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Biología del Movimiento Dental Ortodóntico

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Biología del Movimiento Dental Ortodóntico @munevarjuan

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Biología del Movimiento Dental Ortodóntico

  1. 1. CONTENIDO1. Generalidades2. Remodelado óseo3. Mecanismos de movimiento dental 1. Presión - Tensión 2. Bone bending 3. Señales bioeléctricas4. Procesos celulares y moleculares 1. El proceso inflamatorio 2. Transducción de señales Conclusiones.
  2. 2. IntroducciónEl propósito del tratamiento dental ortodóntico es desplazar los dientes lo mas eficientemente posible con los mínimos efectos adversos posibles para el diente y los tejidos de soporte Durante los últimos 100 años se han publicado muchos estudios relacionados con el movimiento dental ortodóntico y las reacciones celulares, tisulares y moleculares. Krishnan and Davidovitch, 2006; Masella and Meister, 2006; Meikle, 2006; Wise and King, 2008Martina von Bohl y Anne Marie Kuijpers-Jagtman (2008) . European Journal of Otrthodontics. 31: 30 - 36
  3. 3. GENERALIDADES El movimiento dental fisiológico es el desplazamiento realizado por el diente para mantener su posición funcional; asociado a erupción, crecimiento dental y movimientos por fuerzas externas. El movimiento dental por aplicación de fuerzas ortodónticas se caracteriza por el remodelado en los tejidos dentales y periodontales • Complejo dentinopulpar • Periodonto El ligamento periodontal y el hueso alveolar resisten el movimiento dental.Krishnan V, Davidovitch Z (2006) Am J Orthod Dentofacial Orthop 129, 469 e.1 – 469 e.26
  4. 4. El movimiento dental fisiológico es un proceso lento que ocurre principalmente en dirección vestibular gracias a regiones de tensión – presión en el periodonto El movimiento ortodóntico puede ocurrir rápida o lentamente según las características físicas de la fuerza aplicada y la respuesta biológica del ligamento periodontal (PDL): ‫ ﭳ‬Alteraciones de la vascularización del PDL. ‫ ﭳ‬Alteraciones hemodinámicas y de la permeabilidad vascular. ‫ ﭳ‬Síntesis y liberación de mediadores bioquímicos y factores solubles. Neuropéptidos, citocinas, factores de crecimiento y metabolitos del ácido araquidónicoReitan K. (1960) Am J Ortho. 46 881 - 890 .
  5. 5. Movimiento ortodóntico / Movimiento ortopédico• La fuerza ortodóntica: Fuerza aplicada al diente con el propósito de efectuar un movimiento dental, con una magnitud de 20 – 150 g / diente. Tratamiento ortodóntico para efectuar el movimiento dental mediante el remodelado y cambios adaptativos en el periodonto.• La fuerza ortopédica: Fuerza destinada a producir un efecto esquelético en el complejo maxilofacial, con una magnitud de > 300 g. Ortopedia craneofacial para modificar la forma de los huesos craneofaciales.
  6. 6. Fuerza ortodóntica óptima• “La fuerza que permite un cambio en la presión tisular similar a la presión sanguínea de los vasos capilares, para prevenir su oclusión en las regiones de compresión del ligamento periodontal” Schwarz A. Int J Orthod.1932. 18: 331- 352.• Estímulos mecánicos extrínsecos que evocan una respuesta celular que busca restaurar la homeostasis mediante el remodelado de los tejidos periodontales de soporte. Proffit W. R. Biologic basis of orthodontic therapy. 3 ed. 2000. Mosby Carga mecánica que permite el máximo movimiento dental con mínimo daño irreversible a la raíz, PDL y hueso alveolar (150 – 200 G. Oppenheim & Reitan; Storey & Smith)
  7. 7. Mecanismos de movimiento dental Principales mecanismos propuestos: ‫ ﭳ‬Teoría “PRESION – TENSION” ‫ ﭳ‬BONE BENDING ‫ ﭳ‬SEÑALES BIOELECTRICASMasella R, Meister M. (2006) American Journal Of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics 129: 458 – 468.
  8. 8. TEORIA PRESION TENSION Sandstet (1904); Oppenheim (1911); Schwarz (1932)‫ ﺶ‬ZONA PRESION: Desorganización del PDL,disminución celular y de la producción defibras, contracción vascular, reducción delflujo sanguíneo, hipoxia, reabsorción ósea‫ ﺶ‬ZONA TENSION: Estiramiento del PDL, aumento delnúmero de células, incremento en laproducción de fibras colágenas, inducciónde la actividad osteoblástica ‫ ﻱ‬Reabsorción en áreas de presión y reabsorción indirecta o socavante (hialinización) en los espacios adyacentes de la medula ósea.
