Bioim­pre­sio­nes, sis­te­mas CAD/CAM, ITOP y re­ge­ne­ra­ción ce­lu­lar. Apli­ca­cio­nes en odon­to­lo­gía

Bio-im­pres­sions, CAD/CAM sys­tems, ITOP and ce­llu­lar re­ge­ne­ra­tion. Den­tistry ap­pli­ca­tions

El Dentista Moderno - - Sumario - Au­to­ra: Ol­ga Jor­di To­rres

Me­dian­te este tra­ba­jo se pre­ten­de dar a co­no­cer una nue­va lí­nea de in­ves­ti­ga­ción en los cam­pos de la odon­to­lo­gía, bio­lo­gía ce­lu­lar y prótesis den­tal. El ob­je­ti­vo pri­mor­dial es ofre­cer una ba­se so­bre los di­fe­ren­tes sis­te­mas que a su fin aca­ban por de­fi­nir es­ta nue­va tec­no­lo­gía de re­ge­ne­ra­ción ti­su­lar (en este ca­so en­fo­ca­da al den­ta­rio), pro­cli­ve a su me­jo­ra e in­ves­ti­ga­ción. Se pre­ten­de dar a co­no­cer las si­guien­tes ba­ses: con­cep­tos bá­si­cos de bio­lo­gía ce­lu­lar en el ám­bi­to de las cé­lu­las ma­dre re­fe­ren­tes a los te­ji­dos bu­co-den­ta­les, una pe­que­ña men­ción so­bre la co­no­ci­da tec­no­lo­gía CAD/CAM e in­for­ma­ción so­bre la tec­no­lo­gía ITOP y sus re­sul­ta­dos. Este “re­view” bi­blio­grá­fi­co cen­tra su ma­yor aten­ción en el sis­te­ma ITOP, desa­rro­lla­do por el gru­po de cien­tí­fi­cos de Ant­hony Ata­la, di­rec­tor del Wa­ke Fo­rest Ins­ti­tu­te for Re­ge­ne­ra­ti­ve Me­di­ci­ne- Me­di­cal Cen­ter Bou­le­vard-Wins­ton-Sa­lem, NC. EE.UU. Se ob­tie­nen unos re­sul­ta­dos sa­tis­fac­to­rios de re­ge­ne­ra­ción y crea­ción de un nuevo dien­te en ca­si to­da su es­truc­tu­ra con éxi­to de im­plan­ta­ción en ra­tas. Una ba­se so­bre la que se pue­de apos­tar por una nue­va in­ves­ti­ga­ción que me­jo­re los re­sul­ta­dos ex­pues­tos, pu­dién­do­se crear dien­tes en hu­ma­nos en to­da su in­te­gri­dad con éxi­to de im­plan­ta­ción.

In­tro­duc­ción

En el pre­sen­te tra­ba­jo, ex­pon­dre­mos los avan­ces re­fe­ri­dos a la crea­ción de nue­vos te­ji­dos con tec­no­lo­gía de im­pre­sión 3D con ba­se CAD/CAM y bio­lo­gía ce­lu­lar, en re­fe­ren­cia a la re­ge­ne­ra­ción y crea­ción de nue­vas pie­zas y ma­te­rial den­ta­rio. Exis­te una ne­ce­si­dad clí­ni­ca de re­ge­ne­ra­ción de los te­ji­dos oro­fa­cia­les per­di­dos y res­tau­ra­ción de la fun­ción y la es­té­ti­ca. Post­na­tal­men­te, al­gu­nas cé­lu­las oro­fa­cia­les pro­ge­ni­to­ras con pro­pie­da­des de cé­lu­las ma­dre-pro­ge­ni­to­ras plu­ri­po­ten­tes que se pue­den ais­lar fá­cil­men­te y ser uti­li­za­das pa­ra la re­ge­ne­ra­ción den­ta­ria. El dien­te es un ór­gano prin­ci­pal for­ma­do por pul­pa bio­ló­gi­ca via­ble en­ce­rra­da en den­ti­na mi­ne­ra­li­za­da que pue­de estar cu­bier­ta con ce­men­to y es­mal­te en va­rias es­pe­cies1. Los dien­tes de los ma­mí­fe­ros no se re­ge­ne­ran es­pon­tá­nea­men­te tras un trau­ma­tis­mo o ac­ci­den­te pa­to­ló­gi­co, a di­fe­ren­cia de ti­bu­ro­nes y la­gar­tos2,3. La ad­mi­nis­tra­ción ce­lu­lar ha si­do el en­fo­que pre­do­mi­nan­te en la re­ge­ne­ra­ción de los dien­tes y me­jo­ra de los re­sul­ta­dos pro­té­si­cos y odon­to­ló­gi­cos4,5. En al­gu­nos es­tu­dios, pre­cur­so­res on­to­ge­né­ti­cos y cé­lu­las os­teo­pro­ge­ni­to­ras de mé­du­la ósea, fue­ron in­du­ci­dos pa­ra la de te­ji­dos bio­ló­gi­cos si­mi­la­res a dien­tes, hue­so al­veo­lar y li­ga­men­to pe­rio­den­tal6,7. En otras in­ves­ti­ga­cio­nes se ha vis­to co­mo el epi­te­lio oral em­brio­na­rio y el me­sén­qui­ma adul­to, re­gu­lan la on­to­gé­ne­sis por in­duc­ción mu­tua, pro­du­cien­do es­truc­tu­ras den­ta­les tras el tras­plan­te en el hue­so de la man­dí­bu­la8. De for­ma si­mi­lar, la im­plan­ta­ción de pre­cur­so­res mo­la­res de ra­ta en ma­xi­la­res de ra­to­nes adul­tos pro­du­jo es­truc­tu­ras den­ta­les con hue­so cir­cun­dan­te9,10,11. Un re­to pa­ra la in­ge­nie­ría de te­ji­dos es pro­du­cir cons­truc­cio­nes ce­lu­la­res vas­cu­la­ri­za­das tri­di­men­sio­na­les (3D) de ta­ma­ño, for­ma e in­te­gri­dad es­truc­tu­ral clí­ni­ca­men­te re­le­van­tes. Sa­le a la luz un sis­te­ma lla­ma­do ITOP (Te­ji­do y Ór­gano In­te­gra­do); este sis­te­ma cons­ta de tres uni­da­des prin­ci­pa­les: un con­tro­la­dor de 3 ejes, un mó­du­lo de dis­pen­sa­ción y una cá­ma­ra de acrí­li­co ce­rra­da, am­bos con­tro­la­dos. El pro­ce­so tam­bién in­clu­ye la ilus­tra­ción del pa­trón bá­si­co

