BIOINGENIERÍA Y SU APLICACIÓN EN ORTODONCIA

LA BIOINGENIERÍA

La Bioingeniería es una de las disciplinas más jóvenes de la ingeniería en la que los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se aplican a los problemas presentados por la biología y la medicina.

La formación del Bioingeniero comprende una sólida base en ingeniería conjugada con los conocimientos fundamentales de medicina y biología, complementados con materias específicas de aplicación de tecnología: electrónica, informática, robótica, óptica, etc., para satisfacer las demandas de la medicina y la biología.

Esta carrera fue creada con el objetivo de dar soluciones a la problemática del ámbito de la salud mediante la aplicación de modernos métodos tecnológicos.

La Bioingeniería hoy, en nuestro país, está creciendo y estableciéndose como uno de los polos de mayor desarrollo, tanto en el mercado médico-tecnológico como en el área de la investigación.

La fabricación, la importación y la exportación de nueva y compleja tecnología médica, y la necesidad de normativas que rijan en todos los aspectos de la misma, hacen que la demanda de Bioingenieros se haga cada vez más relevante y que diferentes ámbitos prestadores de salud requieran de sus servicios.

Entre los más importantes campos que nuclea la Bioingeniería a nivel mundial se pueden mencionar: Biomateriales; Ingeniería Biomédica; Ingeniería Hospitalaria; Biomecánica; Bioóptica; Biosensores; Ingeniería Clínica y de Rehabilitación; Imágenes Médicas; Informatica Médica; Órganos Artificiales; Procesamiento de Señales Biológicas; Telemedicina; y todo lo que concierne a la Tecnología Médica.



BIOINGENIERÍA Y SU APLICACIÓN EN ORTODONCIA


La odontología clínica está incursionando en una nueva era en donde el enfoque terapéutico es el uso de terapia génica, terapia celular, ingeniería tisula y la medicina regenerativa ampliando el arsenal de posibilidades para nuestros pacientes. Una línea de investigación fundamental en ingeniería tisular y medicina regenerativa son las células madres.
Como parte de los nuevos avances de la odontología a nivel mundial, científicos e investigadores del mundo aplican la bioingeniería para lograr reconstrucciones maxilo facial, regeneraciones óseas, hasta reconstrucciones de nuestras piezas dentales, con nuestras propias células madre como parte de tratamientos innovador.
El objetivo del presente artículo es hacer una revisión de varios estudios realizados sobre la bioingeniería y su aplicación en la ortodoncia.
El interés de la odontología es poder suplir los materiales compuestos que se utilizan en la actualidad por materiales biológicos, fundados en células que puedan tener las capacidades de crear réplicas de un diente o una parte del diente. Un biodiente puede equiparar el desempeño de un órgano dentario natural. Antes de efectuar un órgano dentario se tiene que ser objetivo sobre los problemas que se ostentan y que deben de ser solucionados (determinación de la forma, observación del tamaño, orientación del crecimiento y expulsión, resistencia a un cuerpo extraño) coexisten diversas representaciones para efectuar un Biodiente, entre estas existen;

Instigación de la tercera dentición (Recreación mediante manipulación genética)

Esta técnica se fundamenta en el complemento de moléculas que provocan la formación de un diente de novo. Estas moléculas son aquellas implicadas en la incitación de un diente embrionario. Las alteraciones del gen RUNX2 originan la displasia cleidocraneal, un síndrome que se adquiere de forma autosómica dominante en donde el paciente demuestra: aplasia, atraso de la erupción y dientes supernumerarios.

Ingeniería de Dientes Visionarios

       Resarcimiento de dentina incitada por células madre

En la teología una quimera es un monstruo que expulsa fuego por la boca, con la cabeza de león, cuerpo de cabra y cola de serpiente. En el lenguaje médico, una quimera es un órgano que posee una o más poblaciones celulares diuferentes genéticamente. La habilidad de la quimera, detallada para el oficio de órganos de trasplante como el corazón, riñón y piel; este proceso consigue ser empleado en la recreación dental.

En esta técnica se utilizan variadas células de diversos gérmenes dentarios en la idéntica etapa de formación, afirmando la amplificación de genes y de factores de desarrollo para lograr resultados en un mínimo plazo.La segregación de variadas papilas dentarias en la idéntica etapa de desarrollo, resulta en la formación del complicado dentino-pulpar, este fenómeno tiene un valor en la recreación dental ya que admite crear un diente quimérico en un ciclo breve de tiempo usando variados dientes.

