Estudio in vitro e in vivo de la toxicidad de brackets metálicos usados en los tratamientos de ortodoncia

Resumen

En los últimos años se ha producido un aumento en la demanda de los tratamientos de ortodoncia. Para la corrección de las maloclusiones se utilizan elementos metálicos, tanto pasivos (bandas, tubos o brackets) los cuales deben permanecer durante la mayor parte del tratamiento en boca, como activos (los arcos) que nos sirven para mover los dientes. Además durante el tratamiento también pueden ser necesarios aparatos auxiliares metálicos. Para la fabricación de los elementos metálicos usados en ortodoncia, utilizamos distintas aleaciones como: el acero inoxidable compuesto por hierro, carbono, cromo y níquel. Aleaciones de titanio, que se caracterizan por su elevada biocompatibilidad y resistencia la corrosión. Y aleaciones "libres de níquel" cuya disminución de níquel al 5% proporciona una mayor resistencia a la corrosión. Todos los metales, excepto los nobles, sufren al cabo del tiempo un fenómeno llamado "corrosión" entendiendo como tal: la degradación de un material a causa del medio ambiente que está inmerso. La cavidad oral es considerada por muchos investigadores por un medio potencialmente corrosivo, debido entre otros factores a: los cambios bruscos de temperaura y pH salivar, los cloruros, los fluoruros, las corrientes electrogalvánicas y las proteinas de la saliva. Los tratamientos ortodóncicos pueden iniciar manifestaciones clínicas orales como glositis, sabor metálico, gingivitis, descamación labial, eritema multiforme, hipertrofia gingival. Esta clínica se asocia a los productos de corrosión de los aparatos que estarían relacionados con la citotoxicidad de estos materiales. OBJETIVOS. Objetivo 1. Conocer si el conjunto de brackets y tubos metálicos necesarios para un tratamiento de ortodoncia, fabricados en tres aleaciones distintas (acero inoxidable, titanio, libre de níquel), libera iones metálicos a un medio de cultivo estándar. Objetivo 2. Valorar la toxicidad de las disoluciones obtenidas en el objetivo número uno sobre fibroblastos humanos cultivados. Objetivo 3. Conocer si las células de la mucosa oral en contacto con los brackets y tubos metálicos usados en los tratamientos de ortodoncia, fabricados en tres aleaciones distintas (acero inoxidable, titanio, libre de níquel), captan los iones que se liberan desde ellos. Objetivo 4. Estudiar los efectos de los metales sobre la integridad del ADN de las células de la mucosa oral en contacto con los dispositivos metálicos usados en los tratamientos de ortodoncia. MATERIAL Y MÉTODOS Para lograr el objetivo 1 Medimos la cantidad de metales que libera el conjunto de tubos y brackets necesario para un tratamiento de ortodoncia (4 tubos, 20 brackets), realizados en tres aleaciones distintas (acero inoxidable, titanio y aleación libre de níquel), en medio de cultivo de fibroblastos, mediante espectrometría de masas acoplada inductivamente a espectrometría de plasma (ICP-MS). El objetivo 2 se valoró mediante dos estudios, por un lado se cultivaron fibroblastos y se estudió su viabilidad tras 7 días de incubación con medio de cultivo que contiene los metales liberados (obtenido en el protocolo 1). Por otro lado, se estudió la integridad del ADN de los fibroblastos sometidos a los medios de cultivo obtenidos en el protocolo 1, mediante la electroforesis en gel de células individuales denominada "Ensayo Cometa". Para conocer el objetivo 3, medimos mediante ICP-MS la cantidad de metales contenidos en células de la mucosa oral de pacientes, antes y después de haber estado en contacto, durante 30 días, con los materiales metálicos (tubos y brackets) que se usan en un tratamiento de ortodoncia. Por último realizamos un estudio "in vivo" de la integridad del ADN de las células mucosas en contacto con tres aleaciones distintas usadas en la fabricación de aparatos de ortodoncia mediante la electroforesis en gel de células individuales denominada "ensayo Cometa" y así poder valorar el objetivo 4. RESULTADOS Tras analizar los iones liberados por los tres juegos de tubos y brackets obtuvimos las mayores concentraciones de metales en el grupo de acero inoxidable detectamos: Ti (9.03 ± 2.08 ppb), Cr (8.97 ± 9.73 ppb), Mn (39.40 ± 27.85 ppb), Co (1.38 ± 1.65 ppb), Ni (416.97 ± 533.54 ppb), Mo (3.11 ± 2.47 ppb), Fe (520.10 ± 710.10 ppb). Sin embargo, las concentraciones de metales en el medio del grupo de titanio fueron similares a las del grupo control y presentaron ausencia de Ni. El ensayo MTT mostró que los metales liberados por los brackets y tubos de acero inoxidable, producían la mayor daño, consiguiendo una viabilidad del 4.60 ± 1.33 %. Respecto a la integridad del ADN, los fibroblastos que menos daño en el ADN presentaron en el ensayo cometa, medido como momento de Olive, son aquellos que se expusieron al medio de cultivo puro (11.19 ± 0.61) y al medio procedente del grupo de titanio (18.67±0.48). Estos dos grupos mostraron un momento de Olive significativamente