de ar­qui­tec­tu­ra 3D in­clu­yen­do múl­ti­ples hi­dro­ge­les car­ga­dos de cé­lu­las y del po­lí­me­ro PCL de so­por­te, y un pro­ce­so de CAD/CAM pa­ra la im­pre­sión au­to­ma­ti­za­da de la for­ma 3D imi­tan­do el te­ji­do u ór­gano dia­na. Un mo­de­lo 3D CAD desa­rro­lla­do a par­tir de da­tos de imá­ge­nes mé­di­cas ge­ne­ra un pro­gra­ma de mo­vi­mien­to vi­sua­li­za­do, que in­clu­ye ins­truc­cio­nes pa­ra los mo­vi­mien­tos de la eta­pa XYZ y la pre­sión neu­má­ti­ca de ac­tua­ción pa­ra lo­grar la im­pre­sión 3D12,13,14,15. Co­bran­do im­por­tan­cia en la re­ge­ne­ra­ción bu­co­den­tal16. El sis­te­ma ITOP (Te­ji­do y Ór­gano In­te­gra­do) di­se­ña­do a me­di­da, con­sis­te en un so­fis­ti­ca­do sis­te­ma de bo­qui­llas con una re­so­lu­ción de 2-50 μm que de­po­si­ta hi­dro­ge­les car­ga­dos de cé­lu­las jun­to con po­lí­me­ros bio­de­gra­da­bles. La ma­triz ce­lu­lar que cons­ta de ge­la­ti­na, fi­bri­nó­geno, áci­do hia­lu­ró­ni­co y gli­ce­rol, se op­ti­mi­za pa­ra pro­mo­ver la su­per­vi­ven­cia y di­fe­ren­cia­ción ce­lu­lar, a la vez que pro­por­cio­na so­por­te y dis­per­sión uni­for­me. La for­ma me­cá­ni­ca y la re­sis­ten­cia son pro­por­cio­na­das por po­lí­me­ros de po­li ( γca­pro­lac­to­na). Y una ca­pa ex­ter­na de Plu­ro­nic F-127. Des­pués de la im­pre­sión, la adi­ción de una so­lu­ción de trom­bi­na in­du­ce la re­ti­cu­la­ción del fi­bri­nó­geno y eli­mi­na­ción Plu­ro­nic F-127 bio­ló­gi­ca­men­te in­com­pa­ti­ble. La es­ta­bi­li­dad me­cá­ni­ca se con­si­gue im­pri­mien­do hi­dro­ge­les car­ga­dos de cé­lu­las jun­to con po­lí­me­ros bio­de­gra­da­bles en pa­tro­nes in­te­gra­dos y an­cla­dos en hi­dro­ge­les sa­cri­fi­cia­les. La for­ma co­rrec­ta de la cons­truc­ción de te­ji­do se lo­gra re­pre­sen­tan­do da­tos de imá­ge­nes clí­ni­cas co­mo un mo­de­lo in­for­má­ti­co del de­fec­to anató­mi­co y tra­du­cien­do el mo­de­lo en un pro­gra­ma que con­tro­la los mo­vi­mien­tos de las bo­qui­llas de im­pre­so­ra, que dis­pen­san cé­lu­las a lu­ga­res dis­cre­tos. La in­cor­po­ra­ción de mi­cro­ca­na­les en las cons­truc­cio­nes de te­ji­do fa­ci­li­ta la di­fu­sión de nu­trien­tes a las cé­lu­las im­pre­sas, su­peran­do así el lí­mi­te de di­fu­sión de 100-200 mm pa­ra la su­per­vi­ven­cia ce­lu­lar en te­ji­dos mo­di­fi­ca­dos por in­ge­nie­ría ge­né­ti­ca. De­mos­tra­mos las ca­pa­ci­da­des del ITOP fa­bri­can­do hue­so man­di­bu­lar, car­tí­la- go y múscu­lo es­que­lé­ti­co. El desa­rro­llo fu­tu­ro del ITOP es­tá di­ri­gi­do a la pro­duc­ción de te­ji­dos pa­ra apli­ca­cio­nes hu­ma­nas y pa­ra la cons­truc­ción de te­ji­dos y ór­ga­nos só­li­dos más com­ple­jos16,17,18. En el pre­sen­te tra­ba­jo se ex­pon­drán al­gu­nas de las ba­ses ce­lu­la­res so­bre las cua­les se in­ves­ti­ga y se ob­tie­ne una re­ge­ne­ra­ción ce­lu­lar óp­ti­ma pa­ra la re­cons­truc­ción bu­co­den­tal, cen­trán­do­nos en las cé­lu­las ma­dre plu­ri­po­ten­tes. Así mis­mo, se pro­cu­ra­rá in­for­ma­ción ba­se so­bre los sis­te­mas CAD/ CAM, tan­to en su apli­ca­ción en el te­ma re­que­ri­do, co­mo en otros te­mas ejem­plo pa­ra te­ner una vi­sión glo­bal y lo­cal de sus po­si­bi­li­da­des y en­ten­der me­jor su fun­cio­na­li­dad den­tro del ITOP men­cio­na­do; so­bre el que se rea­li­za­rá la ex­pli­ca­ción per­ti­nen­te.

Fi­nal­men­te se ex­pon­drá un ca­so clí­ni­co ejem­plo so­bre la re­ge­ne­ra­ción den­ta­ria y de te­ji­do bu­cal cir­cun­dan­te, don­de se en­glo­ba­rán gran par­te de los con­cep­tos des­cri­tos en los pun­tos pre­vios, pe­ro en apli­ca­ción fi­nal a la bio­lo­gía ce­lu­lar den­ta­ria. Sien­do este ca­so clí­ni­co, re­sul­ta­do de una de las úl­ti­mas in­ves­ti­ga­cio­nes rea­li­za­das por la Uni­ver­si­dad de Co­lum­bia, Es­ta­dos Uni­dos, con una po­ten­te pers­pec­ti­va de fu­tu­ro en este ti­po de téc­ni­cas y un avan­ce en el cam­po de la Prótesis Den­tal.

