El esmalte dental bovino como modelo experimental para la investigación en odontología. Una revisión de la literatura

Bovine dental enamel as experimental model for research in dentistry. A literature review

HISTOLOGÍA  |  REVISIÓN NARRATIVA  |    OPEN ACCESS  |    PEER-REVIEWED

El esmalte dental bovino como modelo experimental para la investigación en odontología. Una revisión de la literatura

Bovine dental enamel as experimental model for research in dentistry. A literature review

Autor/es: Edgardo Daniel Acevedo, Alina Noelia Peláez, Juan José Christiani

Vol: 109  |  Nº 2  |  Ago 2021  |  Páginas: 137-143

Presentado: 17/08/2020  |  Aceptado: 14/01/2021  |  Publicado: 20/08/2021

DOI: https://doi.org/10.52979/raoa.1121    copiar


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REVISIÓN NARRATIVA - HISTOLOGÍA

 

El esmalte dental bovino como modelo experimental para la investigación en odontología. Una revisión de la literatura

 

Bovine dental enamel as experimental model for research in dentistry. A literature review

 

Presentado: 17 de agosto de 2020
Aceptado: 14 de enero de 2021


Edgardo Daniel Acevedo(a) , Alina Noelia Peláez(b) , Juan José Christiani(c) 

a) Oficina de Fundamentos de la Ortodoncia, edificio Sector Clínicas;
b) Oficina de Metodología de la Investigación, edificio Adolfo Domingo Torres;
c) Oficina de Preclínica de Prótesis, edificio Adolfo Domingo Torres;
Facultad de Odontología, Universidad Nacional del Nordeste, Corrientes, Argentina


Resumen
El propósito de esta revisión bibliográfica es aportar información actualizada acerca de las características de los dientes bovinos en relación con su uso como sustitutos de dientes humanos en trabajos de investigación. De acuerdo con la información registrada, los dientes bovinos serían excelentes sustitutos de la dentición humana para la realización de ensayos de laboratorio con el esmalte dental como modelo experimental. 

Palabras clave: Diente, esmalte bovino, esmalte dental.



Abstract
The purpose of this bibliographic review is to provide updated information about the characteristics of bovine teeth to be used as substitutes for human teeth in dental research. According to the information recorded, bovine teeth appear to be excellent substitutes for human dentition for conducting laboratory tests, using dental enamel as an experimental model.

Key words: Bovine, dental enamel, tooth.




Introducción

En el ser humano, el esmalte dental cubre a manera de casquete la dentina en su porción coronaria, ofreciendo protección a la dentina y la pulpa subyacentes.

El esmalte es el tejido más duro del organismo debido a que, estructuralmente, está constituido por millones de prismas muy mineralizados que lo recorren en todo su espesor, desde el límite amelodentinario hasta la superficie externa, que se encuentra en contacto con el medio oral. Su dureza se debe a que no contiene colágeno, posee un 95% de matriz inorgánica y un 0,36-2% de matriz orgánica, la cual es de naturaleza proteica con agregados de polisacáridos. (1) El componente inorgánico está representado por cristales de hidroxiapatita (HPA), que contienen fosfato de calcio y grupos hidroxilo (Ca10 [PO4] 6[OH]2). También pueden presentar sustituciones de iones como magnesio, sodio, cloro, potasio, carbonato, flúor y otros que no se encuentran en la HPA ideal.(2) Si bien el tejido adamantino se asemeja a otros tejidos mineralizados como el hueso, la dentina y el cemento, existen ciertas características que lo hacen único. Los cristales de HPA se hallan densamente empaquetados y son de mayor tamaño que los de otros tejidos mineralizados.(3)

La unidad estructural del esmalte es el prisma, constituido por cristales de HPA. El estudio microscópico de estas unidades del esmalte suele ser difícil debido a la interferencia óptica que produce su composición totalmente cristalina y también por la diferente orientación de los cristales en el seno de los prismas. Este conjunto de unidad estructural forma el esmalte prismático, que constituye la mayor parte de la matriz extracelular mineralizada. Las unidades estructurales secundarias del esmalte son aquellas variaciones que se originan a partir de las unidades estructurales primarias como resultado de diferentes factores, tales como diversos grados de mineralización, cambios en el recorrido de los prismas, interacción entre el esmalte y la dentina o el contacto de la superficie con el medioambiente.(4)

