Óxido de Grafeno: Innovadoras Aplicaciones en Odontología

En el campo de la odontología, la investigación de nuevos materiales y tecnologías es constante, buscando soluciones más eficaces y duraderas para los tratamientos dentales. Entre los materiales que han despertado gran interés en los últimos años, destaca el óxido de grafeno, un derivado del grafeno con propiedades únicas que lo hacen ideal para diversas aplicaciones en este campo.

Propiedades y Beneficios del Óxido de Grafeno en Odontología

El grafeno es un material que ha despertado enormes expectativas debido a sus excelentes propiedades mecánicas, eléctricas o térmicas. Además, es un material biocompatible por lo que uno de los campos en los que la investigación con este material está siendo más intensiva es en las aplicaciones biomédicas.

Tal y como mencionaba anteriormente, la primera propiedad que cumple el grafeno y que resulta imprescindible para su utilización en el ámbito odontológico es que se trata de un material biocompatible, al ser un material constituido únicamente por carbono.

Entrando en detalle en las propiedades que hacen interesante este material en el ámbito odontológico, está ampliamente descrito en la literatura el carácter antimicrobiano del óxido de grafeno, por lo que este material puede ser utilizado con el fin de prevenir o tratar infecciones. Por otro lado, se conocen estudios que han demostrado el efecto beneficioso que puede suponer la aplicación de descargas eléctricas en la regeneración ósea. En este sentido, el grafeno puede ser el componente ideal a la hora de desarrollar materiales conductores de la electricidad con los que diseñar dispositivos para dicha finalidad. Por último, existen estudios preliminares enfocados a la obtención de rellenos dentales basados en el grafeno.

El Dr. Ramón Torrecillas, director del Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN), ha afirmado que el grafeno influirá notablemente en nuestras vidas. Como ocurre con todo material nuevo que se descubre, su aprovechamiento pasa por diferentes fases, comenzando con la caracterización completa del mismo para conocer sus principales propiedades y, a partir del análisis de las mismas, la identificación de aquellas potenciales aplicaciones en las que el material puede aportar soluciones.

Aplicaciones Específicas del Óxido de Grafeno en Odontología

El óxido de grafeno se está explorando en diversas áreas de la odontología, ofreciendo soluciones innovadoras para problemas comunes:

Implantes Dentales Mejorados

En España se colocan cada año entre 1,2 y 1,4 millones de implantes dentales. Estos representan un avance sobre las dentaduras postizas o puentes.

Sin embargo, a veces los implantes no cumplen con estas expectativas y necesitan reemplazo en cinco o diez años por una inflamación local o enfermedad de las encías. Así, se ajustan de manera mucho más segura y están diseñados para durar 20 años o más.

Una de las aplicaciones más prometedoras es la creación de implantes dentales con propiedades antibacterianas. El óxido de grafeno puede ser utilizado con el fin de prevenir o tratar infecciones. Investigadores como Geelsu Hwang están desarrollando materiales infundidos con nanopartículas que resisten la colonización bacteriana, lo que podría prolongar la vida útil de los implantes y reducir la necesidad de reemplazos.

En un artículo de la revista ACS Applied Materials & Interfaces y un artículo de 2020 en la revista Advanced Healthcare Materials, Hwang y sus compañeros presentaron su plataforma. Hwang destaca que el nuevo implante tendría dos tecnologías clave. La primera es un material infundido con nanopartículas que resiste la colonización bacteriana.

“Queríamos un material de implante que pudiera resistir el crecimiento bacteriano durante mucho tiempo porque los desafíos bacterianos no son una amenaza única”, explica Hwang. La propiedad de generación de energía del material se mantuvo y en las pruebas a lo largo del tiempo el material no se lixivió. También demostró un nivel de resistencia mecánica comparable a otros materiales utilizados en aplicaciones dentales.

El equipo espera continuar mejorando el sistema de implantes dentales inteligentes en el futuro. En concreto, probando nuevos tipos de materiales y quizás incluso usando propiedades asimétricas en cada lado de los componentes del implante. Una que fomente la integración del tejido en el lado que mira hacia las encías y una que resiste la formación de bacterias en el lado que mira hacia el resto de la boca.

Regeneración de Tejidos Dentales y Periodontales

La investigación en biomateriales para la regeneración de tejidos dentales y periodontales ha dado un paso significativo gracias al Equipo de Biotecnología del Instituto Murciano de Investigación y Desarrollo Agrario y Medioambiental (IMIDA) y la Universidad de Murcia.