  9. 9. HIALINIZACION HISTOLOGIA ‫ ﻱ‬Presencia de núcleos picnóticos, ‫ ﻱ‬Zona acelular en el PDL. ‫ ﻱ‬Pérdida de la arquitectura tisular ‫ ﻱ‬Coloración eosinofila (hialina) ‫ ﻱ‬Células fagocitarias periféricas. ‫ ﻱ‬Actividad osteoclástica ‫ ﻱ‬Resorción ósea. Las fuerzas ortodónticas no deben exceder la presión del lecho vascular capilar (20 -25 g/cm2 de superficie radicular)
  10. 10. HIALINIZACIONSe asume que un sistema defuerzas óptimo es importante paraproducir una respuesta biológicaadecuada en el periodonto • Tipo y magnitud de la fuerza Storey and Smith, 1952; Reitan 1985; Maltha y col/2004 • Duración del tratamiento Pilon y col/1996 • Respuesta individual Von Bohl y Kuijpers, 2008 • Estado de salud del paciente
  11. 11. BONE BENDING Farrar J N, 1888; Baumrind S, 1969. El PDL es un sistema hidrostático continuo El flexionamiento del hueso alveolar juega un papel importante en el movimiento ortodóntico. Farrar J N, 1888. New York, De Vinne Press. 658 ‫ ﺶ‬Cualquier fuerza distribuida a lo largo del PDL debería transmitirse equitativamente a lo largo de todas sus regiones Las fibras del PDL no afectan la distribución por estar inmersas en la sustancia fundamental.Baumrind S (1969) American Journal Of Orthodontics. 55: 12 – 22
  12. 12. SEÑALES BIOELECTRICAS Basset CAL & Becker RO, Science. 1962 La aplicación de fuerzas mecánicas genera potenciales eléctricos en los tejidos implicados ‫ ﺶ‬Se generan cargas en las macromoléculas que interactúan en sitios específicos o mobiliza iones a lo largo de las membrana celular. El lado cóncavo del hueso sometido a tratamiento ortodóntico es ELECTRONEGATIVO y favorece la actividad osteoblástica. Las superficies convexas son ELECTROPOSITIVAS / NEUTRAS muestran elevada actividad osteoclástica.Zengo AN, Basset CA et al (1974) American Journal Of Orthodontics. In vivo bioelectric potentials in the dentoalveolar complex. 66: 130 – 139
  13. 13. REMODELADO OSEO
  14. 14. MATRIZ EXTRACELULAR SIBLINGS Small Integrin Binding Ligand, N- Linked Glycoprotein Fracción inorgánica: 65%. Cristales de Hidroxiapatita (Ca10 (PO4)6 (OH)2. Calcio, Fosfato y Carbonato. Proporción de 10:6:1Fernández-Tresguerres I. (2006) Med Oral, Patol Oral, Cir Buc.11; 47 – 51.
  15. 15. CELULAS IMPLICADAS• FIBROBLASTOS• ENDOTELIO• OSTEOBLASTOS• OSTEOCITOS• OSTEOCLASTOS• CELULAS DE REVESTIMIENTO (linning cells)• OTRAS
  16. 16. REMODELADO OSEO Renovación continua de la matriz orgánica y mineral del hueso que involucra en primer lugar un aumento en la resorción y mas tarde reactiva la formación ósea que se efectúa en sitios especificos de actividad celular ciclica (BMU). Permite la renovación de un 5% del hueso cortical y un 20 % del trabecular al año. La tasa de renovación es de un 5-10% del hueso total al año. El remodelado óseo existe toda la vida, pero sólo hasta la tercera década el balance es positivo.Frost, H.M., 1963. Bone Remodeling Dynamics, Charles C. Thomas, Springfield,
  17. 17. Fernández-Tresguerres I. (2006) Med Oral, Patol Oral, Cir Buc.11; 151 – 57.