Ba­ses ce­lu­la­res

Los dien­tes tie­nen su ori­gen en dos de las tres ca­pas blas­to­dér­mi­cas pri­mi­ti­vas, el ec­to­der­mo y el me­so­der­mo, don­de desa­rro­lla un im­por­tan­te pa­pel el ec­to­me­sén­qui­ma, o me­sén­qui­ma mi­gra­do a la man­dí­bu­la o ma­xi­lar des­de las cres­tas neu- ra­les19. En los pri­me­ros es­ta­dios de la odon­to­gé­ne­sis se pro­du­ce una in­ter­ac­ción en­tre las cé­lu­las epi­te­lia­les del ec­to­der­mo y las cé­lu­las me­sen­qui­ma­les20. La por­ción ec­to­dér­mi­ca da­rá lu­gar al es­mal­te, mien­tras que las cé­lu­las me­sen­qui­ma­to­sas da­rán lu­gar a los te­ji­dos me­so­dér­mi­cos: den­ti­na, pul­pa y ce­men­to21. Mu­chas de las cé­lu­las me­sen­qui­ma­les per­ma­ne­cen in­di­fe­ren­cia­das una vez fi­na­li­za­da la odon­to­gé­ne­sis, con­ser­van­do su po­ten­cial de di­fe­ren­cia­ción21,22,23,24. En in­ge­nie­ría ti­su­lar, las cé­lu­las más pro­me­te­do­ras, son las cé­lu­las ma­dres me­sen­qui­ma­les (CMM) adul­tas. Es­tas CMM son in­di­fe­ren­cia­das con ca­pa­ci­dad de au­to­re­no­var­se, plu­ri­po­ten­tes, pre­sen­tan mor­fo­lo­gía de fi­bro­blas­to y plas­ti­ci­dad ha­cia di­ver­sos li­na­jes ce­lu­la­res co­mo con­dro­ci­tos, os­teo­ci­tos y adi­po­ci­tos en­tre otros. Es­tas cé­lu­las pue­den ser ais­la­das prin­ci­pal­men­te de mé­du­la ósea, cor­dón um­bi­li­cal y te­ji­do adi­po­so. Se han he­cho pro­li­fe­rar en cul­ti­vos in vi­tro, lo que ha per­mi­ti­do es­tu­diar al­gu­nas de sus pro­pie­da­des fun­cio­na­les25. En la ca­vi­dad oral po­de­mos en­con­trar­las en la pul­pa, en el fo­lícu­lo den­tal y en el te­ji­do co­nec­ti­vo gin­gi­val en­tre otros26. La pul­pa po­see cé­lu­las me­sen­qui­má­ti­cas in­di­fe­ren­cia­das que de­ri­van del ec­to­der­mo de la cres­ta neu­ral, cons­ti­tu­yen­do una ver­da­de­ra re­ser­va ce­lu­lar, po­seen ca­pa­ci­dad de di­fe­ren­ciar­se en nue­vos odon­to­blas­tos o fi­bro­blas­tos se­gún el es­tí­mu-

lo que ac­túe so­bre ellas27. Al­gu­nos de los usos de es­tas cé­lu­las han si­do pa­ra desa­rro­llar mo­de­los de re­ge­ne­ra­ción de te­ji­do pe­rio­don­tal in vi­vo28,29. Hay múl­ti­ples for­mas de cla­si­fi­ca­ción de las C.M. en fun­ción de di­ver­sos cri­te­rios30:

Se­gún su ori­gen:

• Ori­gen em­brio­na­rio: po­seen la ca­pa­ci­dad de di­fe­ren­ciar­se en cual­quier ti­po de cé­lu­la (to­ti­po­ten­tes), con­tan­do así con un enor­me po­ten­cial pa­ra la re­ge­ne­ra­ción ti­su­lar.

• Ori­gen adul­to: tam­bién son de­no­mi­na­das cé­lu­las ma­dre post­na­ta­les. Son mul­ti­po­ten­tes y so­bre ellas ca­be des­ta­car que su po­ten­cial de di­fe­ren­cia­ción que­da res­trin­gi­do a la ca­pa em­brio­na­ria de la que pro­ce­dan. Las MSC (me­senchy­mal stem cells/cé­lu­las ma­dre es­tro­ma­les) fue­ron ais­la­das por pri­me­ra vez en as­pi­ra­cio­nes de mé­du­la ósea.

Se­gún el po­ten­cial de di­fe­ren­cia­ción:

• C.M. to­ti­po­ten­tes: Son aque­llas ca­pa­ces de ori­gi­nar un em­brión y un in­di­vi­duo com­ple­to, di­fe­ren­cián­do­se ha­cia cual­quier es­tir­pe ce­lu­lar. • C.M. plu­ri­po­ten­tes: Tie­nen la ca­pa­ci­dad de po­der desa­rro­llar los 200 te­ji­dos de un ser hu­mano pe­ro no el te­ji­do ex­tra­em­brio­na­rio. • C.M. mul­ti­po­ten­tes: Pue­den ori­gi­nar un sub­con­jun­to de ti­pos ce­lu­la­res. • C.M. oli­go­po­ten­te: Al igual que las an­te­rio­res, pue­den desa­rro­llar un con­jun­to de ti­pos de cé­lu­las, pe­ro mu­cho más re­du­ci­do. • C.M. uni­po­ten­tes: Con ca­pa­ci­dad pa­ra di­fe­ren­ciar­se en un úni­co ti­po ce­lu­lar. Cé­lu­las Ma­dre Den­ta­les (C.M.D.): Son C.M. que po­seen po­ten­cial de mul­ti­di­fe­ren­cia­ción y, por tan­to, per­te­ne­cen al gru­po de C.M. adul­tas, te­nien­do la ca­pa­ci­dad de for­mar cé­lu­las con ca­rác­ter os­teo/odon­to­gé­ni­co, adi­po­gé­ni­co y neu­ro­gé­ni­co. Sin em­bar­go, se pue­de afir­mar que, en com­pa­ra­ción con las C.M. de la mé­du­la ósea, las C.M.D tie­nen pre­di­lec­ción por el desa­rro­llo odon­to­gé­ni­co. Exis­ten di­ver­sos ti­pos de cé­lu­las ma­dre de ori­gen den­tal31: 1. Cé­lu­las ma­dre de la pul­pa (Den­tal Pulp Stem Cells (DPSC)). Fue­ron las pri­me­ras cé­lu­las ma­dre den­ta­rias que se ais­la­ron31. Por ana­lo­gía con las cé­lu­las ma­dre de la mé­du­la, se con­si­de­ró que ha­bía una co­mu­ni­dad de cé­lu­las mul­ti­po­ten­cia­les en el te­ji­do pul­par de dien­tes ma­du­ros. El ori­gen y lo­ca­li­za­ción exac­ta de es­tas cé­lu­las si­gue sien­do in­cier­to. La pro­duc­ción de DPSC es muy pe­que­ña (1 por 100 de to­das las cé­lu­las) y se­gún au­men­ta la edad del in­di­vi­duo, la dis­po­ni­bi­li­dad de es­tas cé­lu­las se ve re­du­ci­da. Se han es­tu­dia­do so­bre to­do las cé­lu­las que pro­vie­nen de ter­ce­ros mo­la­res y dien­tes su­per­nu­me­ra­rios. Ca­be des­ta­car que, si son ais­la­das du­ran­te la for­ma­ción de la co­ro­na, las DPSC son más pro­li­fe­ra­ti­vas que si se aís­lan más ade­lan­te. De cara a un uso te­ra­péu­ti­co

