DESMINERALIZACIÓN, Y LA CARIES

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se enmarca en el campo técnico de composiciones o agentes antimicrobianos que a la vez resultan útiles en la remineralización dental.

ANTECEDENTES Y ARTE PREVIO

De acuerdo a datos provistos por la Organización Mundial de la Salud, entre un 60% y 90% de los escolares tienen caries dental, y casi el 100% de los adultos las presentan, alrededor de todo el mundo, donde la falta de tratamiento o manejo puede terminar en la pérdida de dientes producto de enfermedades graves asociadas a su presencia. En esta situación, entre un 15 y 20% de los adultos con edades comprendidas entre 35 y 44 años terminarán perdiendo piezas dentales. En el extremo de población de la tercera edad, cerca de un 30% de la población mundial con edades comprendidas entre 65 y 74 años no tiene dientes naturales.

La salud bucodental resulta esencial para gozar de una buena salud y una buena calidad de vida.

La caries dental corresponde a una desmineralización del tejido dental, producto de un desbalance en las condiciones ambientales bucales, principalmente el pH o nivel de acidez. Este desbalance está provocado por la presencia de microorganismos específicos que generan los cambios en la acidez producto de la presencia de azucares o carbohidratos, provocando el proceso de desmineralización.

El esmalte dental corresponde a una biocerámica compuesta, que otorga protección al diente. El principal componente corresponde a un mineral similar a la hidroxiapatita, un ortofosfato de calcio de ocurrencia natural. Específicamente, los minerales presentes en el esmalte dental están compuestos por calcio, fosfato, y grupos hidroxilo, con sustituyentes.

La formación del esmalte se genera por la acción de ameloblastos, células especializadas en la formación de esmalte, que permiten la formación del esmalte y el transporte de los minerales que lo componen. Junto a lo anterior, los ameloblastos permiten la orientación del crecimiento de los minerales, lo que permite generar un patrón organizado de crecimiento en el esmalte, hasta obtenerse un esmalte maduro.

El esmalte maduro llega a contener aproximadamente un 95% mineral, un 4% de agua, y alrededor de un 1 % de proteínas. Justamente ese bajo porcentaje de proteínas le otorga al esmalte mejores propiedades como un mayor módulo elástico, mayor dureza y poca reactividad con el medio.

En particular, el esmalte no contiene células ni vascularización, por lo que no tiene propiedades de auto-reparación o auto-remodelación. Por tanto, los procesos de remineralización necesarios para obtener un esmalte sano, son gobernados de manera físico- química.

La desmineralización del esmalte se produce cuando las condiciones locales, en particular cuando aumenta la acidez, es decir, cuando aumentan los iones H ⁺ , lo que permite que los iones de los minerales que conforman el esmalte reaccionen con los iones H ⁺ liberándose hacia la solución que rodea al diente, es decir, la saliva.

Una de las principales causas del aumento de acidez en el ambiente bucal, que finalmente desemboca en la desmineralización del esmalte dental, corresponde a la presencia de bacterias que producen ácidos orgánicos. Dichos ácidos orgánicos a su vez afectan el equilibrio del pH en el ambiente bucal, permitiendo una acidificación, que finalmente producirá la desmineralización del esmalte.

Por otro lado, independiente de la causa, cuando el proceso de desmineralización llega a la dentina, produce otro efecto asociado con la hipersensibilidad dental. Este problema afecta hasta a un 50% de la población, aunque su diagnóstico se ve dificultado por la percepción subjetiva de los pacientes. Este fenómeno se asocia a un dolor agudo que siente el paciente por un cambio en las condiciones ambientales en su entorno dental, principalmente por cambios en la hidrodinámica, por ejemplo, con la temperatura. Aunque existen múltiples causas, todas parecen estar relacionadas con una erosión ácida. De esta manera, la remineralización también es un proceso que ayuda al tratamiento de este problema de desmineralización.

La remineralización ocurre cuando la concentración de iones en las condiciones locales aumenta, de manera que la solución que rodea al diente se encuentra sobresaturada de iones, permitiendo así la deposición de iones sobre los cristales ya formados en el esmalte dental.

