Comparativa histológica de uso de la membrana de colágeno porcino reabsorbible en forma pura y en conjunto con la hormona melatonina en fin de potenciar la diferenciación y la proliferación de los osteoblastos. Estudio experimental en conejos de nueva zelanda

Resumen

El desarrollo de la implantología dental está condicionado por la creciente demanda de rehabilitación quirúrgica oral con implantes. En la actualidad la implantología ocupa un lugar importante entre las distintas especialidades odontológicas. El avance de la implantología oral se basa en la necesidad de encontrar soluciones a las nuevas situaciones que se encuentran en la práctica diaria. Los implantes endoóseos dentales proporcionan estabilidad y anclaje a las prótesis dentarias, ya sean unitarias, parciales o completas, además de fijación y estabilidad al hueso, manteniéndolas completamente fijas ante los movimientos de la masticación. Las prótesis implantosoportadas cumplen la misión de recobrar la función masticatoria, fonatoria y estética del paciente, así como la función social y psicológica. Cada día son más los casos de una rehabilitación oral con implantes dentales para satisfacer las necesidades tanto estéticas como funcionales. Desde que aparecieron los primeros implantes dentales, éstos han sufrido numerosas modificaciones tanto de diseño macroscópico, como de los tratamientos de la superficie, con la finalidad de mejorar la osteointegración de una manera importante, haciendo del implante un tratamiento protésico fiable y duradero. El éxito de esta rehabilitación consiste en la creación de un volumen suficiente de tejido óseo suficiente para cumplir con las funciones de soporte y base de una prótesis adecuada. Existen factores que condicionan el tratamiento y en los que se puede influir con cirugía pre-implantaria, injertos y/o regeneración, para conseguir un tratamiento rehabilitador con implantes de manera más adecuada. El desarrollo futuro de la implantología prevé estudios e investigaciones que le abran al odontólogo especialista, la posibilidad de mejorar los procesos de osteointegración en el hueso alveolar, así como resolver los problemas de estabilidad prolongada y de recuperación del tejido óseo. Estos objetivos se pueden conseguir actuando sobre el metabolismo óseo de forma directa, como ocurre con la melatonina. El uso de melatonina como un agente estimulante de la osteoinducción se puede considerar un avance importante en la implantología. La introducción en la práctica clínica de nuevos materiales de diferente naturaleza, que sean capaces de sustituir defectos óseos, se basa en la comprensión de los mecanismos básicos de regeneración y remodelación ósea. Actualmente existe gran cantidad de materiales, que usamos para alcanzar la rehabilitación de los tejidos duros maxilares. El problema consiste no solo en la búsqueda de un relleno biocompatible que proporcione una regeneración del defecto, sino también descubrir los mecanismos que potencian el proceso de regeneración ósea. Un material sustitutivo óseo debería poseer un funcionamiento "bimodal", porque debe actuar como matriz (osteoconductor) para el crecimiento óseo y por otro lado ser osteoinductor. Esto permitiría al osteoblasto, en las fases iníciales de la diferenciación, construir puentes entre varios tamaños de granos y entrelazarse con otros osteoblastos. Así, el material sustituto óseo soportaría tanto la proliferación como la diferenciación celular. La estimulación intrínseca de la formación de hueso nuevo estaría apoyada por la activación y la adhesión de células madre mesenquimales a superficies con características topográficas nanométricas (Zyman y cols, 2008). El sustituto óseo ideal debería reunir los tres elementos básicos de la regeneración ósea: una matriz osteoconductiva, factores osteoinductivos, estimuladores óseos y células osteogénicas (Gómez Barrera y cols, 2000). El objetivo principal de la regeneración ósea guiada es la de facilitar la inducción del fenómeno biológico de la osteogénesis. No se trata exactamente de que el material