Cuando se seccionan perpendicularmente a su eje longitudinal, los cristales se presentan como hexágonos alargados; en cambio, cuando la sección es paralela al eje longitudinal, su forma es rectangular. Los cristales de apatita están constituidos por la agregación de células o celdas unitarias, que son las unidades básicas de asociación iónica de las sales minerales en el seno del cristal.(5) El agua es el tercer componente químico en el esmalte. Se localiza en la periferia del cristal y constituye la denominada capa de agua absorbida o de hidratación. Por debajo y hacia el interior del cristal, se ubica la capa de iones y compuestos absorbidos. El porcentaje de agua en el esmalte disminuye progresivamente con la edad de la pieza dentaria.(6)

Por naturaleza, el esmalte dental del ser humano comienza su proceso de amelogénesis desde la sexta semana de vida intrauterina. Este proceso consiste en la conformación de una matriz orgánica sobre la cual luego se produce la precipitación de sales minerales.

Clásicamente, el fenómeno de embriogénesis dental se describe de acuerdo a un esquema de cuatro etapas sucesivas: yema o brote, casquete, campana y folículo dentario. Tras la diferenciación de las yemas epiteliales (las cuales se forman por la profundización y la proliferación del epitelio de la lámina dental en el mesénquima subyacente y en el lugar que ocuparán los futuros órganos dentales),(7) se constituyen los órganos en casquete y campana, y finalmente ocurre la morfogénesis de los folículos, en el seno de los cuales se elaboran los tejidos dentarios. Es importante destacar que cuando la diferenciación de los tejidos del germen alcanza su nivel máximo, se inicia la formación de los tejidos mineralizados. Inicialmente, lo hace en las zonas de cúspides y bordes incisales. Antes de la mineralización y luego de la formación de las primeras capas de dentina, los ameloblastos y las células del estrato intermedio elaboran la matriz orgánica del esmalte, secretando los cristales de HPA.(8) En este momento del desarrollo intervienen tres proteínas esenciales: la amelogenina (90%), que regula el inicio y el crecimiento de los cristales; la enamelina (5%), que participa en la enucleación y la extensión del cristal del esmalte; y la ameloblastina (5%), que regula la diferenciación de los ameloblastos. Estos últimos son las células secretoras del tejido adamantino, que luego de completar la formación del esmalte desaparecen durante la erupción dentaria mediante un mecanismo de apoptosis. Por esa razón, el esmalte maduro es una sustancia extracelular altamente mineralizada, acelular, sin vasos ni inervación.(9)

La dureza del esmalte está dada por la apatita, quinto mineral en la escala de Mohs(10) (de 1 a 10), lo que le confiere una gran resistencia superficial a ser rayado y a sufrir deformaciones bajo presiones externas. Por otra parte, su elasticidad es escasa y depende de la cantidad de agua y de sustancia orgánica que posee. Se trata de un tejido frágil con tendencia a las macro y microfracturas cuando carece de apoyo dentinario elástico.

El esmalte es translúcido, de modo que su color depende de las estructuras subyacentes (en especial, de la dentina) y va de blanco amarillento a blanco grisáceo. Su transparencia puede atribuirse a variaciones en los grados de calcificación y homogeneidad; a mayor mineralización, mayor translucidez. Esta transparencia es muy importante durante el examen clínico, ya que permite estudiar las áreas desmineralizadas por caries mediante fibra óptica. El esmalte difunde la luz blanca según el grado de mineralización.(11) La permeabilidad es extremadamente escasa, pero el esmalte puede actuar como una membrana semipermeable, permitiendo la difusión de agua y de algunos iones presentes en el medio oral. Finalmente, el esmalte es muy radiopaco a causa de su alto grado de mineralización.(12)