menor que los otros tres grupos. Tras analizar las células de los pacientes que llevaron durante un mes los tubos y brackets observamos que los pacientes a los que se les cementó brackets y tubos de acero inoxidable presentaron cantidades más elevadas, que las células controles, de Mn y Ti.En las células mucosas de los pacientes del grupo libre de níquel se detectó más hierro y cromo. El menor daño sobre las células de la mucosa yugal de los pacientes se produjo, en el grupo control (pacientes sin brackets) y a los pacientes a los que se le cementaron durante un mes los brackets de titanio, no encontrándose diferencias significativas (p<0.001).El mayor daño sobre el ADN de las células de la mucosa yugal lo encontramos en los pacientes que han llevado brackets de acero inoxidable y níquel ambos, presentaron diferencias significativas (p<0.001) respecto al grupo control pero no entre ellos. DISCUSIÓN A pesar de la alta resistencia a la corrosión de las aleaciones utilizadas con fines odontológicos se ha demostrado la liberación y presencia de iones metálicos en tejidos y fluidos, incluidos sangre y orina, de pacientes portadores de dispositivos metálicos (Summer y cols., 2007). Los resultados de nuestro estudio han demostrado que los tubos y brackets de acero inoxidable que han estado sumergidos durante 30 días en medio de cultivo estándar (MEM) liberaron al medio manganeso (39.40 +/- 27.85 ppb), cromo (8.97 +/- 9.75 ppb), hierro (520.10 +/- 710.10 ppb) y níquel (416.97 +/- 533.54 ppb).Todos los metales detectados en el medio de cultivo, salvo el titanio, son o pueden ser tóxicos: manganeso, cromo, hierro, níquel, cobalto, molibdeno, cobre y zinc. En nuestro estudio el MEM procedente de los tubos y brackets de acero inoxidable produjo citotoxicidad en el cultivo de fibroblastos humanos .David y Lobner (2004) también han demostrado la toxicidad del acero inoxidable en neuronas corticales y células gliales procedentes de feto de ratón. El níquel y el cromo producen apoptosis en las células (Chen y cols., 2001; Kim y cols., 2002). Las células en presencia de cobre presentan una alta reducción en la síntesis de ADN (Locci y cols., 2000). Por esta razón, en los últimos años han aparecido otras aleaciones menos susceptibles a la corrosión, más estables en ambientes orales. Los brackets y tubos" libres de níquel" liberan menos cantidad de níquel que los de acero inoxidable, esto podría reducir la sensibilidad en personas alérgicas (Huang, Yen y Kao, 2001; Pantuzo y cols., 2007), pero se mantiene en un31% de los pacientes (Pantuzo y cols., 2007). Por ello, autores como Maula, Maula y Sernetz (1996) opinan que los pacientes sensibles al níquel deberían utilizarse brackets de titanio. Usamos el ensayo cometa sobre fibroblastos para valorar la toxicidad de los productos de corrosión de las tres aleaciones. Los tres índices del ensayo indican que el medio de cultivo que contiene los metales liberados desde la aleación de acero inoxidable es el más tóxico. Mientras el grupo titanio no presentó valores de toxicidad en ninguno de los índices, coincidiendo estos estudios con los realizados sobre implantes de titanio (Ribero y cols., 2007). Después de 30 días de contacto con los tubos y brackets las células fueron capaces de absorber determinados iones Así, los pacientes portadores de aparatos de acero inoxidable incrementaron su concentración de titanio (3, 04 2,67 ppb) y de manganeso (1,08 1,57 ppb). El hecho que los aparatos fijos no produzcan un aumento en los niveles de algunos metales en los pacientes, no significa que concentraciones bajas no puedan producir daño sobre las células. (Faccioni y cols., 2003). CONCLUSIONES Primera. Los tubos y brackets de acero inoxidable que estuvieron sumergidos en medio de cultivo estándar durante 30 días a 37ºC, en una atmósfera de 5% de CO2, liberaron titanio, cromo, manganeso, cobalto, níquel, molibdeno, hierro, cobre y zinc. Segunda. El medio de cultivo que contenía los metales liberados de los brackets y tubos de acero inoxidable produjo una muerte celular significativamente superior a la del resto de los grupos. Tercera. El porcentaje de ADN en la cabeza del cometa y el momento de Olive mostraron daño en el ADN de los fibroblastos inducido por el acero inoxidable significativamente superior al resto de los grupos. El grupo de titanio no produjo daño en el ADN y el libre de níquel produjo un daño significativamente superior al titanio. Cuarta. Las células de los pacientes que llevaron durante un mes los tubos y brackets de acero inoxidable presentaron cantidades más elevadas, que las células controles, de manganeso y de titanio. Quinta. El porcentaje de ADN en la cabeza del cometa, el porcentaje de ADN en la cola del cometa y el momento de Olive mostraron un daño en el ADN de las células de la mucosa yugal de los pacientes que llevaron durante 30 días aparatos de ortodoncia de acero inoxidable y libres de níquel. No presentaron daño en el ADN aquellos que llevaron tubos y brackets de titanio.