Tratamientos de superficie de implantes.

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1 . Revisión bibliográfica Implant surface treatments. Literature Review Resumen El propósito de este artículo es la realización de una revisión de la literatura existente acerca de la evolución de los tratamientos aplicados en las superficies de los implantes dentales, sus ventajas, y las posibilidades de aplicarlos clínicamente. La topografía de las superficies y las modificaciones físicas y químicas, que fueron aplicadas en los implantes para dirigir respuestas específicas en los tejidos, han sido el tema de muchas publicaciones. A través de esta revisión pretendemos dar a conocer al lector los distintos criterios expuestos en múltiples investigaciones y estudios in vivo e in vitro realizados acerca de los tratamientos de superficie, ya que es imposible abarcar el conocimiento actual del tema en su totalidad. PALABRAS CLAVE: tratamientos de superficies, características de las superficies, oseointegración. Summary This article reviews the evolution of treatments to surfaces of dental implants, their advantages and the different possible clinical applications. The surface topography and the physical and chemical changes applied to the implants in order to obtain specific tissue responses, have been the main topics of interest in many publications. In this review we intend to present the different criteria exposed in other research works and in-vivo and in-vitro studies about implant surface treatments. KEY WORDS: implant surface treatments, surface characteristics, osseointegration. BESSONE, LAURA* FERNÁNDEZ BODEREAU, ENRIQUE (H)** NALDINI, PABLO*** * Docente Cátedra de Clínica de Prótesis Parcial Fija y Removible. ** Profesor Titular Cátedra de Clínica de Prótesis Fija. *** Docente Cátedra de Clínica de Prótesis Fija. Facultad de Odontología, Universidad Nacional de Córdoba. Introducción El proceso biológico de la oseointegración constituye uno de los descubrimientos más importantes de la odontología clínica del siglo XX. Branemark 1 definió la oseointegración como la aposición directa de tejido óseo al sustrato implantado. El contacto óseo periimplantario constituye una forma especial (deseada) de reacción a cuerpo extraño. Desde el punto de vista histopatológico, se considera como reacción de un cuerpo extraño a toda reacción tisular que se produzca en presencia de un cuerpo extraño no degradable, y que persiga la encapsulación a través del tejido conjuntivo u óseo. 2 El comportamiento químico de los biomateriales se reduce a tres tipos de reacciones tisulares que a su vez se clasifican en tres grados de compatibilidades: biotolerado, bioinerte y biorreactivo. 3 Struntz 4 clasificó las reacciones tisulares de los distintos materiales desde el punto de vista histomorfológico, considerando que la osteogénesis a distancia es característica de los materiales biotolerados (formando una capa separadora de tejido conjuntivo por la interacción entre el hueso y los iones metálicos tóxicos), y que la osteogénesis de contacto lo es de los materiales bioinertes (no se produce reacción con el tejido del lecho del implante por la ausencia de liberación de iones). Por otra parte, la osteogénesis por adhesión (adhesión fisicoquímica) se considera típica de los materiales biorreactivos, debido a la adaptación química y micromorfológica al hueso. Estas clasificaciones, que gozaron de popularidad en el ámbito sajón, son cada vez más cuestionadas, ya que los aspectos más importantes para que ocurra un contacto directo sin tejido conjuntivo entre la superficie del implante y el hueso periimplantario son la cicatrización del biomaterial en condiciones de reposo mecánico y una situación de carga favorable. Las capas separadoras de tejido conjuntivo, características de la osteogénesis a distancia, son generadas con todos los biomateriales que no cicatrizan con reposo mecánico o que son sometidos a carga por encima del valor del umbral (microfracturas de la interfase). 5 La Sociedad Europea de Biomateriales ha definido el concepto de biomateriales como materiales no vitales que se utilizan en aplicaciones médicas (implante dental) con la finalidad de obtener una reacción (interacción) con un determinado sistema biológico. 6 En la Implantología dental se utilizan exclusivamente materiales aloplásticos, como polímeros, metales y cerámicas, o sus combinaciones. Los materiales de cerámica de óxido de aluminio, de circonio y de fosfato cálcico son muy importantes en la im- Fecha de recepción: noviembre 2008 Fecha de aceptación y versión final: octubre 2009 RAOA / VOL. 97 / Nº 5 / ISSN OCTUBRE / DICIEMBRE