El uso experimental de dientes extraídos de humanos o animales requiere de la aprobación de protocolos por parte de un comité de ética, generalmente perteneciente a la institución en la que se realiza el ensayo. A causa de la dificultad para obtener un número suficiente de piezas dentarias humanas para la experimentación, se ha propuesto la utilización de dientes de otras especies como sustratos alternativos de la dentición humana. En ese sentido, se han utilizado dientes de bovinos, porcinos, primates, ovinos o equinos.(13) Sea cual fuera el origen, el criterio principal para la selección y el uso de dientes de animales es que sus características estructurales, fisicoquímicas y biológicas sean similares a las de los dientes de humanos.(14) Las investigaciones anatómicas e histoquímicas realizadas hasta el momento revelan que todos los dientes de mamíferos son esencialmente similares. Como sustituto de los dientes humanos, los incisivos permanentes bovinos se han empleado en pruebas de adhesión, de microfiltración, en estudios de oligoelementos y en procedimientos dirigidos a identificar sus características morfológicas.(15) A pesar de que aún existe cierta discrepancia acerca de la confiabilidad de los datos obtenidos mediante el uso de dientes de animales y de la posible extrapolación de los resultados, los comités de bioética estimulan cada vez más el empleo de dientes de animales.

El objetivo de la presente revisión es aportar información actualizada acerca de las características y las ventajas del uso de dientes bovinos en la experimentación de laboratorio.


Desarrollo

Estructura y propiedades del esmalte bovino Ortiz Ruiz et al.(16) evaluaron las diferencias entre las nanopartículas cristalinas del esmalte y de la dentina de dientes humanos, bovinos, porcinos y ovinos. Para ello, tomaron muestras de ambos tejidos de incisivos y molares de cada especie y las trituraron hasta obtener un conjunto de nanopartículas de aproximadamente 100 μm de espesor. El análisis con difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja transformada de Fourier (FTIR) y calorimetría diferencial de barrido (DSC) reveló que existen diferencias en el contenido orgánico e inorgánico del esmalte, debido a que el contenido de carbono influye en el tamaño de los cristales de HPA, y el tamaño del cristal se encuentra en íntima relación con el comportamiento del tejido. El esmalte humano posee cristales de mayor tamaño (más anchos y de menos altura) en comparación con el de las diferentes especies animales (más delgados y altos), pero el esmalte bovino es el que más se asemeja al del ser humano.

Los autores concluyen que la dureza, el módulo elástico, la tasa de desgaste y la resistencia a la fractura del esmalte humano dependen en gran medida de las características de su microestructura, especialmente la forma, la disposición y la orientación de las varillas adamantinas.

Arango-Santander et al.(15) compararon los valores de microdureza del esmalte humano y bovino y no observaron diferencias estadísticamente significativas entre ellos. El valor promedio de la microdureza del esmalte bovino fue de 3,27±0,2 GPa. Este valor fue ligeramente más bajo que el registrado para el esmalte humano, tanto masculino como femenino (3,53±0,16 GPa y 3,57±0,11 GPa, respectivamente).

Con estos resultados los autores sugieren que, desde un punto de vista estructural y mecánico, el esmalte bovino podría ser una alternativa interesante de modelo experimental para ensayos ex vivo de materiales dentales o estudios de resistencia al cizallamiento, tanto para sustratos de esmalte como de dentina. Sin embargo, también advierten que las pruebas de adhesión y resistencia a la tracción realizadas hasta el momento podrían no ser del todo confiables, ya que los hallazgos se basan en estudios de baja calidad (heterogeneidad considerable), por lo que deberían ser interpretados con cautela.(17) Hua et al.(18) demostraron, mediante pruebas nanomecánicas (NST), que la deshidratación del esmalte se asocia frecuentemente con el aumento de sus propiedades mecánicas. Estos autores indicaron que, luego de la deshidratación del esmalte, el coeficiente de fricción disminuye al aumentar la dureza, lo que implicaría que el esmalte deshidratado posee mejores propiedades mecánicas que el esmalte hidratado.


Ensayos de erosión y abrasión

Cuando las muestras de esmalte se preparan para estudios de erosión y abrasión, es posible presumir que tendrán características de superficie similares.

Field et al.(19) intentaron probar la hipótesis nula de que no hay diferencias significativas entre las características de superficie de referencia correspondientes a muestras de esmalte humano, bovino y ovino preparadas con el mismo método. Concluyeron que, al inicio del ensayo, la rugosidad y la microdureza de los esmaltes humano, bovino y ovino fueron significativamente diferentes; el esmalte ovino era el más áspero, mientras que el bovino era más liso y duro.