Existen diversos tipos de células que pueden colaborar en este proceso de bioingeniería dental. Las células troncales de la trama de la médula ósea y las células troncales de la pulpa dental mezcladas con células apicales del germen han conseguido imitar estructuras equivalentes a la corona dental.

Ingenieria dentro del Bulbo y Complejo periodontal

El progreso del bulbo y el complejo periodontal envuelve muchos métodos embriológicos, asi como muchas células implicadas. El objetivo de la recreación del complejo radicular y periodontal es para sustituir los implantes dentales que se han venido manejando para tratar el desgaste dental. Con una raíz de bioingeniería, el cirujano dentista puede poner una corona sintética y restituir así el órgano dentario dañado.

Se ha utilizado la recombinación de células del germen dental y células precursoras de la médula ósea mediante el uso de una central para formar una raíz dental y hueso alveolar (respectivamente).

La forma más próxima de restauración del complejo raíz-periodonto es la técnica tisular híbrida, en donde se componen la recreación dental a base de células troncales, el manejo de biomateriales y la reconstrucción con corona.

CONCLUSIONES

A pesar de que existen considerables desafíos para poder crear un órgano dentario, las células troncales han confirmado que poseen capacidades regenerativas extraordinarias a otras células, a pesar de esto; existe mucha polémica sobre un proceso y uso, por eso los científicos buscan nuevas opciones y una de ellas es conseguir células pluripotenciales a partir de células adultas, mismas que tienen un gran potencial de regeneración tisular y que pueden llegar a ser empleadas a la cavidad bucal.
Los desafíos son grandes pero ya se han ejecutado estudios que manifiestan a esta tecnología como una nueva arma para revolver las enfermedades que invaden al complejo craneofacial; se necesita pulir todos estos conocimientos y poder llegar a conseguir los resultados deseados. Es viable crear un órgano dentario mediante ingeniería tisular, sin embargo el trabajo debe ser pluridisciplinario para que todas estas aspiraciones de laboratorio lleguen a ser factibles en el ámbito clínico.
La odontología está sobrellevando un gran cambio, en donde muy pronto conseguiremos ya no usar materiales reconstructores, prótesis e implantes para llegar a una armonía estética y práctica en la cavidad oral, sino que podremos rehacer nuestra pieza dental afectada con las células madre del propio paciente.
Hacen falta más exploraciones para saber al detalle las características, funciones y orientaciones de las células madre en el cuerpo humano. 

INGENIERÍA BIOMÉDICA

HISTORIA

Existe la ingeniería biomédica desde que se aplicaron remedios a problemas particulares del individuo como una prótesis del dedo gordo del pie que fue descubierta en una tumba egipcia con una antigüedad de mas de 3.000 años. Otros autores mencionan a los dibujos anatómicos de Leonardo Da Vinci y sus aproximaciones a brazos de palanca o los trabajos de Luigi Galvani y de Lord Kelvin sobre la conducción eléctrica en los seres vivos. No obstante, el desarrollo de la instrumentación eléctrica y electrónica produjo una explosión de resultados y se puede considerar como uno de los orígenes más cercanos de la ingeniería biomédica. Esto se da principalmente entre los años de 1890 y 1930.

CAMPOS DE ACCIÓN

En sus inicios, esta disciplina estuvo ligada fundamentalmente a las técnicas de ingeníeria elétrica y electrónica para la construcción de equipos médicos, así como al diseño de prótesis y ortesis (biomecánica y rehabilitación). Posteriormente, una parte muy importante de las aplicaciones de la ingeniería a la medicina fue la instrumentación para la adquisición de imágenes del cuerpo humano. A partir del desarrollo de los ordenadores, la importancia de la instrumentación fue disminuyendo, mientras que el procesamiento de las señales adquiridas cobró mayor ímpetu debido a que fue posible obtener información adicional a partir de las señales que la instrumentación proporcionaba, y que no era visible directamente a partir de los trazos puros. En la actualidad la disciplina está ligada también a otras como la genómica y proteómica (biología computacional).
Hoy en día también existen las especialidades en ingeniería clínica.

La ingeniería biomédica es el resultado de la aplicación de los principios y técnicas de la ingeniería al campo de la medicina. Se dedica fundamentalmente al diseño y construcción de productos sanitarios y tecnologías sanitarias tales comolos equipos médicos, la prótesis, dispositivos médicos, dispositivos de diagnóstico (imagenología médica) y de terapia. También interviene en la gestión o administración de los recursos técnicos ligados a un sistema de hospitales. Combina la experiencia de la ingeniería con las necesidades médicas para obtener benefícios en el cuidado de la salud. El cultivo de tejidos, lo mismo que la producción de determinados fármacos, suelen considerarse parte de la bioingeniería.