La remineralización entonces corresponde a la ganancia neta de material calcificado que permite reemplazar al material que se había perdido previamente por la desmineralización.

La solución para la desmineralización del esmalte corresponde a la aplicación de agentes remineralizantes. Un agente remineralizante corresponde a una composición que es capaz de promover la remineralización del tejido dental. De manera natural, la saliva resulta ser un buen remineralizante debido al contenido de fosfatos presentes en ella. En condiciones donde no existe placa bacteriana responsable de producir los ácidos orgánicos que provocan la desmineralización del esmalte, la saliva mantiene un equilibrio con una biopelícula que se forma en la superficie de los dientes y el proceso de desmineralización. Por el contrario, una disrupción de dicho equilibrio, por ejemplo, por acumulación de una biopelícula de mayor tamaño formada por una mayor cantidad de bacterias, o por un aumento en azúcares que pueden ser metabolizados a ácidos orgánicos por parte de dichas bacterias, genera condiciones de acidez suficientes para permitir una desmineralización del esmalte.

Las lesiones producidas por la desmineralización del esmalte pueden clasificarse en caries no cavitadas y caries cavitadas. La primera corresponde a la situación donde existe una lesión, pero debido a que esta de manera sub superficial se genera un cambio en la continuidad de la estructura y produce un cambio en índice reflexión se observa como una mancha blanca (white spot). Este tipo de lesiones puede ser tratada utilizando medios químicos.

Por otra parte, la caries cavitada corresponde a una lesión donde la superficie del esmalte no se encuentra intacta macroscópicamente. Este último tipo de lesión requiere tratamiento mecánico utilizando turbina para la remoción del tejido lesionado y la preparación del diente para la técnica restauradora correspondiente.

La tendencia actual corresponde a aplicar tratamientos de manera de evitar llegar a lesiones de caries cavitada, de manera de evitar la intervención de la pieza lo que implica en el futuro la perdida de esa pieza lo que genera un deterioro de la calidad de vida

Es en este punto donde aparecen los tratamientos actuales para permitir la remineralización del esmalte en casos de caries no cavitada.

Entre los agentes remineralizantes más utilizados destaca el fluoruro, que desde los años ochenta ha sido identificada su función en el control del desarrollo de lesiones de caries principalmente por su efecto tópico remineralizante.

Existen además otros agentes remineralizantes, tal como por ejemplo fosfopéptidos de caseína-fosfato de calcio amorfo (CPP-ACP, Recaldent®) basados en péptidos obtenidos de la hidrólisis de caseína, donde dichos péptidos permiten la estabilización Fosfato de calcio amorfo, facilitando así la remineralización del esmalte.

Otro agente remineralizante disponible comercialmente es vidrio bioactivo (Novamin®) compuesto de calcio, sodio, fósforo y silicato. El contacto de dicho material con agua permite la liberación de iones de sodio, calcio y fósforo. La liberación de calcio genera un aumento del pH y permite la formación de complejos entre los distintos iones, ayudando así a la remineralización del esmalte.

Estos agentes remineralizantes si bien logran mejorar la mineralización en el diente, no atacan la causa principal de la caries asociada con la presencia de microorganismos. En este contexto, la composición de la presente invención cumple con dos requisitos: 1) presentan la capacidad de remineralizar el diente por su capacidad de formar cristales asociados a la composición del diente; 2) tienen la capacidad de eliminar las bacterias responsables de la caries. Así, la presente invención no sólo responde a la consecuencia de la desmineralización, como logra remineralizar el diente, sino que es capaz de enfrentar la causa asociada a la presencia de bacterias.

Otras formas de tratamiento corresponden a agentes cariostáticos, que detienen la progresión de caries dental, y que además disminuyen la sensibilidad dentaria, y remineralizan la dentina cariada. Ejemplos de estos agentes son el fluoruro estañoso y el fluoruro diamino de plata. Ambos agentes resultan muy tóxicos, y además generan pigmentaciones pardo-negruzcas en los dientes tratados con ellos.