En consecuencia, rechazaron la hipótesis nula, reconociendo que las mismas técnicas de preparación no dan lugar necesariamente a rugosidades basales consistentes o características de superficie en los distintos tipos de tejidos. Los autores concluyeron que, para los estudios de superficie, las muestras deben ser pulidas de forma estandarizada, a fin de garantizar que los datos de referencia sean comparables.

Tanto en el esmalte bovino como en el humano, el agrietamiento ocurre fácilmente en una microestructura menos compactada y está influido por la orientación de las nanofibras de los cristales de HPA. La ruta preferida para la propagación de las grietas es a lo largo de la interfaz entre las varillas y el esmalte intervarillas. Los estudios acerca de la correlación entre el hábito de alimentación de mamíferos y la microestructura y el rendimiento mecánico del esmalte son escasos.(3) En los mamíferos, los hábitos de alimentaocasionan diferentes condiciones masticatorias. En los animales herbívoros, los dientes se usan para fragmentar diariamente plantas duras y fibrosas durante largos tiempos de masticación, mientras que en los carnívoros los dientes perforan el alimento, lo dividen en trozos, y roen huesos duros con una gran fuerza de mordida.(20) Por lo tanto, el esmalte dental de mamíferos está dotado de varias propiedades mecánicas que le permiten lograr una masticación funcional.

Se ha informado que el módulo de Young y la dureza del esmalte ovino son más bajos que en el esmalte humano, mientras que el esmalte de la nutria marina es mucho más resistente que el de los humanos. (21) Parecería, entonces, que existe una correlación entre el hábito de alimentación de los mamíferos y la microestructura y el rendimiento mecánico del esmalte. Por lo tanto, el análisis de estos fenómenos contribuye a una mejor comprensión del mecanismo de desgaste del esmalte dental.

Los mamíferos carnívoros y herbívoros tienen hábitos de alimentación totalmente diferentes. Xiao et al.(22) analizaron comparativamente la microestructura, las propiedades mecánicas y el comportamiento tribológico (fricción y roce) del esmalte canino y bovino. Su objetivo fue revelar la autoadaptación de las propiedades tribológicas del esmalte en ambas especies, con sus funciones fisiológicas. Los autores comprobaron que el esmalte suave que se encuentra entre varillas en el perro contribuye a una alta tolerancia de carga y protege la superficie del daño frágil, mientras que la disposición escalonada de las nanofibras de HPA beneficia al esmalte bovino duro en la resistencia a la propagación de grietas y, al mismo tiempo, aumenta la resistencia al desgaste y la fatiga. Los resultados indicaron que existe una autoadaptación de la microestructura del esmalte y el rendimiento tribológico de los mamíferos en relación con sus hábitos alimenticios.

Ronay et al.(23) evaluaron la eficacia de los cristales de HPA utilizados como sustituto del esmalte humano (H) y el bovino (B) en experimentos de erosión y medición del contenido cálcico mediante pruebas de ensayo colorimétrico. Observaron que, a un pH de 2 y 3, la HPA reveló una diferencia estadísticamente significativa con respecto a H y B. Asimismo, demostró una tendencia constante a tasas de disolución más bajas, con una desviación máxima de -16% a un pH de 3 respecto del esmalte humano. Y también una variabilidad de muestra más baja, con un coeficiente de variación promedio de 17% en comparación con el 25% correspondiente a H y B. Estos resultados sugieren que la sustitución completa del esmalte biológico por HPA en experimentos de erosión que se centran en valores de medición absolutos no sería recomendable, pero sí puede resultar útil para establecer tendencias relativas entre los agentes erosivos.

En función de estos resultados, los autores sugieren que el esmalte bovino se comportaría como un sustituto adecuado del esmalte dental. Por su parte, Sakae et al.(24) evaluaron ex vivo el grado de erosión en el esmalte bovino luego de aplicar enjuagues dentales que contienen fluoruro (F) y cloruro estañoso (SnCl2), y concluyeron que el aumento de la viscosidad de las soluciones de enjuague bucal redujeron la pérdida de esmalte por erosión; sin embargo, este efecto fue escaso y se observó únicamente cuando las soluciones fueron aplicadas una vez al día.

