Evaluación de la liberación in vivo de iones metálicos a partir de aparatología ortodóncica en diversas matrices y sus potenciales efectos tóxicos

Abstract

La biocompatibilidad de la aparatología ortodóncica es una fuente de investigación en los últimos años ya que está íntimamente relacionada con la liberación de iones metálicos al organismo humano e inducción potencial de efectos biológicos. Dentro del medio intraoral, durante un tratamiento de ortodoncia, que habitualmente comprende 2-3 años, las células orales están en contacto directo con la aparatología ortodóncica. Así mismo, la cavidad oral es un medio ideal para los procesos de corrosión, dadas sus características de humedad, pH y microbiológicas. La aparatología ortodóncica está compuesta por bandas, brackets, arcos y muelles, entre otros dispositivos. A lo largo de los años, los materiales ortodóncicos han evolucionado siguiendo las necesidades de los tratamientos, apareciendo materiales como la aleación níquel-titanio en los años 70, que se caracteriza por un 55% de níquel y 43% de titanio, utilizándose en las primeras fases de tratamiento para el alineamiento y nivelación. Así mismo, aparecieron materiales como el acero, ßTi y TMA (titanio-molibdeno-aluminio). Con el fin de englobar la literatura ortodóncica en relación a la liberación de metales en la cavidad oral, se realizó una revisión de los estudios más recientes examinando tanto la propia liberación de iones metálicos, como los efectos tóxicos de dichos iones con especial interés en su citotoxicidad y genotoxicidad. Estudios previos sugieren que se debe realizar un análisis de cada caso para tener conciencia del aumento de la variabilidad de los materiales, su composición y los procesos de manufacturación. Los estudios acerca de la toxicidad in vivo son escasos, por lo que se deberían realizar nuevas investigaciones para intentar clarificar los resultados contradictorios existentes hasta la actualidad, así como para investigar los mecanismos tóxicos implicados en los efectos observados, con especial énfasis en el daño oxidativo. Por otra parte, son necesarios nuevos estudios de monitorización in vitro e in vivo que permitan establecer relaciones de causa-efecto entre la liberación de iones metálicos y biomarcadores de citotoxicidad y genotoxicidad. Los resultados de esta revisión dieron lugar a la siguiente publicación: IN VITRO AND IN VIVO EVIDENCE OF THE CYTOTOXIC AND GENOTOXIC EFFECTS OF METAL IONS RELEASED BY ORTHODONTIC APPLIANCES: A REVIEW (Martín-Cameán A y col., 2015. Enviado a Environmental Toxicology and Pharmacology, aceptado Mayo 2015). Ademas, se ha llevado a cabo una revisión sistemática siguiendo las directrices PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA). Empleando tanto fuentes electrónicas [CENTRAL,MedLine;SCOPUS; EMBASE, Cochrane Library, ISI Web of Science, PASCAL, OVID HealthSTAR, y EBM] y búsquedas manuales [OpenGrey; Google Scholar] se analizaron los efectos cito/genotóxicos de este tipo de aplicaciones ortodoncias en humanos. Se seleccionaron 17 artículos y 6 estudios finalmente cumplieron los criterios (PICOS). Se observaron diferencias significativas en la mayoría de los estudios (5 de 6) respecto a daños citotóxicos y genotóxicos después de un tratamiento corto (1-3 meses) y a mas largo plazo (24-48 meses). Algunos estudios que evaluaron efectos post-tratamiento (2 de 3) no encontraron diferencias significativas con respecto a los controles después de eliminar las aplicaciones ortodóncicas. Se concluye por tanto, la necesidad de llevar a cabo rigurosos ensayos clinicos aleatorios para determinar la continuidad de los daños cito/genotóxicos inducidos durante el tratamiento ortodóncico en población joven (12-26 años). Los resultados de esta revisión dieron lugar a la siguiente publicación: GENOTOXIC, CYTOTOXIC EFFECTS AND GENE EXPRESSION CHANGES INDUCED BY ORTHODONTIC FIXED APPLIANCES OVER ORAL MUCOSA CELLS: A SYSTEMATIC REVIEW. Martín-Cameán A et al., 2015. Submitted to Oral Diseases (under revision) Diversos estudios han evaluado la liberación de iones metálicos a partir de aparatología ortodóncica en fluidos biológicos. La liberación de los elementos se ha medido principalmente mediante espectrometría de absorción atómica (AAS), espectrometría de emisión atómica con plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) o a través de espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). La mayoría de ellos han concluido que no se alcanzan concentraciones tóxicas en saliva y suero. Sin embargo, concentraciones no tóxicas pueden ser suficientes para producir cambios biológicos en la mucosa oral. Debido a que la liberación de metales en células de mucosa oral, que han estado en contacto prolongado con la aparatología fija, en pacientes de ortodoncia se ha estudiado mínimamente y no existen datos de validación previa disponibles, consideramos de importancia desarrollar y optimizar un procedimiento