2 IMPLANTES A B Fig. 1: Diferentes niveles de interacción de las superficies de los implantes con las estructuras tisulares. Fig. 2. a: Interacción células/ superficies, nivel micrométrico. b: Interacción proteínas/superficies, nivel nanométrico. plantología oseointegrada, dado que son los biomateriales con mayor biocompatibilidad, es decir que su composición química presenta alta resistencia a la degradación en condiciones adversas. Sin embargo, su utilización fue reducida por presentar baja resistencia a la fractura, la que disminuye el éxito de los implantes a largo plazo. 7-9 Los metales y sus aleaciones representan la clase de biomateriales más comunes en la elaboración de los implantes dentarios. El titanio puro exhibe una estructura cristalina del tipo hexagonal que es compacta hasta la temperatura de 882,5 C. Esta fase, denominada alfa, es fundamental para la oseointegración de los implantes dentales, motivo por el cual se está estudiando la naturaleza de la interfase entre el hueso y las aleaciones de titanio. 10 En la actualidad, los fabricantes han comenzado a aplicar la bioingeniería para diseñar las superficies implantarias, con la intención de lograr controlar la estructura y la química superficiales, las uniones iónicas, la adsorción proteica, y la adhesión, proliferación y diferenciación celulares sobre las superficies. Las superficies de implantes y sus tratamientos Si nos fuéramos acercando progresivamente a una superficie, podríamos distinguir cuatro niveles 11,12 (Fig. 1): NIVEL 1: se mide en milímetros y está constituido por la macroforma, por ejemplo: roscas, espiras o surcos. NIVEL 2: se mide en décimas de milímetro y se refiere a las ondulaciones de las superficies, Albrektsson 13 cuantificó el espacio que requiere el llamado bone in-growth, o crecimiento del hueso hacia dentro de las rugosidades. NIVEL 3: se mide en micras y está constituido por las rugosidades de las superficies. Se ha demostrado que hay depósitos de materia fundamental en las irregularidades o pits de hasta 1 μm, lo que sirve de fundamento para la interdigitación microscópica entre el hueso y la superficie implantaria (Figs. 2 a y b). NIVEL 4: se mide en nanómetros. Se presupone que tanto el grosor de la capa de óxido de las superficies como la presencia de porosidades a nivel nanométrico son de gran importancia para la oseointegración. Las superficies de los implantes pueden presentarse como: Superficies lisas Su aspecto macroscópico es liso y brillante, pero microscópicamente tienen circunferencias microscópicas paralelas entre sí y perpendiculares al eje largo de los implantes, que son fundamentales para la viabilidad de la oseointegración. Se denominan lisas, en busca de una descripción didáctica de su aspecto macroscópico. Poseen microsurcos superficiales de patrón regular que resultan del proceso de corte del metal, medidos en algunos estudios entre 4 y 10 μm de altura y 2 y 8 μm de diámetro. 2. Superficies texturizadas Se refiere a las superficies con cualquier tratamiento que haya modificado la estructura superficial del implante metálico. Pueden ser elaboradas por procesos de sustracción o de adición. También pueden clasificarse según se les aplique un tratamiento topográfico o un tratamiento de composición química en la superficie Texturizadas por sustracción: Son producidas por el retiro o sustracción física, química o ambas de las partículas metálicas presentes en la superficie de los implantes. La topografía resultante presenta flancos puntiagudos. 14 A este tipo de superficies se les aplican los siguientes tratamientos: a) Tratamiento ácido: consiste en el desprendimiento de partículas de metal de la superfi- 424 OCTUBRE / DICIEMBRE 2009 ISSN RAOA / VOL. 97 / Nº 5 /

3 cie de los implantes mediante su inmersión en ácidos fuertes, como el ácido fluorhídrico, el sulfúrico o el clorhídrico. Las áreas de mayor corrosión son los picos y valles de las ranuras que dejan su fabricación. Esta técnica tiene la ventaja de controlar el grado de porosidad de la superficie, y de permitir un adecuado método de limpieza de las impurezas superficiales generadas durante su manufactura. El doble grabado con ácido clorhídrico y ácido sulfúrico permite obtener una superficie uniforme rugosa con picos y depresiones de una profundidad de 1 a 2 μm que le dan una apropiada retención del coágulo en la formación de la matriz ósea b) Tratamiento con chorro de partículas o arenado: consiste en chorrear partículas de diversos materiales sobre las superficies de los implantes maquinados. Se realizan con óxido de aluminio, sílice, óxido de titanio e hidroxiapatita. Estos elementos poseen una dureza mayor que la del material del implante, colisionan sobre la superficie metálica y forman depresiones irregulares llamadas macrorretenciones. Las desventajas son la imposibilidad de obtener una superficie homogénea por las variaciones en el grado de porosidad topográfica; y la inadecuada pasivasión de la superficie debido a la incorporación de partículas que terminan fundiéndose con ésta. Existen superficies arenadas con medios reabsorbibles (RBM), es decir que se alteran con medios biocompatibles (cerámicas de fosfato de calcio) o con elementos completamente reabsorbibles que permiten su remoción después de realizar el proceso de alteración de la superficie. El resultado es una superficie de titanio puro texturizada. 