Con el objeto de comparar la cinética del inicio y la progresión de la lesión de caries en el esmalte humano y bovino, Lippert et al.(25) utilizaron 90 piezas dentarias humanas y 90 bovinas para medir el grado de desmineralización del esmalte por medio de una solución de ácido láctico parcialmente saturado. Las lesiones de caries en el esmalte de dientes bovinos se formaron más rápido que en el humano. Sin embargo, en cuanto a sus características de distribución mineral, las diferencias fueron insignificantes en ambos casos.

Fernández Teruel et al.(4) afirmaron que, en estudios en los que resulte más relevante el comportamiento térmico en atmósfera inerte, el diente porcino sería el adecuado para sustituir al humano. Sin embargo destacan que, entre las especies estudiadas, el esmalte y la dentina de bovinos son los más parecidos a los de humanos.


Adhesión en el esmalte bovino

Los dientes bovinos también son útiles para realizar ensayos de materiales. En 2015, Ionta et al.(26) evaluaron la aplicación de materiales a base de resina como alternativa de tratamiento para lesiones erosivas en esmalte. Prepararon muestras de esmalte bovino de 4 × 4 mm, las que fueron previamente sumergidas en ácido clorhídrico (HCl) 0,01 M con un pH de 2,3 durante 30 segundos para producir lesiones de erosión iniciales. Posteriormente, dividieron la muestra en cinco grupos, de acuerdo a las marcas comerciales de los productos que evaluaron: Adhe- SE® (Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein), Tetric N-Bond® (Ivoclar Vivadent), Single Bond 2® (3M, Saint Paul, MN, Estados Unidos), Helioseal Clear® (Ivoclar Vivadent), Icon® (DMG, Hamburgo, Alemania), y según el tipo de tratamiento que recibió el esmalte (con y sin grabado). La penetración de los materiales en el esmalte fue evaluada mediante microscopía de escaneo confocal láser en los modos de reflexión y fluorescencia. La profundidad de penetración (PD) se midió utilizando el programa ImageJ. Los resultados demostraron que, independientemente del material empleado, la superficie del esmalte grabado tiene una PD significativamente superior a la no grabada. Icon® (DMG) mostró la PD más alta, seguido por Helioseal Clear® (Ivoclar Vivadent), con una diferencia significativa entre ellos. Por el contrario, no se observaron diferencias significativas entre AdheSE® (Ivoclar Vivadent), Tetric N-Bond® (Ivoclar Vivadent) y Single Bond 2® (3M). Los autores concluyeron que el grabado previo del esmalte aumentó la penetración de los materiales en la superficie erosionada y que Icon® (DMG) presentó mayor penetración. Ayar et al.(27) utilizaron dientes bovinos para evaluar la influencia del almacenamiento en agua durante 12 meses en la resistencia adhesiva de la unión de la resina con el esmalte previamente irradiado con láser de erbio cromo (Er,Cr:YSGG). Se utilizaron para eso 35 dientes bovinos que se incluyeron en bloques de acrílico.

Los bloques fueron asignados aleatoriamente a siete grupos de cinco (n=5) bloques cada uno y de acuerdo al tratamiento realizado sobre la superficie con láser Er,Cr:YSGG aplicando diferentes valores de energía (6 W y 20 Hz; 6 W y 35 Hz; 6 W y 50 Hz; 3 W y 20 Hz; 3 W y 35 Hz; 3 W y 50 Hz) o sin tratamiento, y un grupo control en el que se realizó un tratamiento convencional. Posteriormente, se aplicó el adhesivo Adper Single Bond® (3M) y las diferentes resinas al esmalte acondicionado, las que fueron preparadas y fotopolimerizadas en forma de barras de esmalte y resina. Luego, las barras fueron almacenadas en agua y sometidas a pruebas de resistencia adhesiva (μTBS) a las 24 horas y a los 12 meses. Los resultados demostraron que la fuerza de unión inicial en el esmalte irradiado puede ser influida por la potencia y la configuración de la frecuencia del pulso. Sin embargo, la unión de la resina al esmalte irradiado fue estable durante los 12 meses de almacenamiento en agua, independientemente de las diferentes potencias de irradiación láser aplicadas.

