Cristales de laboratorio para regenerar dientes y huesos

Los tejidos duros del cuerpo no suelen tener c¨¦lulas. El m¨¢s duro, el esmalte dental, es casi completamente inorg¨¢nico: el 97% de su composici¨®n es mineral de hidroxiapatita. As¨ª permite a los dientes resistir los elementos duros, ¨¢cidos o calientes que entran en la boca. Pero eso tambi¨¦n significa que, una vez se desgasta el esmalte, no hay forma de recuperarlo. Un equipo internacional de bioingenieros ha desarrollado una t¨¦cnica ¡°sumamente f¨¢cil¡± para sintetizar materiales org¨¢nicos y cristalinos con la estructura del esmalte, descrita hoy en la revista Nature Communications. Los investigadores ya est¨¢n probando el nuevo m¨¦todo en medicina regenerativa de dientes y huesos.

¡°Cuando un paciente viene a la cl¨ªnica quej¨¢ndose de dolor, por ejemplo al tomar bebidas fr¨ªas, tiene hipersensibilidad dental¡±, explica el dentista e investigador postdoctoral de Queen Mary University (Londres) Sherif Elsharkawy, primer autor del estudio. El desgaste del esmalte deja al descubierto peque?as terminaciones nerviosas del diente que hacen de cualquier refresco un sufrimiento. ¡°Solemos aplicar una especie de barniz que cubre el diente para paliar el dolor, pero no es muy resistente ni duradero¡±, a?ade. Seg¨²n los investigadores, m¨¢s de la mitad de la poblaci¨®n sufre problemas relacionados con el esmalte. Con el tratamiento nuevo, se aplicar¨ªa sobre los dientes una capa de prote¨ªnas que, al entrar en contacto con la saliva, formar¨ªa una fina cubierta de esmalte artificial mucho m¨¢s dura y duradera que el barniz.

Una clave de esta t¨¦cnica es que imita el proceso de biomineralizaci¨®n natural del esmalte. Los cient¨ªficos parten de una matriz de prote¨ªnas que exponen a una disoluci¨®n de fosfato de calcio, presente de forma natural en la saliva humana. Esta interacci¨®n hace que crezcan espont¨¢neamente sobre las prote¨ªnas minerales de apatita o hidroxiapatita, incluso si la matriz se encuentre sobre una superficie irregular como un diente picado o desgastado. Igual que ocurre en la naturaleza, el esmalte sint¨¦tico tiene una estructura cristalina organizada a diferentes escalas, desde el nivel nanom¨¦trico hasta estructuras visibles para el ojo humano. Esta organizaci¨®n jer¨¢rquica le confiere al mineral su caracter¨ªstica rigidez, dureza y resistencia al ¨¢cido.

El material sint¨¦tico retiene un alto contenido org¨¢nico (entre el 25% y 30% son prote¨ªnas), por lo que no es tan resistente como el esmalte natural. Sin embargo, esto mismo le confiere la capacidad de auto-regenerarse en caso de desgaste, se?ala Elsharkawy, algo que el esmalte dental no hace. En el estudio han colaborado investigadores de la Universidad de Valladolid, donde se fabrica la prote¨ªna recombinante que proporciona el andamiaje para los cristales. ?sta mol¨¦cula incorpora elementos de la elastina (prote¨ªna estructural que confiere elasticidad a muchos tejidos) y de la estaterina (una prote¨ªna que se encuentra en la saliva y se adhiere al fosfato de calcio).

Estamos generando un material que se parece a hueso pero no necesita hueso para producirlo

¡°Parte de lo bonito de esto es que es s¨²mamente f¨¢cil. Nosotros ponemos la prote¨ªna en disoluci¨®n y luego la secamos. Pero hay un proceso que hacemos durante ese secado que permite controlar la rigidez de la prote¨ªna¡±, explica el bioingeniero de Queen Mary University ?lvaro Mata, que tambi¨¦n particip¨® en la investigaci¨®n. El ¨¦xito de la nueva t¨¦cnica se debe en parte a los avances recientes en la comprensi¨®n de la fisiolog¨ªa dental: ¡°Descubrimos que m¨¢s importante que la composici¨®n qu¨ªmica de la prote¨ªna es algo que ocurre con prote¨ªnas que tienen segmentos ordenados y desordenados¡±, agrega Mata. Los segmentos ¡°desordenados¡± de las prote¨ªnas son tramos flexibles que les permiten cambiar su conformaci¨®n para crear las estructuras jer¨¢rquicas, tan importantes en el esmalte dental. La presencia de estas regiones en la prote¨ªna sint¨¦tica permite a los cient¨ªficos guiar el crecimiento de los cristales y obtener las propiedades deseadas.

Adem¨¢s de las pruebas con dientes humanos, el equipo tambi¨¦n est¨¢ llevando a cabo pruebas en animales para desarrollar tratamientos ¨®seos. ¡°Estamos generando un material que se parece a hueso pero no necesita hueso para producirlo. Hay mucha necesidad para buscar materiales alternativos en ortopedia y en integraci¨®n de implantes de hueso¡±, dice Mata. ¡°Tambi¨¦n estamos pensando en opciones que no tienen nada que ver con la medicina. Estamos hablando con arquitectos para generar estructuras que puedan crecer de este material o, por ejemplo, pinturas protectoras¡±, concluye.