2021, Número 1-3
Elaboración de matrices de celulosa con propiedades antimicrobianas para su aplicación en periodoncia
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10.35366/102953
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Idioma: Español
Referencias bibliográficas: 27
Paginas: 7-11
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RESUMEN
Introducción: La creación y utilización de diferentes tipos de biomateriales para procedimientos de rehabilitación y regeneración de tejidos es de gran interés en la actualidad. Los hidrogeles de celulosa son biomateriales utilizados para ingeniería de tejidos por tener varias cualidades como biocompatibilidad, no presentan toxicidad, no provocan inflamación y son biodegradables, son adsorbidos en el organismo después de cumplir su función, de fácil procesamiento y con una durabilidad aceptable. El uso de estructuras poliméricas en la regeneración de tejido tuvo sus inicios en la utilización de membranas de diferentes tipos de polímeros como el politetrafluoroetileno (PTFE) o membranas de colágeno para la regeneración de la unión órgano dental-encía. Es bien conocido que la excelente biocompatibilidad y seguridad dentro de los polímeros naturales incluyen colágeno, chitosán, quitina, almidón y celulosa es resultado de sus características biológicas. Objetivo: Esta investigación se enfocó en desarrollar hidrogeles de celulosa con fines regenerativos adicionados con digluconato de clorhexidina, hidróxido de calcio y ozono como método antimicrobiano. Diseño: Se realizaron hidrogeles en cuatro etapas que incluyeron: 1) el lavado de fibras de Agave tequilana Weber; 2) la elaboración de la solución; 3) el de intercambio de solventes y 4) las pruebas microbiológicas. Resultados: Los resultados obtenidos experimentalmente nos indican que el diseño propuesto resultó ser efectivo y eficaz para lograr la inhibición in vitro. Conclusiones: La continuación del proceso de investigación con diseños in vivo sería uno de los caminos para evitar el elevado costo que tienen los tratamientos regenerativos en la periodoncia y así evitar estragos en el presupuesto de nuestros pacientes.En la naturaleza, la celulosa es el material estructural de las células vegetales y es el recurso natural más abundante en el planeta tierra.1-3 Un hidrogel es una biomasa que tiene como finalidad aplicarse como andamio para la regeneración de tejidos.4,5 Se han fabricado hidrogeles a base de polímeros como el hialuronato, chitosán y sus derivados, en el cual existe un gran potencial en el área de los biomateriales.3,6-8 Un hidrogel con base en celulosa es una red polimérica tridimensional entrecruzada, la cual es capaz de absorber agua o fluidos corporales, hincharse sin disolverse y, con el tiempo, ser degradada de forma natural por el organismo sin causar daño alguno.9 Trabajar con polímeros naturales como la celulosa incrementa las propiedades de adhesión celular y formación de tejido del hidrogel, gracias a su hidrofilicidad, biocompatibilidad y biodegradabilidad. En la actualidad, los polímeros naturales son los que más se utilizan como base para la regeneración de tejidos y como cualquier material de uso biomédico, tienen que cumplir una serie de requisitos, tales como ser compatibles con el organismo receptor, es decir, no generar rechazo ni alteraciones y ser biodegradables teniendo una vida media para poder desempeñar su objetivo.3,9 De acuerdo con la capacidad para ser eliminados, los polímeros se clasifican en biodegradables y no biodegradables. Entre los polímeros biodegradables se encuentran los naturales, como el colágeno, la celulosa, el quitosano, etc. La celulosa es el polímero biodegradable natural más abundante, y el acetato de celulosa y la hidroxietilcelulosa como polímeros biodegradables naturales modificados.10,11 Los polímeros biodegradables como la celulosa no provocan algún proceso inflamatorio o tóxico, son absorbidos en el organismo después de cumplir su función, de fácil procesamiento, durabilidad aceptable y fácil esterilización.12-15 Entre los factores que influyen en las propiedades mecánicas en este grupo, se pueden señalar: la selección del monómero y del iniciador de reacción, la presencia