En 2007, comenzaron a investigar cómo disolver la seda y adaptarla a distintos formatos para atender las necesidades específicas de cada tipo de tejido. Las primeras pruebas consistieron en utilizar materiales bidimensionales de seda para cultivar células madre de ligamento periodontal y pulpa dental. "Vimos que era muy biocompatible", comenta Aznar.

En 2021, gracias a un proyecto del Plan Nacional de Investigación y a fondos FEDER, el equipo desarrolló esponjas tridimensionales porosas que facilitaron la proliferación y diferenciación celular. Estas esponjas fueron sometidas a ensayos in vitro con resultados muy positivos, publicados en la revista Dental Materials. Actualmente, los ensayos continúan en modelos animales.

La actividad antimicrobiana de esta nueva familia de vidrios ha sido ampliamente probada en los últimos años por nuestro grupo investigador. Cuando las partículas de vidrio interaccionan con la membrana del microorganismo, se produce una despolarización de la misma lo que conduce a su total eliminación. Este hecho está fuertemente relacionado con la lixiviación de iones (Ca2+Zn2+) a la interfase vidrio-membrana. Esto confiere una gran flexibilidad para el diseño de vidrios biocidas como recubrimientos de diferentes tipos de substratos (cerámica, cerámica-metal) para futuros implantes dentales.

Las enfermedades periodontales tienen una naturaleza inflamatoria e infecciosa. Así como en los dientes, los implantes son superficies ideales para la colonización bacteriana y la formación de biofilms, se ha demostrado que este tipo de vidrios son capaces de reducir la capacidad de las bacterias para formar biofilm en la superficie del biomaterial mediante la neutralización de la adhesión a la superficie del implante. Actúan desde el primer estadio del desarrollo de biofilm, inhibiendo la adhesión y proliferación bacteriana.

Por otro lado, un material ideal para el tratamiento de infecciones no debería presentar solamente propiedades bactericidas, sino que también debe mostrar una excelente biocompatibilidad. En el caso de estos vidrios, se cumple también este requisito.

Además, la adición de grafeno elimina la necesidad de emplear factores de crecimiento, reduciendo los costos de producción. “La idea es que se regenere tu propio tejido y desaparezca el biomaterial que ha hecho como soporte. "Es un material con un procesado ecológico, esterilizable fácilmente, y que podría producirse a gran escala a un costo relativamente bajo", asegura Aznar.

La fibroína de seda presenta ventajas notables sobre otros biomateriales: es biocompatible, degradable y no genera acidificación durante su descomposición. "A diferencia de los fosfatos tricálcicos u otros materiales empleados con este fin, la seda libera péptidos que promueven la cicatrización", explica Aznar.

Rellenos Dentales

Existen estudios preliminares enfocados a la obtención de rellenos dentales basados en el grafeno. El grafeno puede ser el componente ideal a la hora de desarrollar materiales conductores de la electricidad con los que diseñar dispositivos para dicha finalidad.

Los últimos avances en el ámbito de los biomateriales para Medicina Regenerativa están teniendo muy en cuenta el hecho de que el material deberá ejercer su función en un entorno biológico, por lo que es necesario potenciar en todo lo posible la respuesta del organismo receptor que favorezca su integración. Para ello, existe un conjunto de productos biológicos como serían las proteínas, factores de crecimiento, etc., que se están utilizando como herramientas de biofuncionalización de los materiales sintéticos que actúan como vías de comunicación con el entorno biológico favoreciendo la osteointegración e incluso la angiogénesis.

El campo de los biomateriales para la Medicina Regenerativa está en constante evolución. La búsqueda del scaffold perfecto que ejerza una función estructural durante la regeneración del tejido para posteriormente alcanzar una reabsorción completa sigue abierta.

El Papel de la Investigación y la Industria

La investigación sobre materiales y nanotecnologías tiene por objetivo solucionar los problemas que existen con las tecnologías actuales. Teniendo en cuenta que la industria es quien mejor conoce dichos problemas, se puede decir que su primer papel es el de actuar como motor que promueve y orienta dichas investigaciones.

Por otro lado, la industria también actúa como canalizador de los resultados de estas investigaciones para el aprovechamiento por parte de la sociedad mediante la comercialización de los mismos en forma de productos. En este punto, se pueden distinguir dos tipos de empresas: por un lado, las que incorporan tanto nanotecnologías como materiales, una vez desarrollados en sus procesos productivos y, por otro lado, las que desarrollan sus propias soluciones.

