Dr. Manuel Toledano Pérez, investigador de la Universidad de Granada
Tras una vida dedicada a la investigación, el doctor Manuel Toledano Pérez ha logrado situarse como uno de los autores españoles con mayor producción científica. Este catedrático de la Universidad de Granada afirma que su actividad investigadora responde a la necesidad de «descifrar las incógnitas que se vislumbran en la frontera del conocimiento». Director del grupo de investigación «Análisis de superficies e interfases adhesivas en sustratos de interés odontológico» en la Facultad de Odontología granadina, trabaja actualmente en el estudio de nanopolímeros inductores de remineralización dentinaria.
—Uno de los principales retos para la comunidad científica odontológica es prolongar la durabilidad de los adhesivos. ¿Hacía dónde se dirigen las investigaciones en este sentido?
—Es cierto que la durabilidad de las interfases de adhesión dentina-material es un tema que interesa al clínico y al investigador. El mayor inconveniente se presenta por la separación de fases en el conjunto de ingredientes que componen la formulación química del preparado. Debido a que los adhesivos se aplican en un tejido hidratado, la dentina, gran parte de sus componentes han de ser hidrofílicos, por ejemplo, el HEMA. Los ingredientes hidrofóbicos se incluyen para hacer compatible y lograr la unión del adhesivo con el composite o con el cemento de resina a unir a la restauración definitiva. Ambos componentes, hidrofílicos e hidrofóbicos, debieran ir mezclados homogéneamente desde el mismo momento de su preparación, y seguir en ese estado tras entrar en contacto con los tejidos dentales ya preparados para continuar con el procedimiento adhesivo. Lamentablemente, esto no ocurre, por lo que una mezcla defectuosa aplicada en un sustrato tan heterogéneo como la dentina va a provocar problemas clínicos a corto y a largo plazo que obligarán al reemplazo de la restauración o a la realización de un tratamiento más agresivo.
Estamos hablando de situaciones clínicas relacionadas con procesos que favorecen el paso de gérmenes o sustancias nocivas, a través de la interfaz material de restauración-tejido dental (microfiltración) o, incluso, a través de los espacios de colágeno no infiltrado correctamente por el adhesivo (nanofiltración). La desprotección del colágeno resultante conlleva un fenómeno degradativo que puede comprometer la vitalidad pulpar y el pronóstico clínico del diente.
Las metaloproteasas de la matriz dentinaria (MMPs) son las enzimas cinc dependientes que hidrolizan el colágeno desmineralizado y no infiltrado por resina. Si logramos inhibir la acción de las MMPs para proteger el colágeno y, además, remineralizamos ese colágeno para hacerlo funcional estaremos sentando las bases de lo que se conoce como restauración terapéutica. El dopado con cinc de los adhesivos dentales supone una de las innovaciones más prometedoras, orientado a satisfacer este doble objetivo de protección y remineralización del colágeno de la dentina. En esta dirección se plantea nuestra contribución, bajo un punto de vista investigador.
—Otro de los grandes desafíos en Odontología restauradora, tal vez más ambicioso, es conseguir que se produzca la remineralización del tejido dental, y algunas investigaciones ya apuntan al desarrollo de empastes capaces de realizar una acción terapéutica sobre la dentina. ¿Nos puede explicar cómo se está trabajando para conseguir este objetivo?
—Ciertamente, recuperar el mineral perdido por el avance de la caries o por la desmineralización que se produce en el acondicionamiento terapéutico de los tejidos dentales es uno de los objetivos prioritarios en cualquier estrategia de Odontología mínimamente invasiva.
El concepto de restauración terapéutica va unido a la capacidad del material de liberar iones que entrarán en contacto con el sustrato dental, a la facultad de proteger el colágeno desmineralizado contra la acción catalítica de las MMPs de la matriz dentinaria y al potencial remineralizador de dicho material. En este sentido, el cinc incorporado a la formulación de los adhesivos dentales, que actúan como transportadores y liberadores controlados del mismo, ha demostrado ser un excelente protector del colágeno, pues ejerce una inhibición competitiva de las MMPs de la matriz dentinaria y, al mismo tiempo, posee una gran capacidad para estabilizar estructuras proteicas.