Por otro lado, la composición de la presente invención es un agente cariostático, y remineralizante, pero con una toxicidad mucho menor, además de no alterar la coloración del diente.

Por tanto, basado en las características de los productos comerciales, existe una necesidad de un agente que pueda promover la remineralización dental, y que no presente las desventajas de los agentes o compuestos que están en uso en la actualidad, más específicamente, que simultáneamente sea un agente bacteriostático de manera de disminuir la carga bacteriana que en definitiva produce ácidos orgánicos que terminan dañando el esmalte dental. Además de estas propiedades es necesario que este agente sea de baja toxicidad; y finalmente incoloro respecto de su aplicación.

Además, la remineralización no sólo ayuda a atacar las consecuencias de la caries, sino que también puede ayudar a tratar la hipersensibilidad dental.

La presente invención entonces, corresponde a un agente para tratar dos problemas de gran impacto dental: 1) caries y sus consecuencias asociadas a la desmineralización; e 2) hipersensibilidad. Esto gracias a que nuestra invención desarrolla una formulación que tiene efecto: bacteriostático, remineralizante, de baja toxicidad y de coloración no perceptible después de su aplicación a la superficie de piezas dentales. Además, dada sus características antes mencionadas, la composición de la presente invención podrá inhibir el proceso de desmineralización.

En el arte previo existen algunas publicaciones de solicitudes de patente en trámite que se refieren a composiciones con algunas de las características de la presente invención, sin embargo, ninguna de ellas reúne todas y cada una de las características de la presente invención en cuanto a su efecto. Además, ninguna de ellas tiene la formulación de la presenta invención.

Algunos de los documentos encontrados se describen a continuación.

WO2008089822A2 describe una composición antibacteriana, donde se menciona que uno de sus usos es higiene dental o bucal (prevención de placa bacteriana). Las composiciones descritas comprenden, entre otros, óxidos metálicos, donde se menciona cobre como una de las opciones, además de fluoruros metálicos (ejemplo fluoruro de magnesio), también se menciona grafito como un componente de dichas composiciones, donde el grafito aparece como un componente estructural.

WO2004091567A2 describe composiciones con propiedades antibacterianas de uso tópico. Se menciona uso para control de acné o caspa. Dentro de los componentes se menciona fluoruros metálicos o mezclas, o metales u óxidos de los mismos y además menciona grafito como componente que aporta pigmentación a la formulación, aunque no se describe ni sugiere su uso para higiene bucal o dental.

WO2004092283A2 describe pigmentos con capacidades antimicrobianas. Entre los distintos usos descritos para dichos pigmentos, se mencionan usos cosméticos, dentro de los cuales se lista higiene dental. Se mencionan productos tales como pasta dental o enjuague bucal que pueden contener los pigmentos mencionados. Entre los componentes descritos destacan distintos componentes con actividad antimicrobiana, se mencionan metales y óxidos de los mismos, donde se menciona específicamente cobre. También se menciona que puede contener flúor en forma de fluoruro de magnesio (entre otros).

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1. Fotografía comparando el efecto antimicrobiano contra microorganismos de la caries, de distintos productos comerciales y la composición de la presente invención. La zona oscura corresponde a la zona donde no hay crecimiento bacteriano. Composición de la presente invención posee una capacidad similar a Flúor diamino de Plata. A) clorhexedina, B) Flúor diamino plata, C) Flúor silano, D) composición de la invención. Figura 2. Ensayo de viabilidad celular mediante técnica de actividad mitocondrial (MTT). Células tipo THP1. Comercial = (Producto Comercial Flúor Amino de Plata), Blanco, CHX = Clorhexidina, BR1 y BR2 = ejemplo de composiciones de la presente invención.

Figura 3. Micrografía electrónica (SEM) de un biofilm formado por Streptococcus mutans sobre superficie de Hidroxiapatita sintética.