15 En un estudio se realizaron alteraciones en la superficie topográfica de los implantes de titanio comercialmente puro para evaluar el incremento de la formación ósea o la resistencia de la interfase hueso-implante. 20 Para ello, se utilizaron implantes (TI grado IV) maquinados y posteriormente arenados. Luego de examinar los resultados, los autores concluyeron que existe una congruencia entre la influencia de la topografía de la superficie sobre los determinantes biológicos de formación ósea y sobre los determinantes biomecánicos de la función de los implantes. c) Tratamiento con chorro de partículas asociado al tratamiento ácido: se asociaron los dos tratamientos con el objetivo de obtener macrorretenciones con el chorro de partículas y microrretenciones mediante un ataque ácido. La superficie SLA (sand-blasted, large grit, acid-etched) se elaboró con estos dos métodos y recibió chorro de sílica con partículas grandes (250 a 500 μm) seguido por tratamientos con ácido hidroclorhídrico/sulfúrico. La variación de rugosidad media (Ra) para la superficie tratada con ácido es 1,3 μm, y para el chorro con arena asociado con ácido es de 2 μm. Esta técnica, no obstante, no elimina la incorporación de partículas de óxidos a la superficie del implante. SLA es osteoconductora, es decir, durante la cicatrización inicial del hueso fomenta la aposición, dando lugar a una excelente estabilidad secundaria al cabo de unas pocas semanas, como demuestran el rápido aumento de los valores de torque de extracción y el elevado porcentaje de contacto hueso-implante. Por otra parte, la superficie SLA se genera mediante una técnica de arenado de grano grueso que proporciona a la superficie de titanio una rugosidad macroscópica. Un procedimiento de grabado ácido aporta la rugosidad microscópica En un trabajo de Orsini 26 y col., los análisis de superficie de implantes se realizaron en 10 implantes maquinados y en 10 implantes con tratamiento de arenado y grabado ácido. Los tests de citotoxicidad demostraron que los implantes con arenado y grabado ácido en su superficie no tienen efecto tóxico sobre las células, y además son biocompatibles. Mediante un microscopio electrónico se observó que la rugosidad creada en la superficie por el arenado y el grabado ácido podría afectar el mecanismo de adhesión de las células. Las células similares a osteoblastos adheridas a implantes maquinados presentaron una configuración muy plana, mientras que las mismas células adheridas a superficies tratadas con arenado y grabado ácido mostraron una morfología irregular y muchos seudópodos. Por lo tanto, estas irregularidades morfológicas podrían incentivar el anclaje inicial de las células proporcionando una mejor y mayor oseointegración en los implantes con superficies tratadas con arenado y grabado ácido. d) Tratamiento con rayos láser: este tratamiento crea rugosidades con profundidad, tamaño, dirección y orientación controlados. Además, posee un índice bajo de contaminación, ya que no existe contacto de las sustancias químicas con los implantes. Algunos implantes que existen en el mercado combinan el uso del láser en la parte coronal y luego un tratamiento por arenado en la parte apical. Los estudios de cultivos celulares in vitro han demostrado la colonización preferencial de las células paralelas a los surcos de las superficies láser. Los estudios in vivo han demostra- RAOA / VOL. 97 / Nº 5 / ISSN OCTUBRE / DICIEMBRE