de aditivos y las condiciones de procesado. Por otro lado, los factores que influyen en la velocidad de degradación de estos polímeros son: las características del polímero (presencia de enlaces químicos susceptibles a la hidrólisis); la estereoquímica; la hidrofilicidad; el peso molecular; la cristalinidad; las características específicas de la superficie; la temperatura de transición vítrea y de fusión; la presencia de monómero residual o aditivos y distribución de la secuencia y las condiciones del medio (como temperatura, humedad, y pH). Por lo cual se propone adecuar un hidrogel derivado celulósico presente en el deshecho del agave, reduciendo su costo y el impacto ambiental y permitiendo generalizar su uso en el sector público de salud modificando sus características para conferir propiedades antimicrobianas al material.3,9,10
MATERIAL Y MéTODOS
La preparación del hidrogel consistió en obtener la celulosa a partir de la biomasa del deshecho de la planta del agave de la industria tequilera en México para la preparación del hidrogel, empleando para ello hidróxido de sodio (NaOH), ácido sulfúrico e hipoclorito de sodio (NaOCl), para el tratamiento de las fibras y posteriormente utilizando N-dimetilacetamida (DMAc) y cloruro de litio (LiCl) para obtener la solución de celulosa.3
Las fibras fueron lavadas tres veces con agua destilada para remover restos de azúcar por el proceso de manufactura de las fibras y se dejaron secar por dos días. Para el tratamiento de fibras se tomaron 3 g de fibras y se sumergieron en 1,000 mL de NaOH al 10% en constante agitación por 12 horas con una temperatura de 100 oC hasta que se obtuvo un líquido color negro. Posteriormente, se volvieron a lavar las fibras con abundante agua destilada cinco veces para eliminar los residuos de la solución de NaOH en las fibras. Se procedió a pasar las fibras a 1,000 mL de agua destilada pura, agitando constantemente a temperatura ambiente por 24 horas. Después de que las fibras se filtraron, se agregaron 1,000 mL de H2SO4 (ácido sulfúrico) al 4% y se mantuvo en agitación por un periodo de 2 horas a 100 oC. Nuevamente se lavaron las fibras con abundante agua destilada cinco veces hasta que los residuos de H2SO4 fueron eliminados. Se agregaron 10 vol. % NaOCl como un agente blanqueador para obtener unas fibras de color blanco para la preparación de la solución de celulosa. Las fibras se sumergieron en 1,000 mL de NaOCl y agitadas a temperatura ambiente por un periodo de 2 horas. Finalmente, fueron lavadas cinco veces con abundante agua destilada y se dejaron secar por un periodo de dos días.
Para la preparación de la solución de celulosa de agave, las fibras previamente tratadas fueron utilizadas en la solución de DMAc/LiCl. Las fibras tratadas se dejaron en agitación en 300 mL de agua destilada de la noche a la mañana para permitir un hinchamiento. Después de que se removió el agua de la suspensión y se agregaron 300 mL de etanol a las fibras ya hinchadas y la mezcla se agitó por 24 horas. Se removieron los 300 mL de etanol y se colocaron a 300 mL de DMAc. Las fibras se dejaron de un día a otro en agitación. Se les agregaron LiCl y DMAc para obtener 1 wt% de concentración de solución tratada de agave.16 La solución se agitó a temperatura ambiente por un periodo de tres días hasta obtener una solución viscosa. Al obtener la solución de celulosa y antes de la preparación de las películas, la solución se ozonizó durante 15 min.17 Para la preparación de los hidrogeles, se pesaron 10 g de solución y se colocó en una tapa de caja de Petri estéril para transferirlo a un contenedor con 40 mL de etanol por 12 horas y generar la coagulación y obtener los hidrogeles por el método de fase inversa. Después del método de fase inversa, se obtiene un hidrogel transparente. El hidrogel se lava con etanol tres veces y después se pasa a una caja de plástico con agua destilada, y se deja en agitación por 24 horas para eliminar los restos de DMAc. La cantidad de digluconato de clorhexidina e hidróxido de calcio fue variada de 0.1 a 0.025 g, respectivamente.17-20 Los compuestos mencionados fueron añadidos a la solución de celulosa antes de la coagulación de la película, respectivamente.