ha de te­ner­se en cuenta su in­ter­ac­ción con bio­ma­te­ria­les. Las cé­lu­las ma­dre de la pul­pa den­tal (DPSCs) han de­mos­tra­do que pue­den re­sol­ver to­das es­tas cues­tio­nes: el ac­ce­so al lu­gar don­de se en­cuen­tran es­tas cé­lu­las es fá­cil y de es­ca­sa mor­bi­li­dad, su ex­trac­ción es al­ta­men­te efi­cien­te, tie­nen una gran ca­pa­ci­dad de di­fe­ren­cia­ción, y su de­mos­tra­da in­ter­ac­ción con bio­ma­te­ria­les las ha­ce idea­les pa­ra la re­ge­ne­ra­ción ti­su­lar. La ca­pa­ci­dad de di­fe­ren­cia­ción de las DPSC que­dó de­mos­tra­da en es­tu­dios ex­pe­ri­men­ta­les en ra­tas, don­de se pu­do ob­ser­var su po­ten­cial te­ra­péu­ti­co pa­ra la re­pa­ra­ción de un in­far­to de mio­car­dio in­du­ci­do tras li­ga­du­ra de las ar­te­rias co­ro­na­rias. Con las mis­mas ca­pa­ci­da­des prác­ti­ca­men­te que las DPSC, se pue­de ha­blar de un sub­ti­po: Las SBP-DPSCs son ca­pa­ces de di­fe­ren­ciar­se ha­cia os­teo­blas­tos, sin­te­ti­zan­do chips de te­ji­do óseo tri­di­men­sio­na­les in vi­tro que se pue­den di­fe­ren­ciar en os­teo­blas­tos y en en­do­te­lio­ci­tos. Su asom­bro­sa ca­pa­ci­dad de di­fe­ren­cia­ción les per­mi­te dar lu­gar in vi­vo a hue­so adul­to con ca­na­les de Ha­vers y la apro­pia­da vas­cu­la­ri­za­ción.

2. Cé­lu­las ma­dre del li­ga­men­to pe­rio­don­tal (Pe­rio­don­tal Li­ga­ment Stem Cells (PDLSC)). Va­rios es­tu­dios afir­man que el li­ga­men­to pe­rio­don­tal tie­ne po­bla­cio­nes de cé­lu­las que pue­den di­fe­ren­ciar­se tan­to ha­cia ce­men­to­blas­tos co­mo ha­cia os­teo­blas­tos. La pre­sen­cia de múl­ti­ples ti-

pos de cé­lu­las en el pe­rio­don­to su­gie­re que este te­ji­do con­tie­ne C.M. lla­ma­das PDLSC (Pe­rio­don­tal Li­ga­ment Stem Cells) que man­tie­nen la ho­meos­ta­sis y la re­ge­ne­ra­ción del te­ji­do pe­rio­don­tal. Los aná­li­sis in vi­vo con PDLSC rea­li­za­dos en ra­to­nes in­mu­no­com­pro­me­ti­dos, su­gi­rie­ron la par­ti­ci­pa­ción de es­tas cé­lu­las en la re­ge­ne­ra­ción de hue­so al­veo­lar al pro­pi­ciar la for­ma­ción de una fi­na ca­pa de te­ji­do muy si­mi­lar al ce­men­to que, ade­más de con­tar en­tre sus com­po­nen­tes con fi­bras co­lá­ge­nas, se aso­cia­ron ín­ti­ma­men­te al hue­so al­veo­lar pró­xi­mo al pe­rio­don­to re­ge­ne­ra­do. Las fi­bras co­lá­ge­nas ge­ne­ra­das in vi­vo en hu­ma­nos, fue­ron ca­pa­ces de unir­se con la nue­va es­truc­tu­ra for­ma­da de ce­men­to, imi­tan­do así la unión fi­sio­ló­gi­ca de las fi­bras de Shar­pey. De es­tos es­tu­dios y aná­li­sis se po­dría de­cir que las PDLSC po­drían con­te­ner un sub­gru­po de cé­lu­las ca­pa­ces de di­fe­ren­ciar­se ha­cia ce­men­to­blas­tos/ce­men­to­ci­tos así co­mo ha­cia cé­lu­las for­ma­do­ras de co­lá­geno. Se sa­be que el gen ADAM28 se ex­pre­sa en el ger­men den­ta­rio, las cé­lu­las de la pa­pi­la den­tal y las cé­lu­las del fo­lícu­lo den­tal, y se su­pu­so que es­ta­ría in­vo­lu­cra­do en el pro­ce­so mor­fo­gé­ni­co tan­to de la co­ro­na co­mo de la raíz. El gen ADAM28 ac­túa en la pro­li­fe­ra­ción, apop­to­sis y di­fe­ren­cia­ción de las PDLSCs.