4 IMPLANTES do que el crecimiento del hueso sobre las superficies de láser es superior, considerado en superficies ráfaga-texturizadas, las cuales producen el crecimiento orientado de la célula. A su vez, ésta genera la matriz extracelular orientada y, por lo tanto, el crecimiento orientado del hueso Superficies texturizadas por adición: son superficies sinterizadas por adición de material, producidas en el momento en que las partículas esféricas del polvo del metal (titanio) o cerámico (hidroxiapatita o HA) se tornan una masa cohesiva con el núcleo metálico del cuerpo del implante. Las partículas que se manipulan son mayores en tamaño (44 a 150 μm), con formatos específicos, y producen una cobertura de espesor (hasta 3000 μm) mayor que otros procesos de adición. Las irregularidades que se generan presentan una profundidad media de 150 a 300 μm. Estas superficies, a diferencia de las superficies por sustracción, no presentan flancos puntiagudos sino poros. La literatura muestra que las superficies porosas aumentan no sólo el área total y funcional de la superficie oseointegrable, sino también la adhesión biomolecular Estas superficies son elaboradas a partir de alguno de los siguientes tratamientos: a) Tratamiento con plasma spray de titanio (TPS) o de hidroxiapatita (HA): el proceso se da en altas temperaturas donde un conjunto fino de partículas de titanio o de hidroxiapatita es parcialmente fundido y donde las partículas son propulsadas mediante un plasma o gas ionizado. Las partículas de titanio/ha se sueldan íntimamente al material elemental durante este tratamiento. La técnica de plasma spray es una de las más utilizadas para el recubrimiento de implantes metálicos con gases ionizados por medio de aspersión térmica. Con esta técnica, el polvo del metal que se desea depositar en el material a tratar es asperjado con una llama de plasma (el cuarto estado de la materia) e impulsado por el gas inerte argón. De ese modo, el polvo metálico es dirigido y fundido en la superficie del titanio. El resultado es el aumento de la durabilidad del revestimiento y la mejora de la biocompatibilidad. El problema en todos los casos es la inestabilidad o la poca durabilidad del proceso de adherencia de los depósitos de metal. Las piezas del implante y los depósitos presentan propiedades mecánicas diferentes y, consecuentemente, trabajan con módulos de elasticidad diferentes. Es decir, en lugar de actuar en movimiento armónico, reaccionan de modo antagónico durante los movimientos de masticación, llevando el implante al fracaso. En un trabajo in vitro de Galli et al. 30 cuyo objetivo fue comparar dos superficies de titanio comercialmente disponibles: TPS y SLA, el crecimiento celular y la diferenciación fueron subsecuentemente investigados mediante la evaluación del crecimiento celular, la actividad de la fosfatasa alcalina y la producción de osteocalcina y osteoprotegerina. Luego de evaluar los resultados; SLA mostró una mayor proliferación celular, mientras que TPS se comportó mejor en parámetros de diferenciación celular, producción de fosfatasa alcalina y osteocalcina. Otros investigadores, como Novaes 31 y col., estudiaron diferentes superficies de implantes con el objetivo de analizar el contacto hueso-implante. Compararon cuatro tipos de superficies: maquinadas (lisas), TPS, cubiertas con HA, y RBM, las cuales fueron observadas sin carga durante 90 días. Las conclusiones indicaron que las superficies tratadas proporcionan un mayor contacto hueso-implante, y que los tratamientos que agregan rugosidades a las superficies son numéricamente superiores a las superficies maquinadas (lisas). En un estudio histomorfométrico y biomecánico in vivo Cordioli y col. 32 compararon cuatro diferentes superficies de titanio puro: maquinada (lisa), arenada, TPS y grabada con ácido. Esta investigación demostró que los implantes grabados con ácido mejoraron en un 33% el contacto hueso-implante sobre las superficies maquinadas, mientras que no hubo diferencias significativas entre las demás superficies. b) Tratamiento con oxidación anódica: el método utilizado para la preparación de la superficie de óxido porosa es el de la oxidación anódica, que es un método electroquímico. El titanio en sí mismo es muy poco noble porque debe ser protegido por una capa pasiva de óxido de titanio, que se forma en contacto con el aire o con el agua. El espesor de la capa de óxido es de 10 A a los pocos segundos pero aumenta en un minuto a 100 A y después de cierto tiempo a 2000 A c) Tratamiento con deposición asistida por haz iónico (Ion Beam Assisted Deposition): se obtiene un recubrimiento a partir del bombardeo de un blanco de composición adecuada, usualmente hidroxiapatita, por un haz de iones. Se deposita una capa de espesor nanométrico sobre el sustrato metálico. Existen otras técnicas utilizadas para los recubrimientos de las superficies implantarias 426 OCTUBRE / DICIEMBRE 2009 ISSN RAOA / VOL. 97 / Nº 5 /

