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3 cosas que hay que saber sobre la química de la superficie

Las propiedades químicas de la superficie tienen un impacto en nuestra vida diaria, incluido los implantes dentales. Veamos 3 cuestiones al respecto.

     

química de la superficie

Es posible que no seamos conscientes, pero las propiedades químicas de la superficie tienen un impacto en nuestra vida diaria, incluyendo los implantes dentales.

¿Qué es lo primero que te viene a la mente cuando piensas en la superficie de un implante dental?

¿La rugosidad de la superficie del implante?

¿La topografía?

¿La forma del cuerpo y las roscas?

Si has considerado la superficie del implante, es posible que durante años hayas estado inmerso en el tema de la rugosidad de la superficie. Después de todo, la rugosidad es un factor clave en el grado de osteointegración1.  

Pero ahora es el momento de profundizar en el tema. Mirar más allá de la geometría y la topografía para descubrir que la química de la superficie realmente tiene importancia. Si eres un amante de la ciencia y la tecnología, este es un campo fascinante que tiene un impacto en tu vida diaria, y que incluye las características químicas de los implantes dentales que utilizas para conseguir tratamientos de éxito y, en definitiva, para mejorar la vida de tus pacientes.

Aquí hay tres puntos interesantes que deberías saber sobre la química de la superficie.

La química de la superficie decide las reacciones químicas – incluyendo los implantes

La química de la superficie es, simplemente, la composición química de la superficie. Piensa en el material de la superficie como una "frontera" de átomos, que se encuentra con los átomos de otro material. La química de la superficie decide qué reacciones químicas tendrán lugar en la interfaz con otras moléculas (sólidas, líquidas o gaseosas).2

Por tanto, en el caso de los implantes dentales, define la reacción química que tiene lugar entre la superficie del implante y las células y las proteínas.

¿Se producirá una adsorción, una absorción o una desorción entre la superficie y la otra sustancia?

¿Habrá una capa hidrófila o hidrófoba?

¿Cristalizará? ¿Catalizará? ¿Las superficies del implante y del pilar formarán enlaces químicos con las proteínas? La química de la superficie lo decidirá.

La teoría es de por sí interesante. Pero lo emocionante es cuando se aplica este conocimiento; cuando la tecnología toma el control de la química de la superficie y aprovecha las reacciones químicas, y cuando podemos aplicar este conocimiento para conseguir mejores resultados clínicos.

La química de la superficie es importante, desde objetos cotidianos, hasta viajes espaciales y tratamientos dentales.

Pongamos la química de la superficie en contexto. Esto no es simplemente una especialidad del área de la implantología; verás que la química tiene importancia en una amplia gama de tecnologías, industrias y procesos de fabricación.  Algunos ejemplos serían:

  • Teflon™ - El Teflón (Politetrafluoroetileno) tiene una cadena de enlaces entre el carbón y los átomos de flúor que son tan fuertes, que es difícil que otros átomos se unan a la superficie.3 Es muy conocido por las sartenes antiadherentes, y se hizo realmente famoso cuando se utilizó como material de protección para los trajes espaciales en la misión del Apolo. Es posible que tengas dispositivos médicos e instrumental quirúrgico que posean una capa protectora de Teflón.

  • Catalizadores – En tu automóvil, la superficie del catalizador está cubierta con sustancias que, cuando entran en contacto con los humos del tubo de escape, causan la oxidación del monóxido de carbono y los hidrocarburos y reducen el óxido de nitrógeno.4

  • Tecnología basada en semiconductores – Los microchips en tu teléfono, ordenador, y en general en todos los dispositivos digitales, contienen millones de transistores creados mediante complejos procesos químicos, que incluyen deposición de vapores químicos, cristalización y grabado.2

La química de la superficie es importante para la integración del tejido con el implante.

En esencia, la composición química de la superficie del implante desencadena su reacción con las células y las proteínas.

Por supuesto, los diferentes grupos funcionales moleculares reaccionan de formas distintas; pueden potenciar la integración del tejido, o pueden inhibirla.  En el caso de un dispositivo médico en el que se ha de evitar la adhesión de proteínas, es posible que tenga una superficie en forma de capa hidrófoba. Pero si quieres colocar un implante dental, necesitas una reacción química que cree puntos de unión con el hueso y el tejido blando.1

Una forma de alterar la composición química de la superficie de un implante dental es la anodización. En caso de que no estés familiarizado con el proceso de anodización, el implante de titanio se sumerge en un fluido electrolítico y se pasa una corriente eléctrica a través del mismo. Esto aumenta el grosor de la capa de óxido de titanio y cambia la topografía.1 Si se añaden moléculas específicas a este fluido electrolítico, pueden unirse a la capa de óxido y modificar la química de la superficie, definiendo qué reacciones químicas tienen lugar cuando la superficie está en contacto con el tejido.1 Se han asociado elementos específicos con una mejora del comportamiento biológico de superficies metálicas. 5 6 7     

