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Las cáscaras de huevo sirven para formar dientes de laboratorio

La mayor parte del diente está conformada por una biocerámica llamada bioapatita, un tipo de fosfato de calcio. Uno de los orígenes de su gran resistencia mecánica –el material más duro del cuerpo– está no solo en su composición química sino en su microarquitectura, organizada a varios niveles, desde el molecular hasta el macroscópico, visible al ojo.

Sin embargo en la actualidad la composición de los materiales que usan los odontólogos para arreglar los dientes –por caries, traumas, estética u otras situaciones– es muy diferente a la química natural, y además carecen de estructura y organización. Por ejemplo se utilizan, entre otros, porcelanas, resinas, zirconias, alúminas, silicatos y metales que no existen ni en mínimas cantidades en el cuerpo humano, y que además se ha demostrado que pueden llegar a ser tóxicas para las células.

La estudiante Adriana Carolina Torres Mansilla, de la Maestría en Odontología de la UN Sede Bogotá, menciona que “el material natural del diente no es tóxico y por lo tanto es importante reemplazarlo por uno tan parecido como sea posible”. Además señala que el esmalte dental se remineraliza de forma permanente y se rediseña por acción de la saliva, lo que no sucede con los compuestos que se usan hoy.

El material natural del diente no es tóxico y por lo tanto es importante reemplazarlo por uno tan parecido como sea posible

Precisamente, en Colombia, uno de los avances más recientes lo ha realizado la magíster Torres Mansilla, del Grupo de Aplicación de Materiales a la Odontología (Gramo), de la Universidad Nacional de Colombia (UN) quien ha desarrollado un proceso mediante el cual se forma un material muy similar al de la estructura y composición química del diente humano.

Lo anterior ha sido posible gracias a la utilización de un producto que suele terminar en la basura: la cáscara de huevo. Estasirve para mucho más que para curar puentes quebrados, como dice la ronda infantil. Por ejemplo, investigadores chilenos encontraron en ella propiedades para mejorar la resistencia del plástico; en Argentina la usaron para crear una pintura industrial; y en Venezuela la convirtieron en sustrato para adsorber o remover metales pesados de ríos y quebradas.

Biomimética al servicio de la odontología

El profesor Édgar Delgado, director del Gramo relata que aunque hace más de una década producen diferentes clases de fosfatos de calcio con muchas aplicaciones odontológicas como la adhesión, el blanqueamiento y la remineralización, entre otras, hacía falta construir una estructura parecida a la de los tejidos duros del diente, una labor complicada por su tamaño, que es de unos pocos micrómetros (diez mil veces más pequeña que un centímetro).

Con base en los principios de la biomimética –imitar la naturaleza utilizando sus propios recursos–, el Grupo estudió varios organismos en su labor de formar tejidos mineralizados. En muchos de ellos la naturaleza utiliza membranas para orientar y dirigir el crecimiento de los minerales.

Al respecto el investigador menciona que “para el caso del mineral del diente, la membrana natural se elimina al final del desarrollo de este, por lo que no es posible aislarla, pero una membrana que hace algo parecido es la de la cáscara de huevo, razón por la que la utilizamos”.

Aunque a simple vista la cáscara pareciera tener una sola membrana traslúcida, en realidad son tres:

  • Testácea interna,
  • Limitante
  • Externa

La membrana externa hace posible el crecimiento de columnas microscópicas de carbonato de calcio que constituyen la cáscara de huevo.

En ese sentido, menciona que la parte más externa del diente humano también está constituida por columnas que forman hexágonos alineados, llamados varillas o prismas del esmalte. “Las columnas de la cáscara de huevo son de carbonatos mientras que las del diente son de fosfatos. Por eso el primer reto fue demostrar que sí se podía reemplazar carbonato por fosfato, con el riesgo de experimentar sin resultados positivos”.

No cualquier membrana sirve para este propósito; la del huevo consta de fibras que contienen “mamilas”, esferas superficiales muy pequeñas. “Estas tienen un material orgánico, o proteoglicano, rico en proteínas y azúcares, llamado mamilán, que a su vez tiene grupos eléctricos negativos responsables de atraer iones positivos como el calcio, con la increíble capacidad de formar la microestructura calcárea, que es la cáscara de huevo”, precisa el profesor Delgado Mejía.

Todo aquello sucede en el oviducto del ave (tubo que recoge los óvulos procedentes del ovario y que comunica con el útero), ya que cuando el huevo se está formando recorre una zona con fluidos biológicos con alta concentración de minerales que activa un proceso de mineralización de la membrana, de tal manera que sobre las mamilas se forman columnas microscópicas de mineral que endurecen la cáscara. Es decir, “tratamos de reproducir in vitro las condiciones del oviducto cambiando el tipo de iones y evitando el uso de cualquier tipo de células”, afirman los investigadores del Gramo.

La clave está en los detalles 

Después de seis meses de intensa planificación del trabajo, y de continuas revisiones de la literatura científica, se programó una estrategia en la que cada día se ensayaron modificaciones calculadas para descubrir los secretos animales de la mineralización. Así, se probó cambiando el tipo de iones, la acidez del medio, la temperatura, el tiempo, la concentración hasta la tensión superficial (detergentes), la agitación y la posición de las membranas, entre otros.

El primer logro fue optimizar el proceso de separación de las membranas en diferentes condiciones para obtener mamilas activas; luego se diseñó un tipo de montaje experimental que evitara resultados engañosos, y el siguiente paso fue aplicar la biomimética, lo que resultó en un fluido de composición parecido a la saliva, que también se utilizó en los rangos seleccionados para las temperaturas, los tiempos, la humectación y otros.

A través de un método de gran fiabilidad, conocido como difracción de rayos x, se confirmó que el mineral obtenido era hidroxiapatita dental, es decir el material del que está hecho el diente.

El día más feliz fue cuando por fin las flexibles membranas se endurecieron y por microscopía electrónica se encontraron depósitos de fosfatos cálcicos notorios y estructurados con tratamientos a 37 °C.

A los investigadores les sorprendió que a 40 °C también se formaron fosfatos de calcio pero más abundantes y más estructurados que los de 37 °C. “Esto porque 40 °C es la temperatura corporal de la gallina, lo que indica que la membrana adherida a la cáscara del huevo está específicamente diseñada por la naturaleza para trabajar en forma óptima en un juego de condiciones físicas determinado”, explican.

Además, a través de un método de gran fiabilidad, conocido como difracción de rayos x, confirmaron que el mineral obtenido era hidroxiapatita dental, es decir el material del que está hecho el diente.

Por ahora se espera que a partir del proceso desarrollado en la un sea posible ofrecer tratamientos dentales que utilicen materiales biocompatibles. Con emoción, los investigadores del Gramo afirman que sería un sueño poder reparar una lesión del esmalte en pocas horas y dejar el diente como estaba antes del daño.

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