De igual modo, protege los núcleos iniciales de los minerales convertibles en futuros cristales de hidroxiapatita y los ayuda a crecer de manera ordenada, secuencial, sincronizada y funcional. Por último, estimula el efecto metabólico, en coordinación con la fosfatasa alcalina, para la remineralización efectiva de los tejidos duros, incluido el hueso.
Sabemos que la exposición dentinaria a ciertos biomateriales, como el hidróxido de calcio o el mineral trióxido agregado, provocan la liberación de algunas enzimas y moléculas bioactivas como factores de crecimiento tisular. Estas moléculas, además, parecen ejercer un efecto positivo en células indiferenciadas del tejido pulpar capaces de provocar procesos de regeneración de tejido dentinario.
De igual modo, el pretratamiento con ácido poliaspártico con o sin trimetafosfato de sodio sobre la dentina previamente acondicionada augura resultados bastante esperanzadores en la aplicación del concepto de restauración terapéutica para la remineralización dentinaria.
—¿Es posible que en un futuro se logre una remineralización dental tan efectiva que permita cerrar una caries de forma fisiológica, sin necesidad de utilizar composites ni amalgamas?
—La respuesta se encuentra en el campo de la ingeniería de tejidos odontológicos. Mediante la aplicación de esta disciplina se pretende regenerar la totalidad del diente o solo una parte, tal como el esmalte, dentina, pulpa, cemento, ligamento periodontal y hueso alveolar. Existen varios enfoques en investigación para lograr este objetivo.
El más avanzado es el que requiere el uso combinado de células madre, un soporte (scaffold) y factores de señalización celular para regenerar un tejido. Pero la aplicación clínica sería complicada en lo que se refiere a manipulación celular. Creo, no obstante, que el descubrimiento que sin duda revolucionará la aplicación de estas técnicas en Odontología es el llamado cellhoming. Hoy día sabemos de la existencia de nichos de células madre en los tejidos peridentales (tejidos óseo, pulpar, gingival, periodontal o papila apical), células que pueden ser activadas si aplicamos los factores químicos de señalización adecuados. Hoy día la técnica de revascularización del canal radicular, en Endodoncia, es un hecho clínico. Se puede lograr gracias al estímulo de células de la papila apical.
Del mismo modo, células madre del tejido pulpar pueden ser estimuladas para producir un tejido muy similar a la dentina. La regeneración de novo del diente completo se ha desarrollado en dos líneas diferentes: la primera, el cultivo in vitro de células y tejido de sostén para desarrollar un germen o primordia dentario que, con posterioridad, podremos implantar en un alveolo edéntulo; y, en segundo lugar, la implantación o inyección in vivo de células pluripotenciales tratadas y cultivadas in vitro que son capaces, tras su implantación, de estimular la aparición de un germen dentario. Para ello, se adoptan como modelo los procesos biológicos que se producen durante el desarrollo dentario. Curiosamente, el único tejido que no se ha logrado regenerar ha sido el esmalte dentario y tampoco se reproduce de modo exacto la forma anatómica de la corona del diente. Las únicas células que no hemos conseguido hacer proliferar a partir de las células existentes en el espacio perirradicular son los ameloblastos; son células derivadas del ectodermo incapaces de regenerarse una vez que alcanzan su madurez. En cualquier caso, todo se encuentra en una fase experimental bastante avanzada y a día de hoy podemos establecer que esta regeneración del diente completo no se puede extrapolar a la clínica.
—¿Cuáles son los nuevos materiales que cree usted que marcarán un hito en Odontología?
—No sabemos a ciencia cierta cuáles de los actuales biomateriales en estudio van a jugar un papel protagonista en un futuro más o menos inmediato, pero creo que los composites con capacidad de regenerar o remineralizar dentina, los adhesivos nanoparticulados, las circonias reforzadas con vidrio y los nuevos sustitutos de hueso para terapia del maxilar van a ser bastante referidos.