Una característica importante es la presencia de grupos hidroxilo (OH) en la superficie, que se ha probado que promueven la osteointegración y la formación de hueso.8 9 10 Un mayor número de grupos hidroxilo en la superficie significa más puntos de unión para el fibrinógeno que causa los coágulos sanguíneos, y la investigación ha encontrado que, comparadas con implantes arenados y grabados al ácido, las superficies anodizadas son las que tienen el mayor número de grupos hidroxilo.11

Otra propiedad química de la superficie que puede tener un impacto en la integración de los tejidos es la hidrofilia (o hidrofilicidad).12 13 La capacidad de las células de unirse a la superficie está dirigida por la adsorción de las proteínas,11 y muchos estudios han mostrado que las superficies hidrófilas suelen tener mejor adhesión a las proteínas que las superficies hidrófobas.1

Mirando al futuro

Durante décadas, el debate sobre la superficie del implante ha estado dominado por la topografía de la superficie. Pero a medida que la disciplina de la química de la superficie crece, unido a su multitud de aplicaciones prácticas, la capacidad de tener influencia en la superficie a nivel molecular podría ser adoptada por los sistemas de implantes dentales. Cualquiera que esté buscando ampliar las opciones para promover y conseguir una integración rápida de los tejidos – tanto para el hueso como para el tejido blando – debería tener en cuenta la química de la superficie.

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Referencias

Bauer S, Schmuki A, von der Mark K, Park J,  Engineering biocompatible implant surfaces Part I: Materials and surfaces, Progress in Materials Science 58 (2013) 261–326

Gabor A.S, Y. L. (2011, January 18). Impact of surface chemistry. PNAS, 108(3), pp. 917-924

Tzoraki O, Lasithiotakis M Environmental Risks Associated with Waste Electrical and Electronic Equipment Recycling Plants Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences, 2018 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.10980-7

Taylor K.C. (1984) Automobile Catalytic Converters. In: Anderson J.R., Boudart M. (eds) Catalysis. Catalysis (Science and Technology), vol 5. Springer, Berlin, Heidelberg doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-93247-2_2

Zhang BG, Myers DE, Wallace GG, Brandt M, Choong PF. Bioactive coatings for orthopaedic implants-recent trends in development of implant coatings. Int J Mol Sci 2014; 15: 11878-11921

Park J-W, Kim Y-J, Jang J-H, Kwon T-G, Bae Y-C, Suh J-Y. Effects of phosphoric acid treatment of titanium surfaces on surface properties, osteoblast response and removal of torque forces. Acta Biomaterialia 2010; 6: 1661-1670.

Park J-W, Kim Y-J, Jang J-H. Enhanced osteoblast response to hydrophilic strontium and/or phosphate ions-incorporated titanium oxide surfaces. Clinical Oral Implants Research 2010; 21: 398-408

Fujibayashi S, Neo M, Kim HM, Kokubo T, Nakamura T. Osteoinduction of porous bioactive titanium metal. Biomaterials 2004; 25: 443-450.

Lai HC, Zhuang LF, Zhang ZY, Wieland M, Liu X. Bone apposition around two different sandblasted, large-grit and acid-etched implant surfaces at sites with coronal circumferential defects: an experimental study in dogs. Clin Oral Implants Res 2009; 20: 247-253.

Zhao G, Schwartz Z, Wieland M, Rupp F, Geis-Gerstorfer J, Cochran DL, Boyan BD. High surface energy enhances cell response to titanium substrate microstructure. J Biomed Mater Res A 2005; 74: 49-58

Kang BS, Sul YT, Oh SJ, Lee HJ, Albrektsson T. XPS, AES and SEM analysis of recent dental implants. Acta Biomater 2009; 5: 2222-2229.

Smeets R, Stadlinger B, Schwarz F, Beck-Broichsitter B, Jung O, Precht C, Kloss F,  Gröbe A, Heiland M, Ebker T, Impact of Dental Implant Surface Modifications on Osseointegration, BioMed Research International, vol. 2016, Article ID 6285620, 16 pages, 2016. https://doi.org/10.1155/2016/6285620.

Rupp F, Liang L, Geis-Gerstorfer J, Scheideler L, Hüttig F Surface characteristics of dental implants: A review. Dent Mater. 2018 Jan;34(1):40-57 Leer en PubMed