Cuando el grafeno de Graphenemex® transforma la odontología:
PMMA más fuerte, seguro y antimicrobiano
El mundo de los materiales dentales es extenso y complejo, pues comprende una amplia diversidad de materiales, desde metálicos, cerámicos, poliméricos, quirúrgicos, cementantes, de impresión, entre otros que, naturalmente, con el paso del tiempo han tenido que progresar para proveer mayor funcionalidad mecánica, estética, biológica y/o microbiológica.
En este contexto evolutivo, la ciencia de los biomateriales explora el uso del grafeno y sus derivados en odontología, precisamente porque su extraordinaria combinación de propiedades teóricas entre resistencia mecánica (módulo de Young de ~1 TPa), conductividad eléctrica (movilidad electrónica > 15 000 cm²/V·s), conductividad térmica (~5000 W/m·K) y estabilidad química, lo posicionaron como un excelente candidato para el desarrollo de materiales de restauración, cementos bioactivos o con mejor capacidad adhesiva o antimicrobiana que, en conjunto contribuye a una mayor durabilidad, mejor control de infecciones y éxito del tratamiento a largo plazo.
Una resina acrílica ampliamente utilizada para la fabricación tanto de aparatos ortodónticos como protésicos y objeto de investigación, es el polimetilmetacrilato (PMMA) que, dadas sus limitaciones mecánicas y alta susceptibilidad de contaminación, se le han evaluado modificaciones p.ej., con fibra de vidrio, zirconio, dióxido de titanio, grafeno y aditivos biocidas; siendo el grafeno el material que más ha sorprendido por el aporte que tiene en incrementos en resistencia a la fractura, estabilidad dimensional y menor formación de biopelículas.
Evidentemente, la bioseguridad es una de las principales preocupaciones sobre los nuevos materiales. En el caso del grafeno, esto depende de su química superficial, de la concentración utilizada, y de si las partículas están libres o inmersas en una matriz polimérica, pues esto influye directamente en su interacción con los tejidos circundantes. En las resinas dentales, por ejemplo, la causa de toxicidad suele ser la lixiviación de monómeros y rellenos no reaccionados; sin embargo, esto se prevé con el curado adecuado ya sea por fotopolimerización UV o por un tratamiento térmico, según las especificaciones del fabricante.
Los análisis estadísticos revelaron una diferencia significativa (p= 0.0001) entre los grupos de PMMA con y sin grafeno, que sustenta el efecto del grafeno en la inhibición del crecimiento bacteriano.
En este contexto, el grafeno utilizado a concentraciones adecuadas conduce a una red polimérica más densa, menor lixiviación de monómeros y una mejor biocompatibilidad, que, con base en los siguientes mecanismos, aumenta la rigidez, la resistencia a la compresión, y reduce la tasa de desgaste para mejorar la durabilidad del material:
- El grafeno absorbe la luz incidente para promover la generación de radicales fotoiniciadores,
- Favorece la transferencia de energía o carga para acelerar la polimerización,
- Ofrece sitios de nucleación para la formación de enlaces cruzados,
- Reduce el coeficiente de expansión térmica, fundamental para la estabilidad a largo plazo.
En América Latina, la producción y aplicación de grafeno de origen nacional ha comenzado a consolidarse. En este escenario, el grafeno producido por la empresa mexicana Energeia Fusion, bajo la marca Graphenemex®, desde 2018 se ha sometido a diversos estudios sistematizados para evaluar sus propiedades tanto mecánicas como antimicrobianas dentro de distintos materiales. Pero no fue hasta el 2023 en que el Laboratorio de Nanomateriales de la Maestría en Ciencias Odontológicas de la Facultad de Estomatología de la UASLP, lo incorporó dentro de sus líneas de investigación para analizar sus efectos en matrices de PMMA, con el objetivo de estudiar su desempeño mecánico y de bioseguridad en odontología.
Las investigaciones se llevaron a cabo en dos proyectos de maestría bajo la dirección del Dr. Juan Carlos Flores Arriaga, siguiendo los lineamientos de la ISO 7405, que establece las condiciones y métodos de ensayo para evaluar la biocompatibilidad de los productos y materiales dentales, así como en atención a los requisitos de la ADA Núm.12 sobre los métodos de prueba para las propiedades físicas y químicas de los materiales de resina para bases de prótesis dentales.
Las propiedades evaluadas al PMMA modificado con el grafeno de Graphenemex® incluyeron:
- Resistencia a la fractura mediante el análisis de tensión, elasticidad y dureza;
- Caracterización por microscopía, para visualizar su aspecto físico; espectroscopia para verificar su composición molecular y de ángulo de contacto, para comprobar cambios en la interacción del material con los líquidos.
- Capacidad antimicrobiana contra el principal causante de caries, el Streptococcus mutans y contra otras bacterias como el Streptococcus sobrinus y Streptococcus oralis que, aunque son comunes de cavidad oral, también se asocian a caries y a la formación de biopelículas (placa dentobacteriana);
- Ensayos de citotoxicidad in vitro sobre fibroblastos L-929, de acuerdo con la ISO 10993-5:2009 (E) que evalúa los materiales de los dispositivos médicos para determinar si son seguros para el contacto humano, lo cual es un requisito clave para la aprobación regulatoria.
En conjunto, los resultados de las pruebas experimentales con el grafeno de Graphenemex® confirmaron que en el PMMA el grafeno no generó modificaciones químicas que perjudiquen su integridad polimérica, pero sí generó cambios importantes que mejoraron su desempeño mecánico entre un 90 y 150% respecto al PMMA convencional; esto significa que el nuevo material no se deforma durante la masticación y tiene mayor resistencia al desgaste y a la fractura.
Por otro lado, el aumento en la hidrofobicidad del PMMA con grafeno de Graphenemex®, de acuerdo con la medición del ángulo de contacto, en conjunto con la inhibición del crecimiento microbiano, principalmente de Streptococcus mutans, y de las observaciones ante el microscopio electrónico de barrido, también confirmaron no solo una mayor capacidad antimicrobiana, sino también con una buena capacidad anti- biofilm y lo más importante, sin comprometer la biocompatibilidad del material, verificada por las pruebas de citotoxicidad, en las que ninguna de las concentraciones evaluadas fueron tóxicas para las células.
En conclusión, la etapa experimental demostró que la incorporación correcta del grafeno de Graphenemex® confiere al PMMA propiedades antimicrobianas efectivas, sin toxicidad, posicionándolo como un biomaterial dental multifuncional, con ventajas mecánicas, biológicas y preventivas frente a patologías asociadas a las biopelículas orales que sustentan su potencial aplicación clínica en rehabilitación protésica y aparatología en ortodoncia y ortopedia.
Redacción: EF/Dania Hernández
Fuentes:
https://repositorioinstitucional.uaslp.mx/xmlui/handle/i/9563
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