5 con cerámicas: proyección térmica de alta velocidad (high velocity oxyfuel) y prensado isostático caliente, descriptas por Lacefield, 36 sol/gel y deposición a láser. 37 Los nuevos tratamientos de superficies La acción de la rugosidad resulta de un doble mecanismo. Por una parte, produce un acoplamiento mecánico con el hueso y, por otra, tiene un efecto biológico, ejerciendo una influencia directa e indirecta sobre las células y su metabolismo. Numerosos estudios con cultivos celulares han demostrado la influencia de la rugosidad del material en la función y en el metabolismo celulares. Ésta es la razón por la que los más destacados fabricantes de implantes dentales están incorporando la nanotecnología, una nueva generación de diseños de superficies para implantes, que parece reducir el tiempo y mejorar la oseointegración. El proceso de nanotecnología supone someter un material no poroso a un tratamiento de superficie mecánico o químico hasta obtener una rugosidad superficial con una distancia máxima media entre 10 y µm. Esta superficie puede someterse posteriormente a la precipitación de una solución de iones de fosfato y calcio con el agregado de mediadores biológicos, como factores de crecimiento, péptidos bioactivos y otras macromoléculas que aún siguen siendo objeto de investigaciones, en las que se realizan cambios o agregados químicos en la superficie de los implantes de titanio con diferentes moléculas Por ejemplo, las particulas bioactivas de vidrio, 45 puesto que existen muchas situaciones en la práctica médica que requieren implantes metálicos para ser combinados con injertos óseos y/o sustitutos óseos, como vidrio bioactivo (B6). Este estudio histomorfométrico revela un aumento del grosor del hueso alrededor del implante en el grupo de implantes Ti / B6 en comparación con los implantes laminar de titanio puro. Park y col., 46 en otra investigación in vitro, demostraron que los implantes con oxidación anódica y cubiertos con factores de crecimiento fibroblásticos y fragmentos de fibronectina humana transforman la osteogénesis a distancia en osteogénesis de contacto mejorando la predictibilidad de los implantes en tejidos óseos de pobre calidad. Meirelles y col., 47 en un estudio reciente, destacaron que las modificaciones químicas realizadas con nanohidroxiapatita produjeron una nanotopografía sobre las microestructuras de implantes arenados, que junto con los iones presentes en la superficie de los implantes aumentaron los valores de torque de remoción en un periodo de cicatrización de sólo cuatro semanas. Las superficies elaboradas con aleación de titanio y de zirconio son estudiadas por numerosos investigadores en la actualidad, probablemente porque estos nuevos materiales son más resistentes y biocompatibles que el titanio puro. Existen también superficies de zirconio, cuyo éxito ha sido demostrado por investigaciones como las realizadas por Hoffman y col., 54 en las que se comparan superficies de zirconio con implantes arenados/grabados con ácidos, lo que demuestra que hay similares tasas de aposición ósea en los implantes de zirconio y en los implantes de titanio que son tratados durante la cicatrización temprana. Otros estudios sobre implantes con superficies de zirconio (Y-TZP) sugieren que para confirmar estas afirmaciones se deben realizar más estudios sobre estas superficies, y que los implantes de zirconio pueden ser utilizados como una alternativa a los implantes de titanio, pero que no pueden ser utilizados corrientemente porque no hay datos clínicos suficientes que avalen su uso. Conclusiones La mayoría de los investigadores indican que el incremento de rugosidad de la superficie mejora la biomecánica del implante con el hueso y la calidad de interacción del hueso formado con la superficie del implante. La nueva generación de tecnología para las superficies de implantes promueve, por lo tanto, una oseointegración rápida, la integración de los tejidos blandos, la reducción de la pérdida de estabilidad en el proceso de cicatrización inicial, la disminución de la pérdida de hueso y el control del crecimiento celular. Todas estas consideraciones indican una tendencia creciente, por parte de los fabricantes, hacia el reemplazo dental con materiales aloplásticos y hacia la utilización de los principios de la ingeniería tisular. Después del análisis de la bibliografía, creemos que los odontólogos deben conocer en profundidad la gran variedad de topografías de superficies de implantes existentes, para poder seleccionarlas con fundamentos científicos y de esta manera lograr un tratamiento predictible. Bibliografía 1. Branemark PI, Hansson B, Adell R et al. Osseointegrated implants in the treatment of the edentlous jaw: experience from a 10 year period. Scand J Plast Reconstr Surg Suppl. 1977;16: Adams DQ. The granulomatous inflammatory response. Amer J Pathol. 84: Osborn JE, Kovacs E, Kallenberger A. Hydroxylapatite ceramics-development of a new biomaterial and 1st animal experimental results. Dtsch Zahnarztl Z.1980; 35: Struntz V. Materiales de Implantacion. En: Spiekermann, Hubertus. 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