óseo sea incorporado a la zona del defecto, sino de promover la neoformación ósea. Melatonina La melatonina es la N-acetil-5-metoxitriptamina, una hormona sintetizada y secretada por la glándula pineal, descrita inicialmente por McCord y Allen (1917) y aislada por primera vez por Lerner y cols. (1958). Inicialmente, la melatonina se definió como la hormona que mediaba las variaciones anuales en la capacidad reproductora de animales con ciclos de reproducción estacionales. Actualmente, se sabe que influye en numerosos aspectos de la biología circadiana, acciones mediadas por la unión de la hormona a receptores de membrana (Vanecek, 1988; Cajochen y cols, 2003) Un reloj circadiano biológico de 24 horas regula los patrones de sueño e ingesta y se relaciona con el ciclo luz-oscuridad y sueño-vigilia (Abraham y cols, 1996). El desfase horario, un trastorno asociado a fatiga, insomnio y desorientación, que se produce tras largos viajes en avión, se debe a una interrupción de los ritmos circadianos (Mathews y cols, 2003). Estudios recientes observan que la melatonina tiene, además de función hipnoinductora la de disminuir la oxidación; por esto, los déficits de melatonina, además de ir acompañados de los siguientes efectos psíquicos: de insomnio y depresión, pueden originar una paulatina aceleración del envejecimiento (Acuña-Castroviejo y cols, 1993; Hirose y cols, 1994). La acción antioxidante de la melatonina está relacionada con su potencial capacidad para el secuestro de radicales libres e impedir así sus efectos citotóxicos. Por otra parte, su posible efecto antineoplásico, estaría relacionado con su capacidad para retrasar el crecimiento de las células tumorales, hecho que se ha observado en ensayos in vitro (células de cáncer de mama estrógeno-dependientes) así como en animales de experimentación (Tresguerres, 1995). La melatonina influye sobre el sistema inmunológico, SIDA, cáncer, envejecimiento, enfermedades cardiovasculares, cambios de ritmo diarios, sueño, afecciones psiquiátricas (Acuña-Castroviejo y cols, 1993; Hirose y cols, 1994). En general, la melatonina aparece en la cavidad oral a través de las glándulas salivales, donde se filtra desde la circulación general (Konturec y cols, 2007). En un estudio en ratas y humanos, se evaluó la expresión de melatonina en las glándulas submandibulares, observándose en las células epiteliales de los conductos estriados de estas glándulas salivales. El estudio sugería que la melatonina podría ser producida y secretada por las glándulas salivales directamente en la saliva y que podría jugar algún papel fisiológico en la cavidad oral (Shimozuma y cols, 2011). Objetivos. Los objetivos que nos planteamos en nuestra investigación fueron: 1. Evaluar el efecto de la aplicación tópica de la melatonina en conjunto con membrana de colágeno porcino reabsorbible endoóseo en el proceso de osteointegración del injerto. 2. Evaluar el efecto de la aplicación endoósea de la membrana de colágeno porcino reabsorbible en forma pura en el proceso de osteointegración del injerto. 3. Comparar histológicamente la diferencia en la utilización de la membrana de colágeno porcino reabsorbible en forma pura y en conjunto con la hormona melatonina. Materiales y métodos. El estudio experimental se realizó en el servicio de animales de laboratorio de la Universidad de Murcia. Se utilizaron 35 conejos albinos Nueva Zelanda. Hemos utilizado en nuestro estudio membranas de colágeno, sintetizadas con pericardio porcino (Alveoprotect¿), melatonina de Sigma-Aldrich, Química S.A. (Sigma-Aldrich Logistik, Germany) en forma de polvo a una concentración de 10 miligramos. Se utilizaron las tibias traseras de 40 conejos blancos para el estudio, con un total de treinta tibias implantadas con diferentes biomateriales. Se realizaron tres perforaciones de 5mm de diámetro por 8 mm de longitud en las dos tibias de cada conejo, para un total de 240 perforaciones. De forma aleatoria, se asignó el tratamiento a seguir en cada una: Grupo control: perforaciones sin ningún biomaterial Test A: perforaciones