Con respecto a la edad de la pieza dentaria, es necesario considerar que si se utilizan dientes humanos jóvenes y dientes que han sufrido un proceso de envejecimiento los resultados pueden ser diferentes.

En cambio, esto no ocurre con los dientes bovinos, tal como ha sido demostrado en 2019 por Limeira et al.(28) Estos autores, al evaluar el efecto de la edad de la dentina radicular humana y bovina sobre la resistencia al desplazamiento de postes de fibra de vidrio fijados con cementos de resina, observaron que la fuerza de unión en la dentina bovina no era afectada por el envejecimiento dentario. Por el contrario, en dientes humanos, la resistencia del cemento al desplazamiento del poste era mayor en dientes jóvenes.

Los dientes bovinos también han sido utilizados como modelo en pruebas de blanqueamiento. En este aspecto, Santos et al.(29) evaluaron la influencia de diferentes protocolos de blanqueamiento en la fuerza de unión al esmalte, utilizando 40 incisivos bovinos sanos. Concluyeron que, en caso de requerir un procedimiento adhesivo después de un blanqueamiento ambulatorio prolongado, el procedimiento debería retrasarse como mínimo 7 días, a fin de permitir la recuperación de las condiciones de sustrato necesarias en el esmalte para recibir un material adhesivo.

Pelá et al.(30) compararon el perfil proteómico de la película (AEP) formada in situ sobre el esmalte humano y el bovino con un nuevo dispositivo intraoral denominado “modelo de película in situ Bauru” (BISPM). Los autores observaron que el nuevo dispositivo es eficaz y que las proteínas que se encuentran típicamente en la película adquirida del esmalte aparecían tanto en el esmalte humano como en el bovino.

Esto sugiere que el esmalte bovino es adecuado como sustrato en los ensayos que registren el nivel proteico del esmalte.


Conclusiones

La utilización de dientes humanos en estudios realizados ex vivo tiene varias limitaciones, tales como la dificultad para obtener un número adecuado de especímenes que presenten las condiciones necesarias para los ensayos (ausencia de caries extensas, defectos y/o alteraciones producidas como consecuencia de procedimientos ortodóncicos), especialmente las técnicas que abogan por un tratamiento sin extracciones.

Los trabajos consultados demuestran que los dientes bovinos son excelentes sustitutos de la dentición humana y constituyen un modelo experimental adecuado para la investigación de laboratorio, sobre todo para las pruebas realizadas sobre esmalte. En ese sentido, las investigaciones realizadas avalan el uso del esmalte bovino para evaluar propiedades mecánicas, químicas y biológicas, analizar alteraciones de color, cambios ocurridos en la microestructura y en los valores de la microdureza, pruebas de resistencia al cizallamiento, en casos de desgaste de material adhesivo residual al retirar brackets e incluso para evaluar el comportamiento de un material adhesivo.

Los dientes bovinos se obtienen generalmente en los establecimientos de faena y distribución de productos animales para la alimentación, razón por la que deben ser sometidos a protocolos de limpieza y desinfección antes de su empleo con fines científicos.

La similitud de sustrato del diente bovino con respecto al humano permite concluir que el esmalte bovino (junto con la dentina) constituye un modelo adecuado para la investigación en odontología. Sin embargo, es necesario recalcar que los resultados de los procedimientos realizados ex vivo en el laboratorio no pueden ser extrapolados directamente al comportamiento del diente humano en las condiciones clínicas de rutina, razón por la que deberían interpretarse con cautela.
 

Declaración de conflicto de intereses: Los autores declaran no tener conflicto de intereses en relación con este artículo científico.
Fuentes de financiamiento: Este artículo científico fue financiado exclusivamente por los autores.


Contacto:
Edgardo Daniel Acevedo
daniel-acevedo@live.com
Oficina Fundamentos de la Ortodoncia,
edificio Sector Clínicas
Facultad de Odontología,
Universidad Nacional del Nordeste
Avenida Libertad 5450 (W3400AAS)
Corrientes, Argentina

Referencias
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Acevedo E, Peláez A, Christiani J. El esmalte dental bovino como modelo experimental para la investigación en odontología. Una revisión de la literatura. Rev Asoc Odontol Argent. 2021 Ago 20;109(2):137-143. https://doi.org/10.52979/raoa.1121
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