OSTEOBLASTOS

OSTEOBLASTOS

 Son células del hueso  encargadas de sintetizar la matriz ósea, por lo que están involucradas en el desarrollo y el crecimiento de los huesos. El desarrollo de los osteoblastos se ve influenciado por distintos factores que estimulan su formación como la hormona paratoidea y la vitamina D. Se encargan del mantenimiento, el crecimiento y reparación del hueso.
Se disponen en el frente formador de hueso, en una capa epitelioide de céluclas cuboideas o cilíndricas bajas. El núcleo con nucléolo único, está muy desarrollado, situado con frecuencia en el extremos de la célula más distante de la superficie ósea. Además contienen un aparato de Golgi bien desarrollado con numerosas mitocondrias, con abundantes retículo endoplasmático rugoso que confiere un color intensamente basófilo al citoplasma.

CONDROCITOS

CONDROCITOS

Son un tipo de célula que se encuentra en el cartílago. Son el único componente celular de este tejido y se encargan de mantener la matriz cartilaginosa, a través de la producciónde sus principales compuestos; colágeno y proteoglicanos. Los condrocitos conforma solo el 5% del tejido cartilaginoso, pero son esenciales para el mantenimiento de la matriz extracelular que comprende el 95% de este tejido.

ASTROCITOS

 ASTROCITOS

Son las principales y más numerosas células gliales. Se trata de células de linaje neuroectodérmico que asumen un elevado número de funciones clave para la realización de la actividad nerviosa. Derivan de las células encargadas de dirigir la migración de prercusores durante el desarrollo (glía radial) y se originan en las primeras etapas del desarrollo del sistema nervioso central.

CARACTERIZACIÓN

Están directamente asociados tanto a las neuronas como al resto del organísmo. Forman la llamada glia limitans, esto es, la frontera entre el organismo y el sistema nervioso central, junto con su lamina basal asociada. Están comunicados entre sí por medio de uniones de intervalo.
Se encargan de aspectos básicos para el mantenimiento de la función neuronal, entrelazándose alrededor de la neurona para formar una red de sostén y actuando así como una barrera filtradora entre la sangre y la neurona, la barrera hematoencefálica, que contiene regiones especializadas de alta conductancia que controlan el paso de nutrientes, oxígeno, vitaminas y hormonas hacia el tejido nervioso.
Cuando existe destruccción neuronal, también actúan como liberadores del factor del crecimiento nervioso, que a modo de abono biológico, facilita la regeneración de las conexiones neuronales.
Su morfología recuerda a una estrella por la gran cantidad de prolongaciones llamadas pies que irradian del soma hacia células vecinas.

CÉLULA MADRE EMBRIONARIA

CÉLULA MADRE EMBRIONARIA

Deriva del embrión de los mamíferos en su etapa de blastocitos y posee la capacidad de generar cualquier célula diferenciada en el organismo.
Después de la penetración del espermatozoide, el óvulo fecundado adquiere la condición de cigoto, en el que durante su recorrido por la trompa de Falopio, se van produciendo sucesivamente distintos periódos de división celular que aumentan rápidamente el número de sus células, las cuales reciben el nombre de blastómeros. Aproximadamente a los tres días, el embrión tiene un aspecto de esfera compacta que se denomina mórula y que contiene de 12 a 16 blastómeros. Alrededor de los cuatro días llega a la cavidad uterina, y sobre los cinco días, comienza a introducirse líquido en su interior para formar una cavidad: el blastocele. En esta etapa el cigoto se llama blastocisto y posee en uno de sus polos una agrupación celular que recibe el nombre de masa celular interna o embrioblasto que forma una prominencia dentro del blastocele. Las células que la integran dan origen a todos los tipos celulares, sistemas, tejidos y órganos del individuo en formación. Además, tiene una capa celular aplanada que recubre la cavidad del blastocisto y la parte exógena del embrioblasto, la cual se denomina masa celular externa o trofoblasto, de donde deriva la placenta.
Hacia el final de la primera semana del desarrollo, el blastocisto humano ha comenzado su anidación en la mucosa uterina mediante la introducción en esta de las células trofoblásticas que recubren el polo del embrioblasto.

Un aspecto que debe de quedar bien esclarecido es que las células de la masa interna no mantienen indefinidamente in vivo su capacidad de generación de cualquier tipo celular, pues estas se van diferenciando progresivamente en los diversos tipos celulares durante la fase intrauterina del desarrollo. Sin embargo, cuando se extraen de su ambiente embrionario natural y se cultivan in vitro, sí  son capaces de proliferar ilimitadamente y a su vez mantener su potenciar de generar células capaces de diferenciarse en cualquiera de los tejidos del organísmo. En este estado se califícan como células madre embrionarias.