  18. 18. MODELADO OSEOEl proceso de modelado óseo (los huesos aumentan de longitud y diametro)carece de actividades ciclicas localizadas de acoplamiento entre resorción yformación sobre la superficie ósea en modelado.La resorción y la aposición óseas en el modelado óseo ocurren ensuperficies separadas; por lo tanto la activación en el modelado óseo puedeefectuarse por resorción o formación óseas (Frost, 1973; Burr and Martin, 1989)
  19. 19. • Inhibe la resorción ósea CALCITONINA •Excreción renal de Ca2+ VIT. D 3 PTH HORMONAS CALCIOTROPAS (Calcitriol)•Estimula la resorción ósea • Favorece la mineralización.•Adsorción intestinal y renal de Ca2+ •Absorción intestinal y renal de Ca2+ REGULACION ENDOCRINAESTROGENOS HORMONAS INESPECIFICAS GLUCOCORTICOIDES TIROXINA
  20. 20. PROCESOS CELULARES Y MOLECULARES
  21. 21. PROCESO INFLAMATORIO 3 FASES DEL MOVIMIENTO DENTAL: Inicial, estacionaria, post estacionariaALTERACIONES:• Hemodinámicas• Permeabilidad vascular• Celulares Mediadores bioquímicos
  22. 22. La respuesta inflamatoria causa destrucción tisular Activación de linfocitos B, Linfocitos T, síntesis y liberación de mediadores químicos de la inflamación. Citocinas pro inflamatorias y factores de crecimiento asociados con la reabsorción ósea: IL-1 TNF-α REMODELADO OSEO - Depósito ResorciónTeng YT. (2003) Crit Rev Oral Biolo Med. 14: 237 - 252
  23. 23. Pérdida del tejido conectivoElevada actividad de remodelado del colágeno en el ligamento periodontal  La perturbación de la función de los fibroblastos durante el proceso inflamatorio Aumento de la expresión de MMP’s que degradan colágeno Bloqueo de mecanismos que controlan la destrucción tisular: Inhibidores Tisulares de las Metaloproteinasas de la Matriz
  24. 24. Factores solubles moduladores del remodelado óseo
  25. 25. Prostaglandinas, citocinas, IL’s y vitamina D E2 T TGFβEstroma/osteoblastos GCs IFNγ T T OPG, RANKL, M- TNFα, IL-1, IL-6, CSF IL-7, otras IL’s RANKL TNFα HSC M-CSF M-CSF + Dentina c-Fms- c-Fms+ c-Fms+ RANKL RANK- RANK- RANK+ OPG Hueso
  26. 26. OsteoclastosFENOTIPO 1. Célula Gigante Multinucleada. 2. Características ultra estructurales. 3. Actividad TRAP (+) 4. Responde a Calcitonina. 5. Expresión de RANK. 6. Integrina αvß3 M.E.C M.E.C
  27. 27. Osteoclastos HCO Cl- RANK - RANK 3C-Fms C-Fms H+ HCO3- Cl- Cat K αvβ BordeZona H Cl + - rugoso 3clara M.E. Zona clara C M.E.C M.E.C
  28. 28. HCO Cl - - 3Cat K H+ HCO3 Cl- - αvβ3 Núcleo H+ Cl- M.E. C :: Microtúbulos xxx :: x xxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx xxxx :: xxxxx :: xxxx xxxx xxxx xxx :: :: xxx xxxxxxx x xxxxx xxx x Estímulos xxxxx :: Borde en :: :: :: cepillo . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................. . . . αvβ3 M.E.C.
  29. 29. Diferenciación y destino CSF-GM PTH, IL1, Vit. DCélula Stem Fusión Proliferación DiferenciaciónApoptosis Adhesión Polarización Resorción
  30. 30. © American Society for Bone and Mineral Research. Primer, F. Patrick Ross, Ph.D.
  31. 31. Resorción ósea.
  32. 32. RECEPTORES FAMILIA TNFRANK-L = OSTEOBLASTOS, CELULASESTROMALES DE LA MEDULA ÓSEA,FIBROBLASTOS OPG = CELULAS DEL ESTROMA DE MEDULA OSEA, OSTEOBLASTOS, FIBROBLASTOS DEL LIGAMENTO PERIODONTAL Inhibidor de la activación y la diferenciación osteoclástica La interferencia con el sistema RANK/RANKL/OPG podría desencadenar el desequilibrio óseo:  >Formación ósea  > Resorción ósea. RANK = PRECURSORES DE OSTEOCLASTOS, OSTEOCLASTOS
  33. 33. REGULACION DEL SISTEMA RANKL/OPG/RANK.
