Pero a menudo los implantes no cumplen con esa expectativa, y en cambio necesitan reemplazo en cinco a 10 años debido a una inflamación local o enfermedad de las encías, lo que requiere la repetición de un procedimiento costoso e invasivo para los pacientes.

«Queríamos abordar este problema, por lo que se nos ocurrió un implante nuevo e innovador», dice Geelsu Hwang, profesor asistente de la Facultad de Medicina Dental de la Universidad de Pensilvania, que tiene experiencia en ingeniería que aporta a su investigación sobre problemas de salud bucal.

El nuevo implante implementaría dos tecnologías clave, dice Hwang. Uno es un material infundido con nanopartículas que resiste la colonización bacteriana. Y el segundo es una fuente de luz incorporada para realizar fototerapia, impulsada por los movimientos naturales de la boca, como masticar o cepillarse los dientes. En un artículo de la revista ACS Applied Materials & Interfaces y un artículo de 2020 en la revista Advanced Healthcare Materials, Hwang y sus colegas presentan su plataforma, que algún día podría integrarse no solo en los implantes dentales sino en otras tecnologías, como los reemplazos de articulaciones.

«La fototerapia puede abordar un conjunto diverso de problemas de salud. Pero una vez que se implanta un biomaterial, no es práctico reemplazar o recargar una batería. Estamos utilizando un material piezoeléctrico, que puede generar energía eléctrica a partir de movimientos orales naturales para suministrar una luz que pueda realizar fototerapia, y descubrimos que puede proteger el tejido gingival del desafío bacteriano», señaló.

En el documento, el material que exploraron los investigadores fue titanato de bario (BTO), que tiene propiedades piezoeléctricas que se aprovechan en aplicaciones como capacitadores y transistores, pero que aún no se ha explorado como base para biomateriales implantables antiinfecciosos. Para probar su potencial como base para un implante dental, el equipo utilizó primero discos incrustados con nanopartículas de BTO y los expuso a Streptococcus mutans , un componente principal de la biopelícula bacteriana responsable de la caries dental comúnmente conocida como placa dental. Descubrieron que los discos resistían la formación de biopelículas de una manera dependiente de la dosis. Los discos con concentraciones más altas de BTO fueron mejores para prevenir la unión de las biopelículas.

Si bien estudios anteriores habían sugerido que el BTO podría matar las bacterias directamente utilizando especies reactivas de oxígeno generadas por reacciones de polarización eléctrica o catalizadas por luz, Hwang y sus colegas no encontraron que este fuera el caso debido a la eficacia de corta duración y los efectos fuera del objetivo de estos. enfoques. En cambio, el material genera una carga superficial negativa mejorada que repele las paredes celulares cargadas negativamente de las bacterias. Es probable que este efecto de repulsión sea duradero, dicen los investigadores.

«Queríamos un material de implante que pudiera resistir el crecimiento bacteriano durante mucho tiempo porque los desafíos bacterianos no son una amenaza única», dijo Hwang.

La propiedad de generación de energía del material se mantuvo y en las pruebas a lo largo del tiempo el material no se lixivió. También demostró un nivel de resistencia mecánica comparable a otros materiales utilizados en aplicaciones dentales.

Finalmente, el material no dañó el tejido gingival normal en los experimentos de los investigadores, lo que respalda la idea de que podría usarse sin efectos nocivos en la boca.

La tecnología es finalista en el programa acelerador de investigación del Science Center, el programa QED Proof-of-Concept. Como uno de los 12 finalistas, Hwang y sus colegas recibirán orientación de expertos en comercialización. Si el proyecto avanza para ser uno de los tres finalistas, el grupo tiene el potencial de recibir hasta $ 200,000 en financiamiento.

En el trabajo futuro, el equipo espera continuar perfeccionando el sistema de implantes dentales «inteligentes», probando nuevos tipos de materiales y quizás incluso usando propiedades asimétricas en cada lado de los componentes del implante, una que fomente la integración del tejido en el lado que mira hacia las encías y una que resiste la formación de bacterias en el lado que mira hacia el resto de la boca.

«Esperamos desarrollar aún más el sistema de implantes y finalmente verlo comercializado para que pueda usarse en el campo dental», afirmó Hwang.