos mediante la liberación de sustancias, o anticuerpos en el sistema.

Resinas compuestas

Desde los albores del desarrollo de las Resinas Compuestas, estos materiales experimentaron diversas modificaciones en busca de que posean óptimas propiedades mecánicas, estéticas y que sean biocompatibles, además se trató de que pudiesen emplearse tanto para dientes anteriores como para los posteriores, este hecho fue una gran limitante.

Para comprender el vertiginoso desarrollo de las Resinas Compuestas y su desempeño clínico, recordaremos la clasificación tradicional que tenemos de ellas de acuerdo al tamaño de sus partículas, siendo las primeras en aparecer las Resinas de Macropartículas y las de Nanopartículas recientemente.

Clasificación de las Resinas Compuestas propuesta de acuerdo al tamaño de sus partículas, también se aprecian características del tipo de relleno, su tamaño promedio y algunas marcas comerciales.

Dentro de las características de las resinas de macropartículas, encontramos que presentaban deficiencias relacionadas con su rugosidad superficial y dificultad de pulimento, esto debido a la pérdida de la carga inorgánica (partículas) de la matriz resinosa, acelerando el desgaste de la misma. Después de pulidos y de cierto tiempo de uso en la cavidad bucal, se tornaban ásperos por la desintegración de la matriz orgánica lo que facilitaba el manchado prematuro y el cambio de color.

Además poseían alta carga de relleno (68% a 80%), resistencia a la fractura por lo cual su uso se limitó al sector posterior. Actualmente han quedado en desuso.

Resinas compuestas de micropartículas de algunas marcas comerciales.

Frente a los problemas que presentaban los tipos de resina compuestas antes mencionadas aunadas a una tendencia clínica de tratar el sector anterior con un tipo de resina y el sector posterior con otra, surgieron las resinas compuestas híbridas o ¨universales¨, estas estaban constituidas por una mezcla de rellenos de diferentes tamaños, que ofrecían las bondades tanto de las macropartículas como de las micropartículas. Sin embargo, este material sufre la desintegración química característica entre las interfaces, la matriz, el macrorellenador. De la misma manera, la superficie de la obturación se torna áspera con el tiempo por el desgaste de la resina o de matriz orgánica, a pesar de que se utilicen buenas técnicas de acabado. Pero por la versatilidad clínica que ofrecen se consideran hasta hoy en día como el material compuesto más próximo a lo ideal.

Resinas de nanorelleno

Recientemente la nanotecnología ha hecho posible reducir aún más el tamaño de las partículas de relleno, hasta alcanzar dimensiones nanométricas. El primer material de este tipo fue presentado a la profesión 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 combinación de partículas de zirconio, sílice silanizada y partículas aglomeradas de zirconio.

Resina compuesta de nanorelleno Filtek Supreme Plus.

Este tipo de resina compuesta se caracteriza por poseer dos estructurasimportantes. Las primeras son nanopartículas o nanómeros que presentan una dimensión de aproximadamente 25 a 75nm y la segunda los "nanoclusters" de aproximadamente 0,4 a 1,4 um, estos nanoclusters son una suerte de racimos de uvas compuestos de las mismas nanopartículas aglomeradas o nanoagregadas. A diferencia de las densas partículas de relleno de los híbridos, estos nanoclústeres son porosos y permiten que la matriz de resina del composite rellene los espacios presentes dentro y entre los clústeres.

Microscopías Electrónicas de Barrido que ilustran, arriba: la composición genérica de la resina de nanorelleno Filtek Supreme XT, a la izquierda se observan los nanómeros o nanopartículas (25 a 75nm) y al a derecha se aprecia un nanoclúster (0,4 y 1,4um) con su típica forma de racimo de uvas.

Microscopía Electrónica de Barrido a un nanoclúster con mayor aumento, se observa con más claridad

Los objetivos que se persiguen al incorporar las nanopartículas en los composites son: mejorar las propiedades mecánicas y estéticas, por ejemplo, resistencia a la abrasión, mejorar la lisura superficial y permitir mejor terminado, incorporar más componente cerámico, disminuir la cantidad de resina en la fórmula del composite, y con ello, disminuir la contracción de polimerización volumétrica (CPV) del mismo. Al poseer un composite más carga cerámica, disminuye su porcentaje de contracción.

Esquema que ilustra el proceso de manufacturación de las nanopartículas y nanoclústeres, para su posterior inclusión en la matriz de la resina compuesta