  34. 34. REMODELADO OSEO ALTERADO RANK (Receptor of Nuclear Factor Kappa) y su ligando RANK-L: Diferenciación de preosteoclastos Activación y mantenimiento de osteoclastos.Goldring S R. (2003) inflammatory mediators as essential elements in bone remodeling. Calcif Tissue Int 73: 97-100
  35. 35. OSTEOCLASTOGENESIS
  36. 36. TRANSDUCCION DE SEÑALES
  37. 37. Mecanismo por el cual una célula responde a losestímulos que recibe del medio ambiente mediantedifusión de esas señales hacia sus compartimentosinternos. Juan Carlos Munévar N
  38. 38. ETAPAS DE LA COMUNICACIÓN CELULAR POR SEÑALES EXTRACELULARES• Sintesís de la molécula señal.• Liberación de la molécula señal• Transporte de la señal a la célula blanco• Deteccción de la señal por una proteína receptora especifica.• Cambio en el metabolismo celular, en la función, o desarrollo desencadenado por el complejo señal – receptor.• Remoción de la señal, lo cual termina usualmente la respuesta celular
  39. 39. RANK // RANKL RANK RANKL RANK • MyD88 (adaptador) • IRAKs (IL-1RI associated kinases) • TAK1 (TGFB activated kinase) • TAB1 / 2 (TAK binding protein) • TRAF6(TNF receptor associated factor 6)
  40. 40. c-Fms RANK TNFR1 α vβ 3 IL1-R1 p38 Ca++ERKs c-src ERKs JNK c-src IKKβ JNK IRAK CaM PI3K PI3K CNE2F Mitf AP1 NFκB AP1 NFκB AKT AKT NFATc1 NFATc1 P C S D D C S D D D = Cinasa P = Proliferación C = Reorganización del citoesqueleto = Factor de S = Supervivencia Transcripción D = Diferenciación
  41. 41. REGULACION DE LA EXPRESION DE GENES. 1. Estructura de la cromatina 2. Inicio de la transcripción 3. Procesamiento y modificación del transcrito 4. Transporte del ARNm 5. Estabilidad del transcrito 6. Inicio de la traducción 7. Modificaciones post - traduccionales 8. Transporte de proteínas 9. Control de la estabilidad proteíca
  42. 42. Factor de Transcripción activado por: Heterodímero inactivo en el citosol: Citocinas Citocinas 2 subunidades p50 / p65 asociado con un inhibidor Iκ B Esteres de forbol Esteres de forbol Factores de crecimiento Factores de crecimiento Lipopolisacáridos Lipopolisacáridos TNF TNF Ácido Okadaico Ácido Okadaico Análogos de AMPc Análogos de AMPc p50 / p65Poseen dominios que reconocen motivos específicos de ADN.
  43. 43. Factor de Transcripción con dominios que reconocen motivos específicos de ADN.La disociación del complejo p50 / /p65 / /IkB:: La disociación del complejo p50 p65 IkB Iκ B Inactivado por PKC / PKA Fosforilación / DesfosforilaciónNFkB se transloque al núcleoNFkB se transloque al núcleo Motivo κ B en el ADN Motivo κ B en el ADN 5’-GGGPuNNPiPiCC-3’Secuencias promotoras / enhancers
  44. 44. Genes con motivo κ B •• IL-6 IL-6Regula: Linfocitos T y B Linfocitos T y B♣ Expresión de citocinas •• Interferón Β Interferón Β•Proliferación celular Actividad antiviral //antiproliferativa Actividad antiviral antiproliferativa• Diferenciación celular •• GM-CSF GM-CSF• Respuesta inflamatoria• Respuesta inmune Activación de neutrófilos, macrófagos Activación de neutrófilos, macrófagos Sensible a estímulos que señalan un proceso inflamatorio
  45. 45. La transcripción de genes activados por el AMPc está regulada por FACTORES DETRANSCRIPCION que se unen al elemento de respuesta CRE en el ADN.CRE: AMPc response element.
  46. 46. GENES CON MOTIVO C.R.E. 1. Tiroxina hidroxilasa 2. Somatostatina 1. Enzimas metabolismo intermedio 2. Péptidos Bioactivos. 3. Fibronectina plasmática. 4. Proto oncogen c-fos
  47. 47. MOTIVO C.R.E. Elementos de respuesta Motivos octaméricos al AMPc del ADN Secuencia CONSENSUS: 5’-TGACGTCA - 3’ Localización:CREB: CRE BINDING PROTEINS. 1. Núcleo celular.Factores de transcripción de genes 2. Fosforilados por PKAque poseen el motivo C.R.E.
  48. 48. MECANISMO DE ACCION. > [cAMP]° inducen la translocación de la subunidad catalítica P.K. A1. La P.K. A fosforila las proteínas CREB.2. Factores de Transcripción se une a C.R.E.3. TRANSCRIPCION DE GEN ESPECIFICO
  49. 49. EXPRESION DE GENES.Los factores de transcripción C.R.E.B pueden serfosforilados por:1. P.K.A (Células mesenquimatosas.)2. Quinasas I y II Ca2/Calmodulina (Neuronas.) Transcripción de genes distintos.