—¿Hacia dónde se dirige la evolución de los biomateriales?
—Esta evolución está orientada a obtener una mejora en el estado de la salud oral, a expensas de un sacrificio mínimo de tejido oral y al alcance de una mayor capa poblacional. El concepto de Odontología mínimamente invasiva promueve la preservación del tejido natural y la defensa de la prevención de la enfermedad o la implementación de procedimientos que permitan su detección precoz o la interceptación de su progreso. En términos generales, esta orientación está influida por disciplinas de vanguardia, como la ingeniería tisular, aplicada, por ejemplo, al aumento del reborde alveolar, la cirugía de hueso en el territorio maxilofacial y la sustitución del ligamento periodontal. La aplicación, al mismo tiempo, de materiales llamados «inteligentes» representa una estrategia innovadora en la moderna clínica odontológica.
Gran parte de los modernos composites están basados en nanotecnología de polímeros con baja contracción de polimerización, fotoiniciadores más efectivos, mejores rellenos a base de aglomerados y sistemas de curado más homogéneos que facilitan una estética más conseguida y un mejor comportamiento mecánico; todo ello unido a niveles de acabado y pulido nunca conseguidos, que redundan en una mínima capacidad de tinción y de adherencia bacteriana. Quedan por resolver cuestiones que afectan al grado de polimerización, por lo que se proponen los siloranos o fenómenos de degradación de la interfaz relleno-sílice, cuestión que se encuentra en el origen de las cerámicas modificadas orgánicamente, que no son sino composites dentales procesados mediante un sistema sol-gel con partículas de polímeros orgánicos y vidrios cerámicos. Durante la última década ha habido un interés creciente en materiales nanoestructurados de aplicación dental. Las nanopartículas en los sistemas de liberación controlada de fármacos y scaffolds nanoestructurados son dos ejemplos de esta moderna Odontología.
«Análisis de superficies e interfases adhesivas en sustratos de interés odontológico».
El mayor inconveniente que plantean los actuales adhesivos dentinarios es la degradación de la interfaz dentinaria por falta de una correcta hibridización. Dopar con cinc los adhesivos dentinarios para inhibir las metaloproteasas de la matriz y estimular procesos regenerativos del colágeno desmineralizado son prioridades de la moderna ingeniería de materiales dentales. La evolución de los cementos de ionómero de vidrio está motivada por el intento de mejorar sus propiedades y promover remineralización, interviniendo en la modificación de los componentes del polvo y de los polímeros. Actualmente se han incorporado nanopartículas metálicas, vidrios modificados y fosfopéptidos con caseína. La inclusión de ortofosfatos parece ser que ayuda a formar hidroxiapatita, fluorapatita o estroncio-fluorapatita. Recientemente, los carbómeros de vidrio o nano-ionómeros parecen originar una remineralización biomimética y estable. Los trióxidos de mineral agregado (MTA) y otros vidrios bioactivos, recientemente incorporados a la clínica odontológica, también representan un importante avance en el campo de la regeneración de tejidos duros colindantes con la pulpa dental.
De igual modo, el mundo de los materiales comúnmente usados en Implantología avanza a un ritmo vertiginoso. El material estrella con el que se confeccionan sigue siendo el titanio, y prácticamente todos los avances que se propician mediante su uso se orientan a modificar su superficie a través de métodos substractivos (arenado con partículas de cerámica o grabado ácido), aditivos (plasma activo) o subtractivos y aditivos conjuntos (anodización).
Todos estos métodos contribuyen a mejorar la topografía de la superficie, en términos físicos (micro y nanorugosidad), químicos y biológicos. A veces, el tratamiento de la superficie del implante con un solo producto puede afectar a las tres esferas, como ocurre con el ácido hidrofluorídrico, que induce cambios topográficos a nivel de nanoescala y, al mismo tiempo, estimula la proliferación de colágeno y la síntesis de diferentes enzimas por parte de las células madre mesenquimatosas. Existe una nueva generación de recubrimientos a base de nanocomposites que está resultando bastante prometedora para el futuro de la Implantología.