La células germinales no inician la diferenciación sexual hasta la mitad de la gestación, se conoce que hasta ese momento mantienen capacidad de diferenciación hacia diferentes líneas celulares.
Las células madre germinales se han aislado a partir de esas células germinales primordiales embrionarias y fetales, y tal como ocurre en las células madre embrionarias, estas poseen una gran capacidad proliferativa que se hace evidente cuando se someten a cultivo. Se ha señalado que en estas condiciones las células madre germinales se mantienen viables solo durante 70 a 80 pases pero tienen la ventaja que no forman teratomas cuando se inyectan en ratones, por lo que pudieran representar una fuente más segura de material trasplantable.
A pesar de que las células madre embrionarias de ratón se venían estudiando desde el inicio de los años 80 del siglo pasado, no fue hasta 1998 que se obtuvieron las primeras células madre embrionarias de procedencia humana, lo que abrió un nuevo campo de investigación y posibilidades de aplicación práctica.
Históricamente, el termino de célula madre embrionaria se introdujo en 1981 para distinguir las células madre embrionarias procedntes de la masa celular interna, de aquellas derivadas de teratocarcinomas y que también poseen la capacidad de diferenciarse en distintos tipos celulares.
 Para que las células madre embrionarias puedan crecer indefinidamente y mantener su estado indiferenciado, se utiliza en los cultivos una capa alimentadora formada por fibroblastos embrionarios de ratón y un suplemento de factor inhibidor de leucemia para aprobechar su actividad bloqueadora de la diferenciación. Cuando las células embrionarias se extraen de estas condiciones comienzan a diferenciarse espontáneamnte. El mecanismo por el cual los fibroblastos embrionarios de ratón facilitan el crecimiento indiferenciado de las células embrionarias humanas, no está bien esclarecido, pero posiblemente sea multifactorial.
Recientemente se ha planteado la necesidad de buscar sustitutos para esta capa nutricia xenogénica.
La diferenciación espontanea que ocurre en los cultivos de células embrionarias puede acelerarse en determinadas condiciones. En el ratón, el método más empleado es la formación de cuerpos embrioides y su forma más simple es hacer el cultivo celular en suspensión en ausencia de la capa alimentadora. Así, se genera un agregado celular llamado cuerpo embrioide, en el que se forma dos capas: Una externa que tiene las propiedades del endodermo extraembrionario y otra interior que representa el tejido embrionario con capacidad generativa de las diferentes líneas celulares. El cultivo de estos cuerpos embrioides bajo diferentes condiciones ambientales puede dar origen a diversos tipos de células diferenciadas. Los cuerpos embrioides también se han podido obtener a partir de células madre embrionarias humanas.
Sin lugar a dudas, las células madre embrionarias han resultado un gran aporte científico que ha despertado un gran interés no solo en el campo de la biología del desarrollo, sino también en el de la medicina regenerativa en particular, por la expectativa que se ha creado para su aplicación terapéutica en múltiples enfermedades humanas. Sin embargo, esto último es un proceder muy complejo, pues existen varios aspectos que aún no son bien conocidos, entre ellos uno fundamental, no conocemos bien cómo hacer que  la célula embrionaria humana se diferencie en una célula específica y cuáles son los factores y señales que lo harían posible. Por otra parte, se conoce que el trasplante de células madre embrionarias puede formar teratomas o teratocarcinomas. Además, puesto que estas células proceden de un embrión humano vivo, desde el primer momento su manipulación y destino se ha enfrentado en diferentes países a una fuerte oposición, basada principalmente en aspectos éticos, religiosos y políticos.

 

CÉLULA MADRE ADULTA

CÉLULAS MADRE ADULTA

Se ha definido como una célula especializada dentro de la organización de las  células de un tejido específico de un organismo ya formado, que está restringida en su capacidad de diferenciación y es capaz únicamente de generar células del tejido que representa, a las que debe recambiar de forma natural. Se ha señalado que en su evolución el organismo se sitúa en los tejidos células madre somáticas como parte de los mecanismos que emplea para su renovación en condiciones fisiológicas o ante un daño hítico.