  50. 50. FACTOR MOTIVO INFORMACION C-Myc: oncogen retroviral, se asocia C-Myc / Max CACGTG con Max. Oncogenes retrovirales c-Fos / c-Jun TGAC/GTC/AA Factor AP-1 Une a CRE, familia de al menos 10 CREB TGACGC/7C/AG/A factores, dímeros con c-Jun Oncogen retroviral, miembro de la C-ErbA; (TR: Receptor de la G/CA/CGGAA/TGT/C superfamilia de receptores hormona Tiroidea) hormonales esteroides/tiroides Oncogen retroviral predominante en C-Ets G/CA/CGGAA/TGT7C células B y T Familia de factores específicos de GATA T/AGATA líneas eritroides Oncogen retroviral, factor especifico C-Myb T/CAACG/TG de células hematopoyéticas c-Rel: Oncogen retroviral, NFkB & c-Rel GGGAA/CTNT/CCC predominan en células B y T Une elementos RARES, así como RAR ACGTCATGACCT sitios c-Jun / c-Fos Presente en genes inducibles por GGATGTTCCATATTAGGA SRF (Serum response factor) factores de crecimiento presentes CATCT en suero Activación por proteínas quinasa. El motivoISGF3 (Interferon α stimulated gene factor 3) A/GGAAAA/GNGAAACT ISRE presente en genes de respuesta antiviral y antitumoral
  51. 51. FORMACION OSEA
  52. 52. OSTEOBLASTOS 1. Célula Polarizada, diferenciada y FENOTIPO especializada 2. Vesículas matriciales. 3. Cbfa-1 (Runx-1/2) 4. Actividad PAL (+) 5. Responde a PTH 6. Expresión de RANKL. 7. Sintesís de OPG, proteínas colágenas y no colágenas óseashttp://depts.washington.edu/bonebio/ASBMRed/cells.html#oclasts
  53. 53. Osteoblastos Mesenquima Osteoblasto Producción MEC Mineralización/ Osteoide maduración ~10días Osteocito ApoptosisAlberts et al. Mol Bio. Cell, 4th Ed.
  54. 54. Factores solubles Endocrina Paracrina Autocrina Hormona Paratiroidea Proteína relacionada PTH TGFβ1, 2, 3(PTH) ( resorción ósea*) Vitamina D Factores de crecimiento FGF 1, 2 ( resorción ósea*) transformante (TGF) β1,2,3 Calcitonina Factor de crecimiento IGF´s ( resorción ósea*) fibroblástico (FGF) 1, 2 Glucocorticoides IGF’s PDGF’s Esteroides (E, T) Proteínas óseas BMP 2-7 morfogéneticas (BMP) 2-7 Insulina (PDGF’s) OTROS Interleucina-6
  55. 55. BIOMINERALIZACION
  56. 56. BIOMINERALIZACIONDEFINICIÓN Precipitación de sales insolubles de fosfato de Calcio inducida por los productos de metabolismo celular. ETAPAS:Mineralización Controlada: 1 .Nucleación 2. Crecimiento Cristalino Intracelular (Vesículas) Epicelular ( Bacterias) Ca Ca Extracelular ( M.E.C) Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca
  57. 57. •Químicamente Mecanismos Controlados • Biológicamente Control Químico Control BiológicoPaso de iones a través de la Presencia de proteínas de M.E.Cmembrana. Son sitios de nucleación o controlan laRegulación enzimatica. (Anhidrasa talla y morfología de los cristales.Carbónica) Mecanismos Físico QuímicosAporte de iones exteriores Regulan la especificidad de los tejidosAgua formados
  58. 58. En todo sistema biológico encontramos dos fases químicas diferentes (Fase Orgánica y una Fase Inorgánica). EQUILIBRIO NUCLEACIONLa concentración de las Ruptura de equilibriodos fases Transformación de masasTejidos Conectivos, Sobresaturaciónepitelio, Etc. Las partículas neoformadas crecen hasta un tamaño critico en donde los núcleos no podrán disolverse
  59. 59. FASES MINERALES• Numerosos fenómenos biológicos de mineralización tisular. • Los tipos de minerales implicados son restringidos. Calcita Aragonita TEJIDOS DUROS Ácido sílicoMinerales en forma cristalina coelestina apatita witlockite
  60. 60. FASES MINERALES Calcita CaC03, Aragonita Moluscos, artrópodos, Ácido silico Diatomeas. coelestina Radiolares apatita Dientes, esqueleto witlockite Calcificaciones patológicas. Fosfato octacálcicoLos fosfatos de calcio poco solubles (apatita) son de gran interes por ser componentes del esqueleto y la dentina
  61. 61. TEORIAS•La formación de la fase mineral en un tejido calcificado no esun fenómeno biológico fortuito. Correlación entre precipitación mineral & desarrollo tisular general Ej: PRECIPTACION DENSA, cristales HA alrededor de la trama colágena del hueso compacto • Coincidencia entre el depósito mineral, la presencia de células y eventos metabólicos específicos Macromoléculas no colágenas (osteocalcina, fosfoproteínas, fosfatasa alcalina, amelogeninas)¿Las interacciones moleculares y los procesos físico-químicos...?