Con el envejecimiento de la población resulta extremadamente importante encontrar nuevos materiales, particularmente, membranas bioactivas y scaffolds para la regeneración tisular guiada y regeneración ósea. La tecnología actual y los resultados de la literatura reciente sugieren que las membranas bioactivas y las nanofibrosas en multicapas tienen un potencial destacado en la ingeniería de tejidos periodontales. Uno de los problemas que se está intentando superar actualmente es el del pequeño tamaño de poro que se obtiene entre las nanofibras procesadas con electrospinning, que dificultan una infiltración celular y vascularización efectivas.
—¿Qué nos puede decir sobre el avance que está aconteciendo en la tecnología de los biomateriales?
—Los avances en la tecnología CAD/CAM han hecho cambiar, de manera drástica, la manera de practicar la prostodoncia y han catalizado la investigación en el campo de la cerámica sin metal y sus aplicaciones clínicas. En todas las cerámicas de núcleo o estructura interna, tanto en la aluminosa como en la circoniosa, esta tecnología evoluciona prácticamente por días. Las propiedades clínicas ideales de aplicación universal no se han alcanzado todavía en las cerámicas de recubrimiento. En la actualidad, se está desarrollando un ingente esfuerzo en conseguir un comportamiento mecánico, estético, de ajuste y unión a las estructuras dentales como en pocos campos de la Odontología.
—Actualmente su grupo de investigación se halla inmerso en el estudio de nanopolímeros inductores de remineralización dentinaria. ¿Nos puede resumir este proyecto?
—Los materiales de restauración odontológica requieren desmineralización de la dentina aplicando ácidos para realizar una posterior infiltración con resinas hidrofílicas, que quedarán atrapadas en la matriz de colágeno desmineralizada, creando una interfase adhesiva denominada «capa híbrida». Esta infiltración nunca es completa y el colágeno desmineralizado por el ácido es susceptible de degradación si no se acelera su remineralización; de este modo, se ve comprometida la longevidad de las restauraciones. La remineralización tisular es una de las metas que persigue la moderna ingeniería de tejidos y también la operatoria dental. Su consecución requiere un enfoque multidisciplinar por implicar conocimientos y tecnología situados en la frontera de distintas áreas. El colágeno no mineralizado es degradado por proteasas presentes en los tejidos biológicos; esta hidrólisis impedirá su remineralización y, por tanto, la regeneración del tejido dañado o perdido. Las enzimas metaloproteasas pueden inhibirse gracias a la presencia de cinc en el medio. La remineralización de estos tejidos puede, por tanto, conseguirse a través de la acción de biomateriales, que deben cumplir los siguientes requisitos: 1) liberar iones calcio y fosfato; 2) actuar como agentes secuestrantes de calcio y fosfato, que faciliten la formación de fosfato de calcio amorfo; 3) actuar como nucleadores, posibilitando la formación de nanocristales de apatita mediante su unión al colágeno (bioactividad); 4) proteger el colágeno de la degradación por proteasas, lo que puede conseguirse a través de la liberación de cinc; y 5) proporcionar unas condiciones de pH que favorezcan la formación de mineral.
Nos planteamos, por tanto, el desarrollo de nanopartículas poliméricas bioactivas (capaces de precipitar y acumular calcio y fosfato en su superficie), que puedan ser vehiculizadas en resinas hidrofílicas biodegradables y ser inmovilizadas en el colágeno (mediante unión de sus radicales COO-). Estas partículas deben ser capaces de acumular una carga de cinc eficaz para inhibir las metaloproteasas tisulares y permitir la liberación/recarga controlada de todos estos iones. Las nanopartículas actuarán como análogos biomiméticos de las proteínas encargadas de la fosforilación del colágeno (fosfoproteínas). Estas nanopartículas se están ensayando en un modelo biológico real, la interfase adhesiva dentinaria. Estamos procediendo al diseño de un adhesivo dentinario que contiene las nanopartículas bioactivas como relleno y se comprobará la capacidad de remineralización del tejido dental, en presencia del adhesivo diseñado.