3. Cé­lu­las ma­dre de dien­tes tem­po­ra­les ex­fo­lia­dos (SHED): Las SHED se con­si­de­ran una im­por­tan­te fuente de cé­lu­las ma­dre de fá­cil ob­ten­ción. Los dien­tes de­ci­duos y los per­ma­nen­tes tie­nen im­por­tan­tes di­fe­ren­cias en cuan­to a su fun­ción, pro­ce­so de desa­rro­llo y es­truc­tu­ra ti­su­lar, y al com­pa­rar las SHED con las DPSC, se en­con­tró una ma­yor ve­lo­ci­dad de pro­li­fe­ra­ción y una ma­yor ca­pa­ci­dad de es­pe­cia­li­za­ción. Ais­la­das de ma­ne­ra exi­to­sa, se es­tu­dia la po­si­bi­li­dad de que jue­guen un pa­pel im­por­tan­te en la com­po­si­ción epi­te­lial pa­ra la re­pa­ra­ción o re­ge­ne­ra­ción del dien­te, ya que sus ca­rac­te­rís­ti­cas mor­fo­ló­gi­cas se co­rres­pon­dían con el fe­no­ti­po de cé­lu­las ma­dre epi­te­lia­les, pu­dien­do lle­gar a ex­pre­sar mar­ca­do­res epi­te­lia­les32. Es ne­ce­sa­rio el fac­tor de cre­ci­mien­to vas­cu­lar en­do­te­lial (VEGF) pa­ra que las SHED se di­fe­ren­cien ha­cia cé­lu­las en­do­te­lia­les. Los dien­tes de­ci­duos no só­lo fa­vo­re­ce­rían la guía erup­ti­va de los dien­tes per­ma­nen­tes, tam­bién pue­den estar in­vo­lu­cra­dos en la in­duc­ción ósea du­ran­te la erup­ción del per­ma­nen­te.

4. Cé­lu­las ma­dre de la pa­pi­la den­tal (Stem Cells from the Api­cal Pa­pi­lla (SCAP): La pa­pi­la api­cal ha­ce re­fe­ren­cia al te­ji­do blan­do si­tua­do en los ápi­ces del dien­te per­ma­nen­te que se es­tá for­man­do33. Exis­te una zo­na muy ri­ca en cé­lu­las en­tre la pa­pi­la api­cal y la pul­pa. Pa­re­ce que las SCAP son las pre­cur­so­ras de los odon­to­blas­tos pri­ma­rios, res­pon­sa­bles de la for­ma­ción de la den­ti­na ra­di­cu­lar, mien­tras que las cé­lu­las ma­dre de la pul­pa (DPSC) son, pro­ba­ble­men­te, las pre­cur­so­ras de los odon­to­blas­tos que for­man la den­ti­na re­pa­ra­ti­va. Ade­más, és­tas úl­ti­mas, con­tie­nen un ma­yor com­po­nen­te vas­cu­lar y ce­lu­lar que las SCAP. Se uti­li­za­ron las SCAP pa­ra con­se­guir.

5. Cé­lu­las ma­dre del fo­lícu­lo den­tal (Den­tal Fo­lli­cle Pre­cur­sor Cells (DFPC)): Son las que aca­ba­rán for­man­do el pe­rio­don­to, cons­ti­tui­do por ce­men­to, li­ga­men­to, hue­so al­veo­lar y en­cía. In vi­tro, es­tas cé­lu­las mues­tran una mor­fo­lo­gía tí­pi­ca de fi­bro­blas­tos. Des­pués de in­duc­ción, se

ha de­mos­tra­do di­fe­ren­cia­ción os­teo­gé­ni­ca. In vi­vo se ha iden­ti­fi­ca­do el an­tí­geno STRO-1 en los fo­lícu­los den­ta­les. El tras­plan­te de es­tas cé­lu­las ge­ne­ra una es­truc­tu­ra cons­ti­tui­da de te­ji­do fi­bro­so rí­gi­do. No se ha ob­ser­va­do ni den­ti­na, ni ce­men­to, ni for­ma­ción ósea en el tras­plan­te in vi­vo. Dis­tin­tos au­to­res han ex­pli­ca­do la po­si­bi­li­dad de que sea de­bi­do al re­du­ci­do re­cuen­to ce­lu­lar en los cul­ti­vos.

CAD/CAM

Se tra­ta de la tec­no­lo­gía im­pli­ca­da en el uso de or­de­na­do­res pa­ra la rea­li­za­ción de tra­ba­jos, mo­di­fi­ca­ción, aná­li­sis y op­ti­mi­za­ción de un di­se­ño. La fun­ción prin­ci­pal en es­tas he­rra­mien­tas es la de­fi­ni­ción de la geo­me­tría del di­se­ño33. El ter­mino CAD se pue­de de­fi­nir co­mo el uso de sis­te­mas in­for­má­ti­cos en la crea­ción, mo­di­fi­ca­ción, aná­li­sis u op­ti­mi­za­ción de un pro­duc­to. El ter­mino CAM se pue­de de­fi­nir co­mo el uso de sis­te­mas in­for­má­ti­cos pa­ra la pla­ni­fi­ca­ción, ges­tión y con­trol de las ope­ra­cio­nes34. Exis­ten pues unos com­po­nen­tes y fun­da­men­tos bá­si­cos de un CAD/CAM, así co­mo la es­truc­tu­ra ba­se del sis­te­ma CAD y las apli­ca­cio­nes CAD/ CAM que nos per­mi­ten ob­te­ner un buen uso del sis­te­ma en mu­chos ám­bi­tos34,35,36.