  62. 62. MECANISMOSPosición del problema a). Tipo de mineral: •Gran número de compuestos fosfocálcicos que pueden ser sintetizados, aislados y estudiados (métodos analíticos y estructurales) •Compuestos inestables a pH 7, recristalizan en medio acuoso a un estado sólido termodinámicamente estable = Hidroxiapatita. b). Los hechos: •Iones circulantes en mamíferos permanecen en rápido intercambio con el esqueleto. La concentración plásmatica: Ca2 = 1,3 mM HPO42- = 1 mM
  63. 63. • SISTEMA DE CONTROL SELECCIONADO POR EL PROCESO DE EVOLUCION flexible y controlable por la actividad celular •La solubilidad del hueso es constante y en equilibrio con el plasma sanguíneo.•[Ca2+], [HPO 2-], [OH-] interrelacionadas e influenciadas por la alimentación. 4 • Las concentraciones permanecen en límites Exigencias biológicas estrechos (metabolismo de órganos y células) • La fase mineral del esqueleto constituye un tampón para esos iones (homeostasis intestinal y renal) • Durante el crecimiento la mineralización se produce en zonas nuevas
  64. 64. DEFINICIONES • NUCLEACION: Paso de una fase líquida al estado sólido. Formación del primer núcleo sólido o germen. • NUCLEACION HOMOGENÉA: Cuando el medio mineralizable está LIBRE de cualquier elemento diferente al calcio o fosfato. • NUCLEACION HETEROGENÉA: Cuando el medio mineralizable CONTIENE partículas o elementos diferentes al calcio o fosfato que poseen un efecto catalizador•Nucleación Primaria: Es la nucleación homogénea y heterogénea.•Nucleación Secundaria: Es aquella que se produce en presencia de un cristal queya está en solución. • EPITAXIA: Crecimiento de un cristal en contacto de otro material cristalino que actúa como un esbozo.
  65. 65. NUCLEACION La sobresaturación del medio y el aumento de la energía dominan la biomineralización. En los sistemas biológicos la nucleación se efectúa a temperaturas moderadas en interfases heterogéneas Matriz inducida Matriz MediadaSistema biológicos primitivos Tejidos Calcificados M.E.C sirve de sitio de nucleación y dirige la orientación de los cristales La preorganización de la matriz es de varios tipos:  Polimerización Controlada  Ensamble de proteínas
  66. 66. NUCLEACIONNUCLEACIÓN HOMOGÉNEA Aumento local de iones orgánicos, para permitir la precipitación espontánea del los cristales. Ca CaNUCLEACIÓN HETEROGENEA Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca La presencia de sustancias Ca Ca Ca Ca Ca de nucleacion (sustancias que disminuyen el aporte de Ca energía necesario para la mineralización) también puede llevar a la formación de cristales en ausencia de un incremento local de la concentración de iones.
  67. 67. INICIO DE LA MINERALIZACION ¿Como a partir de una solución iónica por debajo delproducto de solubilidad se puede constituir una fase sólida? MECANISMO BOOSTER (DRIENSSENS 1982) Por medio del cual se produce un aumento del producto iónico por encima del nivel de precipitación espontánea. •COMPARTIMENTOS (sitios donde aumenta la concentración de iones) 1. COMPARTIMENTOS VERDADEROS A. VESICULAS MATRICIALES B. MITOCONDRIAS 2. ZONAS ASIMILABLES A COMPARTIMENTOS
  68. 68. COMPARTIMENTOS (sitios donde aumenta la concentración de iones) 1. VERDADEROS•Organelos membranosos intracelulares de25 - 200 nm de diámetro, PAS +. • Los primeros depósitos minerales se• Contienen glucoproteínas, lípidos, localizan dentro y alrededor de lasproteoglucanos, y una fuerte actividad PAL vesículas.• Las membranas concentran Ca2+ • Los agregados crecen hasta formar NODULOS DE CALCIFICACION. • Presentes alrededor de condrocitos, en el hueso esponjoso medular, no se observan en ESMALTE dental . B. MITOCONDRIAS • Concentran Ca2+ para liberarlo súbitamente y que reaccione con el fósforo inorgánico abundante en el citosol. (FOSFATO DE CALCIO).
  69. 69. COMPARTIMENTOS2. ZONAS ASIMILABLES A COMPARTIMENTOS• ESPACIOS DE COLAGENO (grupos químicos reactivos) + Los iones se acumulan a lo largo de las fibras colágeno. + Existe una estrecha relación entre las fibrillas de colágeno y las sustancias inorgánicas desde las primeras etapas de la mineralización. LAS FIBRILLAS SE CONSIDERAN INDUCTORES Y GLIMCHER, 1976 REGULADORES DE LA MINERALIZACION. + El inicio de la nucleación se podría hacer a partir de pequeños nódulos cristalinos desprendidos de los cristales HA existentes. + Esos nódulos quedan atrapados en los espacios colágenos para permitir el crecimiento del cristal.