Sin embargo en los últimos años, se ha realizado varios estudios que han aportado resultados sorprendentes, pues sugieren que la potencialidad de algunos tipos de células madre adultas es mayor de lo esperado, ya que han mostrado en determinadas condiciones capacidad para diferenciarse en células de diferentes linajes. El caso más destacado es  el de las células madre hematopoyéticas capaces de diferenciarse en diversos tejidos, entre ellos endotelio, músculo cardíaco, músculo estriado, hepatocitos, neuronas, piel e intestino. Aunque se ha planteado que los criterios establecidos para definir a una célula madre adulta son difíciles de comprobar experimntalmente, se ha señalado que la mayor parte de los criterios que cumplen las células madre embrionarias los satifacen la célula madre hematopoyética, pues ésta puede tener divisiones auto-renovadoras, puede dar lugar a todas las células sanguíneas, reconstruir la médula óseacuando se trasplanta en receptores irradiados letalmente o aplasiados mediante quimioterápia, y además se ha observado su implantación en tejidos sanos. Más recientemente, estos criterios se han aplicado también para identificar otras células madre adultas, como es el caso de la célula madre del tejido nervioso.

Diversas informaciones han señalado la existencia de células madre adultas en varios sitios del organismo que incluyen médula ósea, sángre periférica, sangre del cordón umbilical, cerebro, médula espinal, grasa, pulpa dentaria, vasos sanguíneos, músculo esquelético, piel, tejido conjuntivo, córnea, retina, hígado, tejidos pancreáticos, folículo piloso, tejido gastrointestinal y pulmón.

Todos estos hayazgos han ampliado, los conocimientos sobre las células madre adultas, y particularmente los relacionados con el mayor potencial generativo de alguno de sus tipos que lo acercan al de las células embrionarias. Esto ha creado nuevas perspectivas para el tratamiento de diferentes enfermedades con células madre adultas, lo que inicialmente se pensaba solo podia hacerse con células madre embrionarias.
 

CÉLULAS MADRE PLURIPOTENCIALES

CÉLULAS MADRE PLURIPOTENCIALES

Células madre pluripotenciales capaces de diferenciarse en cualquier célula del organísmo, salvo de la parte embrionaria de la placenta. En tal sentido la célula madre pluripotente no puede formar un organismo completo, pudiendo dar origen a cualquier otro tipo de célula proveniente de los tres linajes embrionarios (endodermo, ectodermo y mesodermo), así como el germinal y el saco vitelino.


Fuentes 

Existen innumerables fuentes de células madre pluripotenciales:

•  Células madres embrionarias en fase de blastocitos; estas células madre embrionarias se formarán siete dias después de la fertilización, cuando el embrión se encuentre en la fase de desarrollo conocida con el nombre conocido de " blastocitos". 
•  Células madre fetales; estas células podrán ser obtenidas luego de ocho semanas de desarrollo, momento en que el embrión será considerado un feto.

INGENIERIA TISULAR

INGENIERÍA TISULAR

Constituye un conjunto de conocimientos, técnicas y métodos de base biotecnológica que permiten diseñar y generar en el laboratorio sustitutos tisulares, tejidos artificiales o contructos de origen heterólogo o autólogo a partir de células madre y biomateriales.
La ingeniería tisular constituye un enorme avance para la terapia celular y la medicina regenerativa.
Desde 1999, el departamento de Histología imparte, en colaboración con el Centro Regional de transfusión Sanguínea y Banco Sectorial de Tejidos del Sistema Andalud de Salud, un programa de doctorado de ingeniería tisular acreditado con la mención de calidad de la ANECA transformado en programa oficialde postgrado de Master y doctorado, a partir del curso 2005-2006, asímismo acreditado con la mención de calidad de la ANECA la cual fue recientemente renovada en el año 2010. El programa se sustenta en el grupo de investigación de ingeniería tisular del PAI CTS-115 y en la colaboración de profesores de las Universidades Nacional de Córdoba, Argentina, Valparaiso, Chile, King college, University collage de Londres, Instituto de Excelencia Europeo de ingeniería tisula...,etc.
Las razones arriba indicadas así como las experiencia de la imparticion de dicho título en los últimos diez años justifica el interés académico, científico y profesional del mismo. En este sentido el informe de observatorio e Prospectiva Industrial sobre el impacto de la biotecnología en el sector sanitario identifica a la Ingeniería Tisular como una de las áreas de la Biotecnología a impulsar en Europa. El volumen de negocio estimado según Lisaght y Reyes (2001) para el año 2020 de la ingeniería tisular se calcula en 20 billones de dolares. Asímismo, el informe de Vigilancia Tecnológica de Genoma España (2008) identifica la elaboración de constructos tisulares como un agente terapéutico fundamental en la moderna Medicina Regenerativa.