Figura 4 Fotografía muestra una sección de a) dentina desmineralizada por efecto de la biopelícula y b) Dentina sin desmineralizar. Zona blanca son residuos de esmalte dental desmineralizados.

Figura 5. Microdurezas Vickers de los discos de Hidroxiapatita (HaP). Se muestran los valores de la dentina sin tratar microbiológicamente (Inicial), desmineralizada por el modelo in-vitro microbiológico desarrollado (Desmi) y después de aplicar una composición de la presente invención (Remi). La barra indica su valor máximo y mínimo. Se indica diferencia estadísticamente significante con un p< 0,00001 (n=90), y un intervalo de confianza de 95%.

Figura 6. Microdurezas Vickers de dentina. Se muestran los valores de la dentina sin tratar microbiológicamente (inicial), desmineralizada por el modelo in-vitro microbiológico desarrollado (Desmi) y después de aplicar una composición de la presente invención (Remi). Gráfico izquierdo efecto composición de la presente invención y gráfico derecho efecto agente comercial. La barra indica su valor máximo y mínimo. Se indica diferencia estadísticamente significante con un p< 0.00001 o p< 0.05, según corresponda (n=90), para un intervalo de confianza de 95%. No existe diferencia estadística significativamente entre el aumento respecto a la muestra remineralizada con composición de la presente invención y con el producto comercial.

Figura 7. Microdurezas Vickers de esmalte. La barra indica su valor máximo y mínimo. Se muestran los valores de la dentina sin tratar microbiológicamente (inicial), desmineralizada por el modelo in-vitro microbiológico desarrollado (desmi) y después de aplicar una composición de la presente invención (Remi). Gráfico izquierdo efecto composición de la presente invención y gráfico derecho efecto agente comercial. Se indica diferencia estadísticamente significante con un p< 0.0001 (n=90), para un intervalo de confianza de 95%. No existe diferencia estadística significativamente entre el aumento respecto a la muestra remineralizada con composición de la presente invención y con el producto comercial.

Figura 8. Micrografías por microscopía electrónica de barrido (SEM) de dentina desmineralizada antes (A) y después (B) de aplicar una composición de la presente invención.

Figura 9. Micrografías por microscopía electrónica de barrido (SEM) de esmalte desmineralizada antes (A) y después (B) de aplicar una composición de la presente invención.

Figura 10. Espectro UV-Vis de los componentes de la composición de la presente invención y sus interacciones A: Cu(H ₂ 0) ₆ F ₂ ; B: Cu(NH ₃ ) ₆ F ₂ ; C: Cu(NH ₃ ) ₆ F ₂ + GO.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención corresponde a una composición con actividad antibacteriana, y que aplicada a una superficie dental permite la remineralización del esmalte, donde la composición resulta de muy baja toxicidad para uso en humanos, y donde su aplicación no deja manchas ni cambia las características de color visibles en piezas dentales donde ha sido aplicada.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En un primer aspecto, la invención corresponde a una composición o agente antimicrobiano que además promueve la remineralización de la superficie de esmalte dental y la dentina.

En una realización particular, la composición comprende al menos 3 componentes seleccionados entre:

i. un agente antimicrobiano inorgánico;

¡i. un agente promotor de remineralización de una superficie de esmalte dental y la dentina;

Ni. un agente inhibidor de la desmineralización de esmalte dental y dentina; y iv. un agente estabilizador que puede además tener propiedades antimicrobianas y puede ayudar a la remineralización.

En una realización aún más específica, el agente antimicrobiano inorgánico se selecciona entre metales y sus sales, óxidos y/o complejos, incluyendo los derivados del cobre, zinc, estaño, y molibdeno, tales como complejos amoniacales de estos metales, en una concentración alta controlada por la adición de un agente solubilizante seleccionado entre diferentes soluciones de amoniaco. La solución de amoniaco se presenta en un rango de concentración en agua entre 1 y un 50 % v/v.

En otra realización específica, el promotor de remineralización se selecciona entre halógenos, en particular compuestos de fluoruros, al que además se le puede adicionar otros agentes mineralizantes particulados tales como cerámicas. Estos mismos promotores pueden además inhibir la desmineralización del diente.