rellenas con la membrana de pericardio porcino (alveoprotect sola) Test B: perforaciones cubiertas con la membrana de pericardio porcino y melatonina (alveoprotect con melatonina) Los sacrificios se hicieron a 15, 30, 45 y 60 dias. Tras la identificación del área de las perforaciones se obtuvieron las muestras mediante osteotomía transversal con mini-sierra circular, a una distancia de 5 mm proximal y distal de la zona del implante y de la zona control. Para realizar el estudio histomorfométrico de los cortes histológicos, realizamos, en primer lugar, la captura de imágenes en un macroscopio Leica Z6 APO, conectado a una cámara Leica DC500, que está a su vez conectada a un pc con el software de captura Leica Application Suite V 2.8.1. Por último, realizamos una medida de campo referencial, es decir, calculamos qué porcentaje de la imagen corresponde al hueso formado en la cavidad medular y zona del defecto respecto al área total de la cavidad medular. Los datos obtenidos del tratamiento de las imágenes fueron recogidos en una hoja de cálculo (Excel, Microsoft) y posteriormente se exportaron a programa de análisis estadístico SPSS15. Resultados. En los resultados obtenidos se reflejan las diferencias histológicas e histomorfométricas en distintas zonas de las perforaciones a distintos tiempos de sacrificio. Discusion. La técnica de Regeneración Ósea Guiada (ROG) se basa en el tratamiento de los defectos óseos mediante la colocación de membranas que actúan como mecanismo de barrera, para favorecer la formación y preservación de un coágulo que ocupe el espacio del defecto a tratar y así, excluir la migración de tejido epitelial o conectivo. De esta forma, se permite la diferenciación del coágulo en tejido óseo, resolviéndose la existencia del defecto original. Dahlin y cols (1988), establecieron cinco condiciones que deben cumplirse para que se forme tejido óseo mediante la ROG (Dahlin y cols, 1998): A. Es necesaria la existencia de células osteogénicas en la vecindad del defecto. B. Adecuada vascularización a partir de los canales de Volkmann y compartimentos medulares. C. El área debe permanecer mecánicamente estable durante la reparación. D. Entre la membrana y el tejido óseo remanente debe crearse y mantenerse un espacio adecuado. E. Las células del tejido conectivo o tejidos blandos deben ser excluidas del espacio creado por la barrera, debiendo ser la estructura del biomaterial empleado, capaz de cumplir este requisito. Con el uso de los biomateriales junto a la utilización de membranas, la restauración de la arquitectura y función del hueso son más predecibles. Estas membranas, realizan una separación física, previniendo la invasión de tejido fibroso durante el período de cicatrización después de la osteotomía. Nuestro estudio reveló que la formación de hueso nuevo de tipo cortical se da tanto en el grupo melatonina más membrana como en grupo membrana, pero con diferencias en la disposición, en la organización celular y en la matriz osteoide. En la actualidad, los problemas de regeneración ósea ocupan un lugar importante en la práctica clínica. El objetivo de una atención implantológica avanzada sería una osteointegración rápida y cualitativa que nos permita la carga del implante en el menor tiempo posible. El desarrollo de los materiales es importante para mejorar el proceso de la regeneración ósea. Esto ha dado lugar en los últimos años, a un gran número de investigaciones in vivo e in vitro, con el fin de determinar si un material nuevo se ajusta a los requisitos de seguridad, estabilidad mecánica y biocompatibilidad. Los resultados de los estudios in vitro pueden ser difíciles de extrapolar a la situación en vivo. Por esta razón, el uso de modelos animales, a menudo, es un paso esencial en la prueba de biomateriales dentales antes de su uso clínico en los seres humanos. Para nuestro estudio, elegimos el conejo albino de Nueva Zelanda como modelo, teniendo en cuenta su biología, que permite realizar procesos inducidos de ROG, en los que se observan respuestas tisulares semejantes a las