Sis­te­ma Itop

Hoy en día, al com­bi­nar el es­ca­neo oral, el di­se­ño CAD/CAM y la im­pre­sión 3D, los la­bo­ra­to­rios den­ta­les pue­den pro­du­cir con precisión y ra­pi­dez co­ro­nas, puen­tes, ye­so/pie­dra y una am­plia ga­ma de apa­ra­tos or­to­dón­ti­cos. Las in­ves­ti­ga­cio­nes con las im­pre­so­ras 3D com­bi­na­das con CAD/CAM, fue­ron pros­pe­ran­do has­ta que re­cien­te­men­te un equi­po de in­ves­ti­ga­do­res bio­mé­di­cos del Ins­ti­tu­to Wa­ke Fo­rest de Me­di­ci­na Re­ge­ne­ra­ti­va ha ela­bo­ra­do una bio-im­pre­so­ra 3D con la que se pue­den ela­bo­rar te­ji­dos hu­ma­nos re­la­ti­va­men­te sim­ples, co­mo el car­tí­la­go de una ore­ja hu­ma­na, a par­tir de cé­lu­las plu­ri­po­ten­tes. Usan­do car­tu­chos car­ga­dos con plás­ti­co bio­de­gra­da­ble y cé­lu­las hu­ma­nas em­be­bi­das en un gel, este nuevo ti­po de im­pre­so­ra 3D pro­du­ce tro­zos com­ple­jos de múscu­lo, car­tí­la­go, e in­clu­so hue­sos. Cuan­do se im­plan­tan en ani­ma­les, es­tos te­ji­dos fa­bri­ca­dos sim­ples so­bre­vi­ven de for­ma in­de­fi­ni­da. Los cien­tí­fi­cos, di­ri­gi­dos por Ant­hony Ata­la12, su­pe­raron dos re­tos que han im­pe­di­do du­ran­te mu­cho tiem­po el ob­je­ti­vo de im­pri­mir te­ji­dos hu­ma­nos vi­vos: en pri­mer lu­gar, su nuevo dis­po­si­ti­vo su­pera la ba­rre­ra de fa­bri­car tro­zos gran­des y es­ta­bles de te­ji­do im­pre­so que no se cai­gan a pe­da­zos; en se­gun­do lu­gar, man­te­ner esas gran­des es­truc­tu­ras vi­vas y en cre­ci­mien­to. La nue­va im­pre­so­ra 3D se dio a co­no­cer en la revista Na­tu­re Bio­tech­no­logy, sien­do és­ta es la pri­me­ra bio­im­pre­so­ra que pue­de im­pri­mir te­ji­do a es­ca­las re­le­van­tes pa­ra la im­plan­ta­ción hu­ma­na. Una vez im­pre­sa una es­truc­tu­ra, po­de­mos man­te­ner­la vi­va du­ran­te va­rias se­ma­nas an­tes de im­plan­tar­la. Este nuevo dis­po­si­ti­vo es lla­ma­do In­te­gra­ted Tis­sue and Or­gan Prin­ting Sys­tem (ITOP). La im­pre­so­ra len­ta­men­te im­pri­me ca­pa tras ca­pa de un ma­te­rial de en­du­re­ci­mien­to rá­pi­do en for­ma de pe­que­ñas go­tas. Al igual que otras im­pre­so­ras 3D, este en­fo­que por ca­pas per­mi­te al ITOP im­pri­mir for­mas al­ta­men­te com­ple­jas en tres di­men­sio­nes con un de­ta­lle in­creí­ble. Los ma­te­ria­les que usa el ITOP y las for­mas en que es­truc­tu­ra los te­ji­dos que cons­tru­ye son los que ha­cen que es­ta má­qui­na sea re­vo­lu­cio­na­ria. La im­pre­so­ra de Ata­la12 pue­de in­yec­tar cé­lu­las ma­dre vi­vas sus­pen­di­das en gel. Esas cé­lu­las pue­den ser cual­quier co­sa, des­de el múscu­lo de un ra­tón, el car­tí­la­go de un co­ne­jo, a las cé­lu­las ma­dre del lí­qui­do am­nió­ti­co hu­mano fil­tra­do. La cla­ve del éxi­to de la má­qui­na, sin em­bar­go, es que com­bi­na esas cé­lu­las con otro ma­te­rial, un plás­ti­co bio­de­gra­da­ble lla­ma­do po­li­ca­pro­lac­to­na. Co­mo un an­da­mio di­mi­nu­to, este plás­ti­co man­tie­ne el te­ji­do im­pre­so al­re­de­dor de él en bue­nas con­di­cio­nes es­truc­tu­ra­les, co­mo si lo es­tu­vie­ra fa­bri­can­do y co­mo si las cé­lu­las en cre­ci­mien­to se en­rai­za­ran. Más tar­de, se di­suel­ve y se pier­de. Es­ta no es la pri­me­ra bio­im­pre­so­ra 3D, pe­ro los dis­po­si­ti­vos an­te­rio­res han si­do bas­tan­te li­mi­ta­dos, en cuan­to al ta­ma­ño del te­ji­do vi­vo que pue­den crear. Eso es porque la ma­yo­ría de los te­ji­dos vi­vos ne­ce­si­tan una afluen­cia de san­gre y nu­trien­tes pa­ra man­te­ner­se sa­nos. Pe­ro las im­pre­so­ras de te­ji­dos en 3D no son lo su­fi­cien­te­men­te avan­za­das co­mo pa­ra im­pri­mir ca­rac­te­rís­ti­cas com­ple­jas co­mo las ar­te­rias y los va­sos san­guí­neos. De acuer­do con Ata­la12, has­ta hoy, la ma­yor es­truc­tu­ra im­pre­sa que ha po­di­do ser man­te­ni­da