En aún otra realización específica, el agente estabilizador se selecciona entre diferentes estructuras de carbono, específicamente derivadas del grafeno y/o grafito, más específicamente de óxidos de grafito y óxidos de grafeno, y cuando el agente estabilizador se selecciona entre óxidos de grafito y óxidos de grafeno, dicho agente estabilizador además presenta propiedades antimicrobianas y ayuda a la remineralización.

En particular, sin la intención de limitar el alcance de la invención, los componentes más preferidos corresponden a complejos de cobre con flúor. Más específicamente, el cobre está compuesto por un complejo amoniacal de cobre cuyo contra ion es fluoruro (Cu(NH3)6)F2 a un alto pH, típicamente entre 8-12; el agente promotor de remineralización y el inhibidor de la desmineralización más preferido es flúor; y el agente estabilizador más preferido es un derivado del grafito, más específicamente un óxido de grafito u óxido de grafeno.

En una realización más específica, la composición de la presente invención además comprende otros agentes estabilizadores derivados del carbono, como el grafeno, y sus óxidos. En aún otra realización más específica el agente antimicrobiano y remineralizador, en particular (Cu(NH3)6)F2, está presente en una concentración de entre 100 y 40.000 ppm, y el agente estabilizador, en particular un derivado del grafito tipo óxido de grafeno, está en una concentración de entre 0,0001 y 0,02 g/ml.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

EJEMPLO 1 : Evaluación in vitro de la capacidad antibacteriana.

Se realizaron pruebas para demostrar el efecto antibacteriano de la composición de la presente invención, en particular utilizando 25.000 ppm de una solución acuosa amoniacal de (Cu(NH3)6)F2 en presencia de 0,002 g/ml de óxido de grafito, comparándolo con productos que actualmente se encuentran en el mercado y con lo que se considera el estándar en la materia. Estas pruebas han sido realizadas sobre la principal especie bacteriana relacionada con la caries dental. Se concluye que la composición de la presente invención tiene la capacidad de eliminar las bacterias relacionadas con la caries a un nivel similar que otros productos comerciales. Sólo es superado por la clorhexidina, el cual es un compuesto muy activo, pero no tiene las otras funcionalidades que presenta la composición de la presente invención, que se observa en la Figura 1 , donde las áreas de los halos de inhibición para clorhexidina es 659 mm ² ; Producto en el mercado 200 mm ² ; composición de la presente invención 278 mm ² .

EJEMPLO 2: Evaluación in vitro de la citotoxicidad. Para evaluar la citotoxicidad de la composición de la presente invención, se realizaron experimentos de viabilidad de un cultivo celular expuesto a la composición de la presente invención. En particular, se cuantificó la vialidad de células humanas (THP1) mediante un ensayo de actividad mitocondrial (MTT) en contacto con distintas concentraciones de la composición de la presente invención. Además, se comparó este resultado con otros productos comerciales que actualmente se utilizan en el ejercicio clínico rutinario. Se observa que el producto comercial es extremadamente tóxico (0% viabilidad) independiente de la dilución utilizada. Por otro lado, la composición de la presente invención, en su formulación con y sin el estabilizador, presenta altas viabilidades a diluciones del orden de 10 ³ o 10 ⁴ . Se ve además que cualquier producto, incluso la clorhexidina, presentan un grado de toxicidad, por lo que lo más relevante es que la composición de la presente invención es mucho menos tóxica que las alternativas disponibles comercialmente (Figura 2).

EJEMPLO 3: Capacidad de remineralización utilizando un modelo in vitro de caries.

En esta fase se persigue evaluar en un modelo in vitro la capacidad de remineralizar de la composición de la presente invención. Se ha montado un modelo in vitro de desarrollo de lesiones de caries mediante la actividad metabólica de especies microbianas sobre dientes humanos mediante una biopelícula monoespecie. Esto permite producir lesiones similares a las que se producen en un escenario real.