analítico para determinar titanio (Ti), vanadio (V), zirconio (Zr), cobalto (Co), cromo (Cr), cobre (Cu) y níquel (Ni) en células de mucosa oral en pacientes con y sin tratamiento de ortodoncia mediante ICP-MS. El procedimiento analítico se basa en la extracción y digestión de las muestras en medio ácido y cuantificación simultánea de los elementos. El método fue validado adecuadamente: la ecuación de regresión fue calculada a partir de los estándares preparados en la misma matriz sin células de mucosa oral y el rango lineal fue de 0.5-50.0 ng/mL para el Zr, de 5.0-50.0 ng/mL para Ti y V, y de 2.0-100.0 ng/mL para Co, Cr, Cu y Ni. Los límites de detección fueron de 0.9, 2.8 y 0.4 ng/mL para Ti, V y Zr, respectivamente; mientras que fueron de 0.10, 0.38, 0.49 y 0.67 ng/mL para Co, Cr, Cu y Ni, respectivamente. Los límites de cuantificación fueron de 1.8, 3.4 y 0.7 ng/mL para Ti, V y Zr, respectivamente, mientras que fueron de 0.20, 1.13, 0.98 y 1.81 ng/mL para Co, Cr, Cu y Ni, respectivamente. Los porcentajes de recuperación (%) obtenidos oscilaron entre 101-108 para el Ti, 98-111 para el V, 92-104 para el Zr, 104-109 para el Co, 103-107 para el Cr, 106-113 para el Cu y 84-110 para el Ni. Los datos de precisión intermedia (RSD%) fueron adecuados para todos los elementos, a los tres niveles de concentración elegidos. El método resultó robusto para los tres factores que se consideraron en el proceso de tratamiento de la muestra: tiempo de calentamiento, volumen de agua desionizada, y volumen de HNO3 PlasmaPure 65% utilizado para diluir las muestras, lo cual permite su validación y aplicación a células de mucosa oral en pacientes ortodóncicos. Los métodos validados se aplicaron con éxito a la determinación de la liberación de dichos iones metálicos en 40 pacientes, 20 de los cuales se encontraban bajo tratamiento de ortodoncia (13-15 meses) y 20 individuos control. Se evaluaron los resultados obtenidos, encontrándose contenidos significativamente superiores de Co, Cr , Cu y Ni en el grupo tratado en comparación con el grupo control, siendo las concentraciones detectadas inferiores a las Ingestas diarias tolerables (IDT) (Ni, Co) o a sus niveles máximos de ingesta tolerable establecidos (UL) de los elementos estudiados (Cr, Cu). Los resultados de estos experimentos han dado lugar a las siguientes publicaciones: VALIDATION OF A METHOD TO QUANTIFY TITANIUM, VANADIUM AND ZIRCONIUM IN ORAL MUCOSA CELLS BY INDUCTIVELY COUPLED PLASMA-MASS SPECTROMETRY (ICP-MS) (Martín Cameán A y col., 2014. Talanta 118:238-244) DEVELOPMENT AND VALIDATION OF AN INDUCTIVELY COUPLED PLASMA MASS SPECTROMETRY (ICP-MS) METHOD FOR THE DETERMINATION OF COBALT, CHROMIUM, COPPER AND NICKEL IN ORAL MUCOSA CELLS (Martín-Cameán A y col., 2014. Microchemical Journal 114:73-79) La cavidad oral es un medio particularmente ideal para la biodegradación de metales debido a sus propiedades iónicas, térmicas, microbiológicas y enzimáticas. En este contexto, las aleaciones ortodóncicas emiten corrientes electrogalvánicas tomando como medio la saliva, produciendo una liberación de iones metálicos a la mucosa oral. Diversos factores afectan a la liberación de iones, tales como el proceso de manufacturación, tipo de aleación, características de la superficie del material y envejecimiento de la aleación. Los metales no son biodegradables, y su liberación constante puede producir efectos tóxicos irreversibles debido a su acumulación en los tejidos. El pelo de cuero cabelludo humano es un vehículo de excreción de sustancias diversas (metales pesados, drogas de adicción etc.,), llegando a estar considerada esta matriz no invasiva como uno de los materiales biológicos más importantes de monitorización ambiental. A pesar de las numerosas ventajas que presenta el pelo en biomonitorización humana, los procedimientos analíticos para la determinación de liberación de metales en ortodoncia en dicha matriz son escasos, existiendo únicamente un estudio preliminar (procedimiento no validado, muy escaso número de pacientes) que demostró la no existencia de diferencias significativas en el contenido de algunos elementos metálicos en pelo de pacientes bajo tratamiento. Nuestro estudio se centró en la evaluación de niveles de Cu, Cr, Fe, Mn y Ni en pelo humano de una amplia población tratada con aparatología ortodóncica (n=70) para determinar, si la concentración de un metal dado estaba influenciado por el tratamiento ortodóncico en comparación a un grupo control (n=56). Los niveles de los compuestos metálicos se determinaron a través de espectrometría de absorción atómica (AAS), con diferentes modalidades, llama (Cu, Fe) y cámara de grafito (GF-AAS) (Cr, Mn, Ni). Se estudió la influencia de factores individuales (género, edad) en las concentraciones de metales, se estudiaron interacciones interelementales mediante la evaluación de coeficientes de correlación entre elementos, así como mediante un análisis de regresión múltiple.