Para el ensayo microbiológico se utilizaron cepas de S. mutans ATCC 25923 y E. faecalis ATCC 29212, en medio de cultivo agar Mueller-Hinton. Para preparar el medio de cultivo, se pesaron 19 g de agar Mueller-Hinton en 500 mL de agua destilada y se esterilizó para preparación de placas. Para la extensión en placa, las muestras de los microorganismos en la superficie de la placa de agar se extendieron mediante micropipeta (100 µL) y extendiendo la muestra con un asa de Digralsky de cristal estéril.
RESULTADOS
El contenido de digluconato de clorhexidina e hidróxido de calcio añadidos a las soluciones de celulosa varió. Al preparar las películas de los hidrogeles con los compuestos activos, no se observó cambio aparente en las propiedades físicas de las películas obtenidas (Figura 1).
Se obtuvo un hidrogel de forma homogénea sin problemas de fisuras, solamente la coloración fue un poco más turbia no tan clara, a diferencia de los hidrogeles de hidróxido de calcio, entre más cantidad de hidróxido de calcio, más frágil es el hidrogel y la fisura era más común, pues las partículas del hidróxido de calcio no lograron disolverse por completo durante el periodo de agitación para la disolución del hidróxido en la solución de pulpa de celulosa; de cualquier modo, quedó suficiente estructura intacta para poder realizar las pruebas de inhibición bacteriana.
En el caso del ensayo microbiológico, se emplearon Streptococcus mutans y Enterococcus faecalis en medio de cultivo de Hinton. Las bacterias fueron sembradas y se coloraron círculos (con un diámetro de 6 mm) de hidrogeles de cada una de las diferentes muestras preparadas. Los halos de inhibición fueron observados en películas de hidrogeles elaboradas tanto con digluconato de clorhexidina (DC) e hidróxido de calcio (HC) (Tabla 1). De igual manera, cabe destacar que un mayor halo de inhibición fue observado en muestras elaboradas con digluconato de clorhexidina (Figura 2).
DISCUSIóN
Los materiales utilizados como andamios en la regeneración de tejidos deben cumplir con un número de requerimientos bastante complejos, como biocompatibilidad, biodegradabilidad, estructura porosa apropiada, propiedades mecánicas y una superficie química adecuada. Gracias a que no son tóxicos, son biocompatibles y biodegradables, los biopolímeros se han vuelto los materiales más atractivos para producir andamios en ingeniería tisular, al ser materiales muy versátiles.15 Los seres humanos poseen una microbiota oral dominada por bacterias anaerobias, donde el número de bacterias en la cavidad bucal es de alrededor de bacterias/g de placa dental y bacterias/mL de saliva.21-23 El uso de agentes antimicrobianos para la eliminación de microorganismos que causan enfermedades infecciones ha sido discutido por muchos años. La clorhexidina tiene el potencial de reducir los niveles de Streptococcus mutans en saliva y reducir su actividad cariogénica en la placa.18,19 Las propiedades antimicrobianas del hidróxido de calcio se le pueden atribuir a la liberación de iones de hidroxilo altamente reactivos y que su mecanismo de acción puede ser adscrito en los mecanismos de destrucción de la membrana citoplasmática de la bacteria; lisis de proteínas y daño al ADN bacteriano.20 La acción microbicida del ozono es un proceso complejo al actuar en varios componentes celulares, incluyendo proteínas, lípidos no saturados y enzimas respiratorias en membranas celulares, peptidoglicanos en sobres celulares, enzimas y ácido nucleico en el citoplasma, proteínas y peptidoglicanos en recubrimiento de esporas. En los virus, el ozono inactiva bacteriófagos F2 y T4 al atacar la cápsula proteica para liberar e inactivar los ácidos nucleicos.17 La literatura no marca un procedimiento en específico para la aplicación de ozono, digluconato de clorhexidina o hidróxido