con vi­da sin cé­lu­las de san­gre fue de só­lo 0,007 pul­ga­das de es­pe­sor. Eso es apro­xi­ma­da­men­te el do­ble del ta­ma­ño de un grano de sal. El ITOP, sin em­bar­go, con­si­gue evi­tar es­ta li­mi­ta­ción de ta­ma­ño, me­dian­te la fa­bri­ca­ción de un en­tra­ma­do de va­lles mi­cros­có­pi­cos en el hue­so, múscu­lo o car­tí­la­go que im­pri­me. Con el apo­yo de los an­da­mios de plás­ti­co bio­de­gra­da­ble, es­tos va­lles per­mi­ten que los nu­trien­tes y la san­gre flu­ya, man­te­nien­do los te­ji­dos vi­vos du­ran­te me­ses an­tes de ser im­plan­ta­dos. El equi­po ha de­mos­tra­do que el ITOP pue­de im­pri­mir una im­pre­sio­nan­te se­rie de ma­te­ria­les vi­vos. En sus de­mos­tra­cio­nes, los cien­tí­fi­cos ha­cen a mano los mol­des de las ore­jas de ta­ma­ño in­fan­til, car­tí­la­gos, tro­zos de hue­so de la man­dí­bu­la, frag­men­tos de hue­sos del crá­neo y ti­ras de múscu­lo, to­dos a par­tir de cé­lu­las ma­dre. Se usan car­tu­chos múl­ti­ples37 pa­ra su­mi­nis­trar y mo­de­lar múl­ti­ples hi­dro­ge­les com­pues­tos car­ga­dos de cé­lu­las, usan­do co­mo so­por­te el po­lí­me­ro de po­li ( ca­pro­lac­to­na (PCL)) y un hi­dro­gel de Plu­ro­nic F-127. El ex­tre­mo de cada car­tu­cho es­tá co­nec­ta­do a una bo­qui­lla de mi­cro es­ca­la, y la par­te su­pe­rior es­tá co­nec­ta­da a un con­tro­la­dor de pre­sión de ai­re pa­ra con­tro­lar con precisión el vo­lu­men de dis­pen­sa­ción. Otra uni­dad se en­car­ga de que el PCL per­ma­nez­ca fá­cil­men­te dis­pen­sa­ble. Un sis­te­ma de eta­pas mo­to­ri­za­do de tres ejes per­mi­te el mo­de­la­do 3D de múl­ti­ples cé­lu­las y bio­ma­te­ria­les. El sis­te­ma re­si­de en un re­cin­to hu­mi­di­fi­ca­do y con­tro­la­do por tem­pe­ra­tu­ra (18 ° C). La for­ma co­rrec­ta de una cons­truc­ción de te­ji­do se ob­tie­ne de un cuer­po hu­mano me­dian­te el pro­ce­sa­mien­to de da­tos de to­mo­gra­fía compu­tari­za­da (TC) o de re­so­nan­cia mag­né­ti­ca (MRI) en el soft­wa­re de di­se­ño asis­ti­do por or­de­na­dor (CAD). Se ge­ne­ra un pro­gra­ma de mo­vi­mien­to de bo­qui­lla per­so­na­li­za­do in­cor­po­ran­do el pa­trón de im­pre­sión en com­bi­na­ción con con­di­cio­nes de fa­bri­ca­ción ( por ejem­plo, ve­lo­ci­dad de ba­rri­do, tem­pe­ra­tu­ra, in­for­ma­ción de ma­te­rial y pre­sión de ai­re). El ITOP uti­li­za un pro­gra­ma de mo­vi­mien­to ba­sa­do en tex­to que con­sis­te en una lis­ta de co­man­dos pa­ra los mo­vi­mien­tos de la eta­pa XYZ y pa­ra el ac­cio­na­mien­to de la pre­sión de ai­re (có­di­go fuente su­ple­men­ta­rio). El pro­gra­ma de mo­vi­mien­to se trans­fie­re en­ton­ces al or­de­na­dor prin­ci­pal del sis­te­ma de im­pre­sión 3D que efec­túa el pro­ce­so de bio­fa­bri­ca­ción. El hi­dro­gel com­pues­to pa­ra la de­po­si­ción de cé­lu­las con­sis­tió en ge­la­ti­na, fi­bri­nó­geno, áci­do hia­lu­ró­ni­co (HA) y gli­ce­rol mez­cla­do en DMEM ( glu­co­sa al­ta). Los po­lí­me­ros sin­té­ti­cos con­fie­ren re­sis­ten­cia a la es­truc­tu­ra. La tec­no­lo­gía ITOP es vá­li­da pa­ra ge­ne­rar es­truc­tu­ras ce­lu­la­res 2D y 3D. Usan­do fi­bro­blas­tos 3T3 ( lí­nea ce­lu­lar pre­for­ma­da pre­cur­so­ra de fi­bro­blas­tos) cla­si­fi­ca­dos con dos ti­pos de tin­tes, Dil (ro­jo) y DiO (ver­de), se pro­du­jo la de­po­si­ción de es­tas dos po­bla­cio­nes en una es­truc­tu­ra 2D. Pa­ra la crea­ción de es­truc­tu­ras 3D, los fi­bro­blas­tos 3T3 fue­ron com­bi­na­dos en hi­dro­ge­les con PCL (ti­po de po­liés­ter bio­de­gra­da­ble), con una pos­te­rior im­pre­sión de es­tos en dos es­truc­tu­ras: ti­po I y ti­po II. Es­tas dos es­truc­tu­ras di­fie­ren en la dis­tri­bu­ción de PCL y en su re­sis­ten­cia. El ti­po I, con­tie­ne múl­ti­ples en­tre­la­za­dos de PCL en cada ca­pa, pa­ra la pos­te­rior con­ten­ción de cé­lu­las y ge­les en es­ta es­truc­tu­ra. El ti­po II, con­tie­ne un hi­dro­gel car­ga­do de cé­lu­las y es­truc­tu­ras po­ro­sas, ro­dea­do to­do ello de PCL que pro­te­ge es­ta es­truc­tu­ra prin­ci­pal. Sien­do así que las es­truc­tu­ras ti­po I son mu­cho más es­ta­bles que las de ti-