Los objetivos principales del proyecto son, por tanto, el diseño de nanopartículas poliméricas bioactivas y la formulación y síntesis de un adhesivo dentinario con relleno nanopolimérico, que facilite la remineralización del tejido dentinario. Los resultados esperados del presente proyecto son las nanopartículas bioactivas y el nuevo material adhesivo formulado, ambos potencialmente transferibles a la industria.
—¿Cómo ha afectado la crisis económica a la comunidad científica que desarrolla su carrera en torno a la investigación?
—Negativamente, como cabe esperar. La escasez de recursos incide directamente en la productividad, en términos cualitativos. Cuando no se puede adquirir nuevo equipamiento, comprar fungible o contratar a un investigador o a un técnico debido a una financiación reducida, lógicamente la productividad se resiente y disminuye el potencial competitivo, esto expresado en términos económicos y académicos. La situación que se genera se refleja a nivel de grupos de investigación, de universidad e incluso afecta al valor nacional.
Además, el plan de formación de los investigadores se compromete pensando en el futuro de la universidad. Si no se prepara ni se forma de una manera adecuada un futuro profesor mediante una metodología y unos recursos basados en la innovación y en la excelencia, el relevo generacional se debilita, aumenta la dependencia externa y disminuye, o incluso desaparece, la referencia. La consecuencia directa es que esta profesionalización limitada va a redundar directamente en la calidad de la formación de los futuros odontólogos y, por tanto, en la salud oral de la población que ellos van a atender.
Por el contrario, la escasez de recursos lleva apareada un esfuerzo de imaginación porque obliga a obtener el máximo aprovechamiento de los disponibles, estableciendo relaciones con otros grupos y recurriendo a la empresa privada como fuente de nuevas colaboraciones, y esto puede ser bueno para la universidad, la industria y la sociedad.
Autor de publicaciones científicas
En un estudio elaborado por el grupo para la Difusión del Índice H (DIH), donde se incluyen 3.897 investigadores de la base de datos ISI Web of Knowledge, se sitúa al Dr. Manuel Toledano como el autor con mayor producción científica referida en España en Odontología. Al respecto, el investigador declara: «No me he planteado las razones por las que hemos logrado que la productividad de nuestro grupo se encuentre entre las más referidas. Quizás se deba a ese impulso que tiene todo investigador que le lleva a querer descifrar las incógnitas que se vislumbran en la frontera del conocimiento. Los profesores queremos enseñar lo que ya está asentado, pero también transmitir a los estudiantes y a la comunidad científica los avances que se producen en nuestro campo, a nivel nacional e internacional. Nuestro empeño siempre ha sido el hacer llegar al mayor número de lectores el resultado de nuestras investigaciones, pero al mismo tiempo, canalizando esta información a través de los medios más fiables, que son las revistas de mayor impacto. Si además consideramos que prácticamente toda la financiación de la que disfrutamos es pública, producto de convocatorias competitivas dentro del Plan Nacional de Investigación, se puede comprender y apreciar la objetividad de nuestros resultados. Quizás este factor también haya contribuido a la mayor diseminación de nuestra productividad».
La investigación, fuente de satisfacción
«La idea de pertenecer a un grupo de investigación es atractiva de entrada, pero cuando esta pertenencia se ejerce con responsabilidad resulta, como mínimo, desafiante. Ser consciente de que, con nuestro esfuerzo intelectual, hemos contribuido a trazar el estado del arte en alguna materia supone una satisfacción plena que trasciende a todas las esferas de la vida, personal, profesional, social y familiar. Investigar es una opción profesional que sólo cobra sentido cuando nace de una vocación, se orienta a un grupo con disciplina y con financiación, contando con entidades que confíen en tu capacitación y que apuesten por tu valía».