de calcio a la solución de hidrogeles de celulosa, se experimentó con varios tipos de procedimientos para el ozono y por la naturaleza del ozono, al ser un gas inestable, no se logró una unión con el hidrogel, se descubrió el efecto de preservación que tiene el ozono, de tal manera que se utilizó como mantenedor de hidrogeles en un medio acuoso, proporcionándole al hidrogel un medio aséptico y manteniéndolo libre de la formación de hongo prolongando el tiempo de conservación.15,23-27 Por otra parte, respecto al tratamiento de fibras, fue posible extraer una mayor cantidad de lignina de las fibras de agave mediante tratamiento con NaOH. Después de un tratamiento ácido y alcalino, pudo extraerse lignina, hemicelulosa, ceras y demás componentes de las fibras de agave. Posteriormente, un proceso de blanqueamiento de las fibras tratadas fue necesario. De igual manera, en la preparación de las soluciones de celulosa, una solución transparente y viscosa fue obtenida. Finalmente, mediante la coagulación de la solución de celulosa fue posible obtener películas delgadas transparentes de hidrogeles suaves al tacto y elásticos. En cuanto al ensayo microbiológico, no fue posible incluir el ozono durante el ensayo. Los resultados mostraron diferencia significativa en el tamaño de los halos de inhibición obtenidos al utilizar digluconato de clorhexidina e hidróxido de calcio, siendo la clorhexidina la que mostró halos de inhibición más grandes (Tabla 1 y Figura 2). De igual manera, se pudo observar mejores resultados de inhibición en S. mutans.
CONCLUSIONES
La obtención de hidrogeles de celulosa con propiedades antimicrobianas enriquecidos con hidróxido de calcio y digluconato de clorhexidina fue posible. Halos de inhibición fueron observados en todas las películas de hidrogeles analizadas. Un mayor halo de inhibición fue observado en membranas elaboradas con digluconato de clorhexidina. Por otra parte, similares resultados fueron obtenidos al incrementar la concentración de hidróxido de calcio empleada. La incorporación de ozono como agente microbiano presentó resultados positivos en la preservación de la solución de celulosa y la elaboración y almacenaje de las películas de celulosa. Sin embargo, no fue posible obtener resultados positivos en la incorporación de sólo ozono durante el ensayo microbiológico.
Los resultados obtenidos experimentalmente nos indican que el diseño propuesto resultó ser efectivo y eficaz para lograr la inhibición in vitro, por lo que se recomienda una continuación del proyecto con pruebas in vitro para afianzar los resultados y pasar a las pruebas in vivo para los procedimientos de regeneración de tejido conectivo y tejido óseo, siendo utilizado el hidrogel en este último procedimiento como barrera para la exclusión de tejido blando en defectos óseos y permitir así una regeneración ósea adecuada.
REFERENCIAS (EN ESTE ARTÍCULO)
Eggli PS, Müller W, Schenk RK. Porous hydroxyapatite and tricalcium phosphate cylinders with two different pore size ranges implanted in the cancellous bone of rabbits. A comparative histomorphometric and histologic study of bony ingrowth and implant substitution. Clin Orthop Relat Res. 1988; (232): 127-138.
AFILIACIONES
1 Docente del programa de la Maestría en Ciencias Odontológicas de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. México.
2 Docente del programa de la Especialidad en Periodoncia de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. México.
3 Cirujano Dentista Especialista en Periodoncia de práctica privada. México.
4 Docente del programa de la Especialidad en Patología y Medicina Bucal de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. México.
CORRESPONDENCIA
Eligio Valera González. E-mail: eligio.valera@uacj.mxRecibido: 15 de junio de 2021. Aceptado: 07 de octubre de 2021.