po II, ha­cien­do re­fe­ren­cia a la can­ti­dad de PCL en cada una de las es­truc­tu­ras. El ti­po I ha si­do usa­do con éxi­to de­mos­tra­do en la fa­bri­ca­ción de hue­so man­di­bu­lar y car­tí­la­go de ore­ja37,38; mien­tras que el ti­po II ha si­do usa­do pa­ra la cons­truc­ción de múscu­lo es­que­lé­ti­co. En el ca­so pre­sen­te y de­bi­do a la re­la­ción di­rec­ta con el te­ma, nos cen­tra­re­mos en la de­mos­tra­ción de la re­cons­truc­ción de hue­so man­di­bu­lar con sus com­po­nen­tes anexos. Es­truc­tu­ras 3D fue­ron crea­das a par­tir del ti­po I y ti­po II, for­man­do en­tre­la­za­dos de hi­dro­gel con cé­lu­las y PCL (~130 μm del ti­po I y ~250 μm del ti­po II). Los mi­cro­ca­na­les (ti­po I: 500 × 300 μm2; ti­po II: 650 × 450 μm2), for­ma­dos por es­truc­tu­ras de PCL, fue­ron di­se­ña­dos pa­ra fa­ci­li­tar y ma­xi­mi­zar la di­fu­sión de oxí­geno y nu­trien­tes. Ade­más, fue aña­di­do hi­dro­gel de Plu­ro­ni­co F-127 pa­ra el so­por­te de la es­truc­tu­ra 3D. Des­pués de el “cross-lin­king” de fi­bri­nó­geno usan­do trom­bi­na, los com­po­nen­tes “un­cross-lin­ked” ( ge­la­ti­na, HA, gli­ce­rol and Plu­ro­nic F-127) fue­ron re­ti­ra­dos. Pa­ra de­ter­mi­nar la via­bi­li­dad ce­lu­lar du­ran­te la im­pre­sión, fue­ron exa­mi­na­dos los fi­bro­blas­tos 3T3 ac­ti­vos, cada 60 mi­nu­tos (en los días: 0, 3 y 6) des­pués de la im­pre­sión. Ana­li­zan­do el nú­me­ro de cé­lu­las vi­vas/muer­tas, se mos­tró que un ≥95% de cé­lu­las te­nía via­bi­li­dad en el día 0 y así du­ran­te 3 y 6 días. La pro­li­fe­ra­ción ce­lu­lar fue tes­ta­da usan­do el en­sa­yo “Ala­ma­rB­lue” ( ba­sa­do en la de­tec­ción de la ac­ti­vi­dad me­ta­bó­li­ca mi­to­con­drial) y se de­mos­tró una pro­li­fe­ra­ción ce­lu­lar ac­ti­va y cre­cien­te du­ran­te 15 días, sien­do si­mi­lar a la pro­li­fe­ra­ción ce­lu­lar de los gru­pos con­trol en­cap­su­la­dos en cons­truc­cio­nes de fi­bri­na. Es­tos re­sul­ta­dos in­di­can que la mez­cla de hi­dro­gel man­tie­ne la via­bi­li­dad ce­lu­lar du­ran­te el pro­ce­so de im­pre­sión y pro­por­cio­na un am­bien­te óp­ti­mo pa­ra la pro­li­fe­ra­ción ce­lu­lar.

Re­cons­truc­ción de hue­so man­di­bu­lar:

Pa­ra de­mos­trar la cons­truc­ción de hue­so hu­mano, se re­pro­du­jo hue­so hu­mano man­di­bu­lar pa­ra la su­plan­ta­ción de hue­so per­di­do. La lí­nea ce­lu­lar usa­da fue la ex­traí­da de lí­qui­do am­nió­ti­co con cé­lu­las ma­dre ( hAFSCs), la cual pro­por­cio­na li­na­jes os­teo­cí­ti­cos. Pa­ra des­cri­bir la for­ma man­di­bu­lar, fue­ron usa­dos da­tos de un es­cá­ner CT (To­mo­gra­fía com- pute­ri­za­da) en com­bi­na­ción con el soft­wa­re Mi­mics, pa­ra pro­du­cir el mo­de­lo CAD. Me­dian­te pro­gra­ma­ción CAD/CAM, fue de­ter­mi­na­da la co­rrec­ta dis­po­si­ción del hi­dro­gel car­ga­do con cé­lu­las, la mez­cla de PCL/ TCP (fos­fa­to tri­cal­ci­co) y Plu­ro­ni­co F127. La mez­cla PCL/ TCP y hAFSCs fue aña­di­da al hi­dro­gel con cé­lu­las y im­pri­mi­da dan­do lu­gar a una es­truc­tu­ra ti­po I con Plu­ro­ni­co F127 co­mo so­por­te tem­po­ral. Al pa­so de 1 día de cul­ti­vo, la via­bi­li­dad ce­lu­lar en las es­truc­tu­ras óseas im­pre­sas fue de 91 ± 2% (n = 3), lo que con­fir­ma que el pro­ce­so de im­pre­sión no afec­tó ne­ga­ti­va­men­te a la via­bi­li­dad ce­lu­lar. Des­pués de la in­duc­ción de la di­fe­ren­cia­ción os­teo-ge­né­ti­ca uti­li­zan­do un pro­to­co­lo es­ta­ble­ci­do du­ran­te 28 d (n = 5), te­ñi­mos las es­truc­tu­ras con Ali­za­rin Red S (Un en­sa­yo co­mún­men­te usa­do pa­ra iden­ti­fi­car os­teo­ci­tos que con­tie­nen cal­cio en un cul­ti­vo di­fe­ren­cia­do de cé­lu­las ma­dre me­sen­qui­ma­to­sas hu­ma­nas y roe­do­ras). La tin­ción en la su­per­fi­cie de las es­truc­tu­ras óseas 3D in­di­có de­po­si­ción de cal­cio en el hi­dro­gel car­ga­do de hAFSC. Las cons­truc­cio­nes 3D an­tes de la di­fe­ren­cia­ción no mos­tra­ron tin­ción con Ali­za­rin Red S.

Ta­bla 1: Nom­bres, abre­via­tu­ras y ca­rac­te­rís­ti­cas in vi­tro e in vi­vo más im­por­tan­tes de las cé­lu­las ma­dre de ori­gen den­ta­rio. De­be­mos te­ner en cuenta que las ca­rac­te­rís­ti­cas in vi­tro va­rían en ma­yor o me­nor me­di­da, de­pen­dien­do del ti­po de cé­lu­la. Los odon­to­blas­tos ge­ne­ra­dos de las DPSC se­rían pre­cur­so­ras de la den­ti­na re­pa­ra­ti­va, mien­tras que los odon­to­blas­tos de las SCAP pa­re­ce ser que son pre­cur­so­res de la den­ti­na ra­di­cu­lar.

Ta­bla 2: Re­la­cio­nes CAD, CAM, CAE.

Fi­gu­ra 1: Dien­te per­ma­nen­te en for­ma­ción, con la pa­pi­la api­cal con­ser­va­da en el ex­tre­mo api­cal de la raíz.

Fi­gu­ra 3: Com­po­nen­tes del ITOP y su uso pa­ra la for­ma­ción de car­tí­la­go de ore­ja.

Fi­gu­ra 2: Com­po­nen­tes del CAD/CAM.

Fi­gu­ra 4: crea­ción de es­truc­tu­ras 2D/3D me­dian­te ITOP.

Fi­gu­ra 5: Fa­bri­ca­ción de un an­da­mio con for­ma anató­mi­ca den­tal.

Fi­gu­ra 6: cre­ci­mien­to ti­su­lar en el an­da­mio.

Fi­gu­ra 7: cre­ci­mien­to ce­lu­lar de la re­ge­ne­ra­ción den­tal.

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