  70. 70. INICIO DE LA MINERALIZACION ¿Como a partir de una solución iónica por debajo delproducto de solubilidad se puede constituir una fase sólida? INTERVENCION DE INICIADORES MOLECULAS ORGÁNICAS A. FOSFOPROTEINAS •Fuerte afinidad por el Ca2, para formar un complejo terciario con el Ca2 y P04 (SITIOS DE NUCLEACION). Se fijan cerca de los espacios de colágeno. B. PROTEINAS ACIDAS • La Osteocalcina (proteína ácido γ carboxiglutámico se observan en donde los cristales HA se orientan a lo largo de la matriz colágeno) C. FOSFOLIPIDOS ACIDOS •Inducen in vitro la formación de HA en una solución saturada de fosfato de calcio. (fosfatidilserina / Inositol) D. COLAGENO • En tejidos duros contiene fosfato, potenciales sitios de inicio de la mineralización. Las proteínas ligadas al colageno tienen fuerte afinidad por las APATITAS.
  71. 71. INICIO DE LA MINERALIZACION¿Por qué los tejidos que contienen nucleadores potenciales NO se mineralizan o bien por qué la mineralización se produce en momentos específicos? INTERVENCION DE INHIBIDORES • Al bloqueo de sitios de nucleación • A la competencia con iones indispensables, impidiendo la precipitación de fosfato de calcio, el crecimiento y agregación de cristales. A. PIROFOSFATOS • Los iones P2O7 ocupan los sitios del fosfato HPO2- inhibiendo a baja [ ]º la precipitación de fosfato de calcio. La PAL presenta actividad pirofosfatasica. B. MAGNESIO & CITRATO • Impiden la evolución de la fase amorfa mineral hacia la morfología cristalina. C. PROTEOGLICANOS • Son un obstáculo, al despolimerizarse se desactiva la inhibición.
  72. 72. EPITAXIAFormación de una nueva fase cristalina en la superficie de un cristal Fenómeno que facilita la formación de un 2do cristal CRECIMIENTO CRISTALINO Predominio de la interfase 1. Creación de reactivos sólida a la liquida 2. Transporte de iones 3. Adsorción a la superficie 6 Etapas: cristalina 4. Nucleación 5. Crecimiento del cristal 6. Eliminación de iones superfluos
  73. 73. CRECIMIENTO DEL CRISTALAumento de la masa mineral que determina la NATURALEZA, NUMERO, TALLA Y FORMA de los cristales. Los procesos de regulación involucran:♠ INTERACCIONES CON MOLECULAS ORGANICAS O MINERALES: - ATP, PPi, Mg2+, F , fosfoproteínas, proteínas séricas,proteínas ácidas, fosfolípidos ácidos, colágeno.♠ AUMENTO DEL ESPACIO DISPONIBLE DEBIDO A LADEGRADACIÓN DE PROTEOGLICANOS O AMELOGENINAS. FASES: (Ca2+) + (Pi) Brushita Fosfato de calcio amorfo HIDROXIAPATITA Fosfato octocálcico. • FASE TERMINAL ESTABLE
  74. 74. CRECIMIENTO DEL CRISTAL TEORIAS1. Control de la velocidad y repartición del crecimiento en cuanto a latalla y número de cristales. Diferencia en el crecimiento en longitud y espesor de un cristal (ESMALTE DENTAL)2. Control del cese de crecimiento; cuando se define la talla y forma delos cristales se observa la detención del crecimiento. Los parámetros físico-químicos no son los únicos que controlan el crecimiento del cristal. In vitro # In vivo CONTROL PROTEICO
  75. 75. BIOMINERALIZACION DENTALTEJIDOS DENTALES ESTRUCTURA DENTAL MINERALIZADOS : MINERALIZADA : •Dentina •Esmalte •Cemento• Proceso comúnde algunos tejidos • Proceso de • Proceso exclusivo mineralización del organismo conectivos. especificoColágeno, Proteínas Proteínas específicas no colágenas •Proceso de PULPA DENTAL envejecimiento. • Patologías
  76. 76. BIOMINERALIZACIO DENTINA N • Intertubular. • Peritubular CEMENTO• Circumpulpar • Manto •El proceso de mineralización es especifico • Microestructuras derivadas de la célula • Vesículas matriciales. • Debris celulares. • M.E.C. secretada por la célula El PO4 y Ca2+ se acumulan, se combinan y estabilizan para formar HIDROXIAPATITA
  77. 77. Estructura derivada de Tejido dental Componentes implicados la célula o la matriz Fosfolípidos mb. Vesículas matriciales Manto dentina Proteoglicanos.Microestructuras Cemento acelular celulares Mineralizaciones Anexina I. intracelulares Fosfolípidos mb. Débris celulares Pulpolitos Proteoglicanos. M.E.C. Colágenos I,V,VIMineralización inducida Proteínas colagenas Dentina Intertubular P. Fosforiladas por la M.E.C. no colagenas DSP no fosforilada Cemento celular Proteoglicanos acelular Proteína GLA fosfolípidos Proteínas séricas Factores de crecimiento Amelogeninas proteínas no colagenas Dentina Peritubular Enamelinas M.E.C. Lípidos Esmalte Proteoglicanos Glicoproteínas