Nuestro primer resultado tiene relación con validar el modelo microbiológico de caries in vitro. Se utilizó el modelo de caries descrito por Ccahuana-Vásquez y Cury ( 2010 Apr- Jun;24(2): 135-41) en el que se lleva a cabo la simulación de un ambiente cariogénico mediante la exposición de bloques de esmalte, dentina o hidroxiapatita de calcio a sacarosa, previa formación de una biopelícula monoespecie de Streptococcus mutans. (Figura 3) Así, se permitirá obtener una zona de desmineralización, la que luego puede ser remineralizada con un agente remineralizador experimental.

Las lesiones de caries artificiales no cavitadas generadas según el protocolo anterior, son sometidas a distintos protocolos de remineralización utilizando distintas concentraciones y tiempos de exposición a una composición de acuerdo a lo descrito en la presente invención. Además, se determinarán diferencias en la remineralización de este producto con aquellos que actualmente se utilizan para este fin.

Para la evaluación de los efectos remineralizantes se utilizarán indicadores de cambios en la dureza superficial (microdureza de Vickers) del tejido los resultados obtenidos se dan cuenta a continuación.

Discos Hidroxiapatita: De acuerdo a los datos obtenidos (n=90) la dureza inicial de los discos de Hidroxiapatita (HAP) es de 5.480,9 MPa con un intervalo de confianza del 95% entre 5.398,6 MPa y 5.562,3 MPa Luego de sometido los especímenes al modelo de desarrollo de una lesión de caries in vitro simulando las condiciones de la boca la dureza es de 5.262,2 MPa con un intervalo de confianza entre 5.192,6 y 5.311 ,3. Esta diferencia entre el disco inicial y el tratado en el modelo de caries, son estadísticamente significativas con un p<0,0001. Luego de someter los especímenes al protocolo de remineralización con la composición de la presente invención, los valores de dureza son 5.416,2 MPa con un intervalo del 95% de confianza entre 5.375 y 5.456,4. La diferencia promedio observada es de 228,5 MPa con un intervalo de confianza del 95% entre 130,4 y 326. (Figura 5). Esta diferencia es estadísticamente significativa al ser comparada con los controles con un valor p< 0,00001. Por lo tanto, se demuestra que la presencia de la composición de la presente invención aumenta la dureza del material lesionado a valores cercanos al que tenía el sistema antes de la lesión. Esto es un indicador de que el producto Composición de la presente invención es capaz de remineralizar.

Dentina y Esmalte: también se evaluaron dientes reales (Figura 6 y 7). Para dentina se tiene un valor inicial de 748,2 MPa, que luego de ser sometido a la desmineralización in vitro baja a 152,9 MPa. Al utilizar nuestra formulación de la presente invención, este valor sube a 259,9 MPa, con una significancia estadística (p < 0,00001). En el esmalte la tendencia es la misma. En ambos casos, el producto comercial presenta los mismos aumentos en dureza en nuestros materiales.

La capacidad remineralizante de nuestra formulación se confirma mediante micrografias por microscopía electrónica de barrido (SEM) de dentina y esmalte, desmineralizada y después de aplicar composición de la presente invención (Figura 8 y 9). Se observa claramente que las muestras después de estar sometidas a composición de la presente invención presentan un cierre asociado a la remineralización.

EJEMPLO 4: Evaluación de la interacción molecular de los componentes de la composición de la presente invención.

La composición de la presente invención ha sido caracterizada como un metal en solución, pero como complejo amoniacal de formula teórica de Cu(NH3)6F2. En la Figura 6 se observa el espectro de absorción UV/Visible que confirma esta estructura.

El corrimiento hacia longitudes menores da cuenta de la formación de complejo metálico amoniacal lo que se observa en un incremento de la solubilidad de la sal en esta solución lo que permite alcanzar concentraciones de fluoruro cercanas a 30.000 ppm, lo que es imposible en solución acuosa.

APLICACIÓN INDUSTRIAL

La presente invención encuentra aplicación en la industria farmacéutica o cosmética, más específicamente en la producción de composiciones para el cuidado de la salud bucal.