que ocurren en humanos. El biomaterial "ideal" debería ser el resultado de la combinación de matrices osteoconductoras, células osteogénicas y/o materiales o agentes osteoinductivos, con el fin de proporcionar los tres elementos fundamentales para la regeneración ósea: una matriz osteoconductora capaz de proporcionar el andamiaje adecuado para el crecimiento del tejido óseo en su interior; factores osteoinductores que aporten los componentes físicos y/o químicos capaces de inducir las diferentes fases del proceso de reparación ósea y por último, células osteogénicas que se diferenciarán según los distintos estadios de la regeneración ósea. Numerosos estudios in vitro han demostrado que la melatonina es un importante mediador de la formación ósea, promoviendo la diferenciación osteoblastica (Satomura y cols, 2007; Jockers y cols, 2008). Esta indolamina es un importante modulador del metabolismo del calcio, previniendo la osteoporosis y la hipocalcemía, probablemente debido a su relación con otros factores reguladores óseos como la paratohormona, la calcitonina o las prostaglandinas (Ostrowoska y cols, 2003; Macías y cols, 2003). Basándonos es estos resultados y en los recientes trabajos de Cutando y cols (2008), hemos basado nuestra investigación sobre el posible efecto inductor de la melatonina en el metabolismo óseo. La melatonina presenta su acción inductora sobre el metabolismo óseo a corto plazo. Parece que la melatonina aumenta el número de células en la zona que rodea al implante, al tiempo que esta aceleración de la diferenciación celular, aumenta considerablemente la síntesis y mineralización de la matriz osteoide. La melatonina parece contribuir a la neoformación de hueso en la zona del defecto estimulando la diferenciación de preosteoblastos, que son transportados desde la médula hasta la zona a través de la circulación vascular (Radio y cols, 2006). En nuestro estudio la melatonina produjo una rápida inducción del proceso de regeneración que superaba al control y al grupo membrana sola, tanto a nivel cortical como a nivel medular. Los hallazgos histológicos describen una buena organización ósea con evidentes formaciones de osteonas y sistemas haversianos intersticiales, los cuales fueron formados, principalmente, tras la colocación de la membrana empapada con melatonina. De acuerdo con los hallazgos microscópicos, el hueso neoformado presentó características histológicas importantes que indican organización tisular, celularidad y síntesis molecular activa expresada por la presencia de trabéculas constituidas por sustancia osteoide. Se logró evidenciar la presencia de nuevas trabéculas óseas, osteoblastos activos y células de revestimiento laminar, redes vasculares formando parte del sistema haversiano recién formado y tejido conjuntivo adyacente en aposición, que indicaba engrosamiento trabecular dentro de un proceso de osteoblastos activos. También se reveló que la formación de hueso cortical neoformado, se da tanto cerca como distal a la zona rellena con membrana más melatonina, pero con diferente disposición y organización celular y de matriz osteoide, así como de la velocidad de formación en ambos lugares, siendo mucho más rápido en la cercanía. Si bien la melatonina no cumple algunas características que deben tener los biomateriales, como puede ser la resistencia a la compresión o la estabilidad del implante, se puede plantear su uso en combinación con membranas que sirvan de andamiaje, para poder aprovechar así las propiedades biomiméticas de la melatonina sobre el hueso. Concluiones. 1. La membrana de colágeno porcino sola se puede se considerar como un material biodegradable, biocompatible, pero no se considera como un estimulador de regeneración ósea. 2. La melatonina con la membrana de colágeno Alveoprotect actúa como un agente biomimético y estimulador de la formación ósea, favoreciendo la regeneración del hueso en los primeros estudios. 3. La mayor eficacia de los efectos de melatonina en conjunto con la membrana de colágeno se observa a los 60 días después de la inserción.