La Unión Europea lidera a nivel mundial la inversión en investigación en nanomateriales y nanotecnología. Sin embargo, esa inversión no siempre se ve reflejada en nuevos productos en el mercado. Esto se debe a que la separación que existe entre el conocimiento y el mercado es grande por lo que invertir más cantidad no siempre es sinónimo de mejores resultados.

El Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN)

El Centro de Investigación de Nanomateriales y Nanotecnología (CINN) de Oviedo, creado en 2007, combina la investigación interdisciplinar de alta calidad y competitiva a nivel internacional con las actividades de demostración científico-tecnológicas. El Centro de Investigación de Nanomateriales y Nanotecnología (CINN) de Oviedo, creado en 2007, combina la investigación interdisciplinar de alta calidad y competitiva a nivel internacional con las actividades de demostración científico-tecnológicas.

El CINN es un centro pequeño que cuenta con pocos investigadores en su plantilla, pero que resulta un tanto particular tanto a nivel nacional como internacional, por el hecho de que sus objetivos no solo se centran en una investigación de excelencia sino que, siendo un centro de investigación, tiene por objetivo salvar el hueco existente entre la investigación científica de calidad y la pre-industrialización en forma de productos y componentes que realmente puedan resultar atractivos al tejido industrial en un contexto global.

Para ello, el centro dedica un importante esfuerzo a la generación y puesta en marcha de iniciativas público-privadas que permitan una estrecha colaboración entre investigadores del centro y de empresas tecnológicamente avanzadas en actividades de demostración científico-tecnológica en espacios de colaboración equipados al efecto y potencia la creación de empresas de base tecnológica.

En el CINN están desarrollando varias líneas de investigación relacionadas con la Odontología, en colaboración con el Instituto de Cirugía Oral Avanzada (ICOA), dirigido por el Dr. Roberto López Píriz.

«Durante los últimos años, -explica Ramón Torrecillas-, también hemos trabajado en el desarrollo de cerámicas de óxido de circonio para la fabricación de estructuras mediante la tecnología CAD-CAM. De hecho, hemos licenciado una patente que tenemos en el CSIC a la empresa Bioker Research (una spin off de nuestro centro de investigación) para la fabricación de discos de óxido de circonio con una vasta gama de colores, basándose en un procedimiento coloidal en el que se dopa con diversos iones a nivel atómico la estructura del óxido de circonio generándose el color durante el proceso de sinterización.

Los recortes de financiación en el ámbito de la investigación sufridos en los últimos años han supuesto una limitación a la hora de desarrollar las diferentes líneas de estudio del CINN. «La reducción en los recursos disponibles y la canalización de los mismos de manera prioritaria, a través de la colaboración con empresas, han hecho que se concentrasen los esfuerzos de investigación en proyectos de carácter más aplicado.

El efecto de los recortes ha sido especialmente significativo en la disminución de las tesis doctorales desarrolladas por la ausencia de herramientas para la incorporación de nuevos investigadores al sistema.

Nuestro presupuesto ordinario se compone de tres aportaciones de 70.000 euros por parte de las instituciones que participan en este centro mixto: CSIC, Universidad de Oviedo y Principado de Asturias. Sin embargo, la aportación de la Universidad se realiza en especies, es decir, justificando el gasto realizado en la Universidad por los equipos de investigadores que están integrados en el CINN. Evidentemente este presupuesto no es para investigar sino para mantener en funcionamiento el centro a nivel de servicios básicos.

Al igual que otros centros, el presupuesto ordinario no contempla las tareas de investigación por lo que acudimos a dos vías distintas de financiación. Por un lado, privada, mediante la realización de proyectos de investigación con empresas que requieren nuestra colaboración en el desarrollo de nuevos productos principalmente, o bien, acudiendo de forma competitiva a los distintos instrumentos de las administraciones a nivel regional, nacional o internacional.

Sí, en estos momentos tenemos dos patentes que protegen temas candentes en el campo odontológico. Por un lado, tenemos un nuevo material vitrocerámico que ha demostrado gran eficacia en la lucha contra la enfermedad periodontal al inhibir el crecimiento de biofilm y, por otro lado, ser el constituyente ideal para el desarrollo de nuevos sustitutos óseos que, combinados con las señales adecuadas, nos permiten presentar propiedades de osteoconducción, osteoinducción e incluso osteogénesis muy interesantes. Hemos realizado ensayos in vivo en perros beagle a los que se les ha inducido la enfermedad periodontal después de colocar un recubrimiento de este biovidrio en el pilar y hemos reducido drásticamente la pérdida de hueso alrededor de los implantes.

Tabla Resumen de Aplicaciones y Beneficios

tags: #oxido #de #grafeno #en #odontologia