  78. 78. MICROESTRUCTURAS DERIVADAS DE LA CELULA ENZIMAS 1. Vesículas matriciales •PAL y Pirofosfatasa 2. Débris celulares •Adenosintrifosfatas• Protrusiones /fragmentaciones celulares, que se aobservan al inicio de mineralización. •Nucleótido-3fosfato(Dentina de Manto, inicio de cementogénesis) pirofosfohidrolasa.•Organelos asociados a la membrana celular,trilaminados, 30-200 nm de diámetro. •Metaloproteinasas (lugares iniciales de mineralización.) FOSFOLIPIDOS• Composición y propiedades químicas específicas • Fosfatidilserina.diferentes a la membrana celular. ANEXINA II. • Esfingomielina. (se originan de la membrana celular) (Calcio y fosfato inorgánico) • Glucoesfingolípidos • Colesterol libre
  79. 79. • Estas enzimas producen un ↑↑ de la concentración de fosfato orgánico dentro de la vesículas matriciales. – Anexina II (proteína dependiente de fosfolípidos y fijadoras de Ca++) – Los fosfolípidos son distintos de aquellos de la membrana celular ∀↑ ↑ fosfatidilserina • Esfingomielina • Glucoesfingolípidos • Colesterol libre • No poseen fosfatidilcolina
  80. 80. • Grandes cantidades de Ca++ y fosfato inorgánico presentes en las vesículas matriciales• En los períodos iniciales de calcificación se observa en el cartílago en crecimiento dentro de las vesículas matriciales. (Fosfato octacálcico)• En etapas tardías el mineral cristalino adopta la apariencia de la H.A. (Bonucci, 1967; Anderson 1967)
  81. 81. BIOMINERALIZACION ¿Porque los fluidos tisulares sobresaturados en iones de Fosfato y de calcio no se mineralizan?1. Por la presencia de macromoléculas que inhiben la formación de cristales.2. Por el porcentaje de iones necesarios para formar nódulos mineralizados es inestable3. La formación de los nódulos requieren el consumo de energía4. Inhibidores de la mineralización aumenta la energía requerida.
  82. 82. BIOMINERALIZACIONEn los tejidos conectivos calcificados existen dos mecanismos para la mineralización Vesículas MatricialesPequeño organelo intracelular membranosodonde se observa la primera evidencia morfológicade un cristal Nucleacion Heterogénea Este es un proceso altamente controlado. Esta mineralización no solo envuelve el colágeno como sustrato sino que también proteínas no colágenas ( son iniciadoras de la mineralización) de la matriz secretadas al frente de mineralización.
  83. 83. BIOMINERALIZACIONLos iniciadores de la mineralización: PROTEOGLUCANOSEstas moléculas se depositan en los espacioslocalizados entre las fibras de colágeno. Los proteoglucanos unen el calcio extracelularLas proteoglucanasas eliminan a losproteoglucanos, dejando el calcio depositadoentre las fibras colágenas Las fosfoproteinas se unen al colágenoPresencia de una actividad fosfatasa alcalina( PAL +) * Desfosforilacion de las fosfoproteinas * Aporte adicional de iones fosfato ( necesarios para la nucleacion y crecimiento cristalino)
  84. 84. BIOMINERALIZACION Localización: En la membrana celular de osteoblastos, odontoblastos, cementoblastos, en los vasos sanguíneos, en la matriz orgánica, en las vesículas matriciales.FOSFATASA ALCALINA Asociada con la formación de Función: tejidos mineralizados Hidroliza iones fosfato de radicales orgánicos a pH alcalino. El papel en la mineralización no esta claro: a. El termino PAL+ no es especifico. b. Las enzimas tienen más de una función en la mineralización. Desempeña un papel en transporte de iones. Provee iones fosfato a los sitios de mineralización Participa en el crecimiento cristalino.
  85. 85. COMO LLEGA EL MINERAL AL SITIO DE MINERALIZACIÓN 1. Papel de proteoglicanos 2. Síntesis de colágeno 3. Vía de iones inorgánicos entre células. Presumiblemente unidas a macromoléculas 4. Vía iones inorgánicos dentro de la célula. 5. Participación mitocondrial
  86. 86. CONCLUSIONES‫ ﻵ‬Los avances en biología nos permitencomprender mejor los mecanismos celulares,moleculares y genéticos involucrados en elmovimiento dental ortodóntico.‫ ﻵ‬Este estado del arte en el conocimientocientífico permitirá desarrollar tratamientosortodonticos óptimos y eficientes sin causardaño a los dientes y tejidos periodontales, nimolestias al paciente.
  87. 87. Dr. Juan Carlos Munévar N. INSTITUTO U.I.B.O. FACULTAD DE ODONTOLOGIA

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