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Investigación

La boca artificial: Una gran herramienta para la investigación en microbiología oral en el siglo XXI

28 de Abril de 2015 0
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En el intento de esclarecer y entender mejor los procesos infecciosos y patológicos más importantes que se producen en la boca —caries y enfermedades periodontales—, se han utilizado modelos de estudio que intentan, in vitro, imitar o reproducir las condiciones que se dan en una boca de forma natural con relación a la formación y el desarrollo de biofilms. A estos modelos se les ha dado el nombre de boca artificial.

HISTORIA 

El uso de modelos de estudio in vitro se remonta a finales del siglo XIX, cuando los investigadores Magitot y Miller diseñaron experimentos muy rudimentarios de desmineralización sobre dientes naturales. Sumergían los dientes en saliva natural, que contenía los microorganismos responsables de la caries, junto con sustratos fermentables(1). De esta forma intentaban imitar el proceso de formación de la caries pero sin tener en cuenta todos los condicionantes ambientales que se dan en una boca.
No fue hasta mediados del siglo XX cuando Dietz y Pigman diseñaron modelos más parecidos a lo que hoy conocemos como boca artificial(1). Ellos fueron los primeros en obtener modelos para el estudio de las lesiones cariosas tempranas e incluso fueron pioneros en la evaluación de agentes anticaries. 
En sus experimentos incorporaron mediciones de pH y temperatura, así como modelos que alternaban fases de reposo con fases dinámicas que se asemejaban lo máximo posible a lo que ocurre alrededor de los dientes. Sin embargo, tenían muchas limitaciones y sus resultados no eran fácilmente reproducibles. 
En el año 1964, los grupos de Rowles y Sidaway presentaron mejoras en los modelos, aunque aún con poca reproducibilidad. En 1974, el grupo de Dibdin desarrolló un modelo mucho más avanzado y que ofrecía la posibilidad de estudiar la formación de placa en diferentes superficies sólidas a la vez. De todas formas aún carecía de monitorización de pH y el sustituto salival no era el más adecuado(1)
En 1976, el grupo de Coulter y Russell diseñó un modelo mediante electrodos que permitía la monitorización del pH y el potencial redox de la placa dental. Era un modelo con muchas limitaciones técnicas, pero ayudó a sentar las bases para el desarrollo posterior de modelos más complejos y eficientes. Hudson y colaboradores presentaron en 1986 otro modelo que incorporaba mejoras y que permitía un estudio mucho más completo del «microcosmos» de la microbiota bucal(1)
En 1991, el grupo de Sissons presentó un modelo de boca artificial asistido por ordenador mucho más completo y que de forma estandarizada permitía el crecimiento de múltiples biofilms controlando las condiciones de pH en todo momento, así como el suministro de nutrientes, gas y otros elementos(1)

DESARROLLO DE BIOFILMS SUPRA Y SUBGINGIVALES 

Muchos de esos sistemas se utilizaron principalmente para el estudio de biofilms asociados a caries compuestos principalmente por Streptococcus mutans. Pero a partir de entonces, y gracias a los avances tecnológicos, se desarrollaron múltiples sistemas para el estudio de los biofilms multiespecies asociados a enfermedad periodontal. 

Para investigar la caries se pueden construir modelos in vitro sobre dientes naturales que reproduzcan lo que ocurre alrededor de los dientes cuando crecen biofilms cariogénicos

El principal problema era la sofisticación y el difícil mantenimiento que tenían estos modelos. Uno de los primeros modelos en ofrecer un método menos complejo y más reproducible para desarrollar biofilms multiespecies supragingivales fue el creado por el grupo de investigación del doctor Guggenheim(2)
Los biofilms se desarrollaron en discos de hidroxiapatita inmersos en pocillos de microplacas a los que se les iba cambiando el medio. Éstos se incubaban durante varios días en condiciones controladas de temperatura, oxígeno y nutrientes. Además, se podían probar antisépticos por un espacio corto de tiempo, como ocurre con los productos de higiene oral. Una vez obtenidos los biofilms, se analizaban mediante técnicas de cultivo, tinción de vivas y muertas, y microscopía óptica de láser confocal. 
Para el desarrollo de biofilms subgingivales, dos grupos de investigación españoles —el grupo de investigación ETEP de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y el grupo de investigación DENTAID Research Center (DRC) de DENTAID— diseñaron un modelo mediante seis especies bacterianas como representantes de los diferentes tipos de colonizadores existentes en un biofilm maduro: iniciales, tempranos, secundarios y tardíos(3)
Los biofilms se desarrollaron en discos de hidroxiapatita bañados en saliva e inmersos en pocillos de microplacas a los que se les iba cambiando el medio de forma periódica. En este caso, la estructura y la composición de los biofilms se analizaron mediante microscopía óptica de láser confocal junto con tinción fluorescente. 
Además, utilizando técnicas moleculares basadas en la digestión del DNA mediante enzimas específicas, se determinó la aparición sucesiva de las especies colonizadoras y se establecieron picos de vitalidad y de grosor de los biofilms crecidos entre cuatro y seis días. 
Más adelante, el mismo grupo diseñó un sistema en flujo para la formación de biofilms multiespecies que mejoraba sustancialmente al modelo anterior(4). Consistía en utilizar un biorreactor para hacer crecer los seis tipos de especies bacterianas mencionadas anteriormente en unas condiciones de pH, temperatura y nutrientes similares a las de la boca y crear un sistema en flujo por el cual el medio de cultivo se desplazaba por un dispositivo que albergaba discos de hidroxiapatita previamente bañados en saliva.

En el caso de las enfermedades periodontales, la secuencia de formación del biofilm es esencial para entender el papel de los distintos colonizadores en el tiempo

Sobre esos discos crecían los biofilms y éstos se iban analizando en el transcurso del tiempo. Las técnicas que se utilizaron para analizar los biofilms fueron microscopía electrónica de barrido, microscopía óptica de láser confocal junto con tinción de vivas y muertas, y cultivo en placa. 

USOS DE LA BOCA ARTIFICIAL 

En definitiva, la boca artificial resulta una herramienta muy útil para el estudio de los biofilms que más se asemejan a los que se forman en la boca en condiciones normales. Gracias a ella se pueden comprender mejor los procesos de formación de los biofilms relacionados con las dos patologías más importantes de la cavidad bucal: la caries y las enfermedades periodontales. 
Así, para la caries se pueden construir modelos in vitro sobre dientes naturales que reproduzcan lo que ocurre alrededor de los dientes cuando crecen biofilms cariogénicos. Es bien conocida la participación del S. mutans en los procesos cariosos, pero existen otras bacterias que también pueden estar asociadas a las caries, y su estudio puede mejorar el conocimiento de la enfermedad y las estrategias para combatirla. 
En el caso de las enfermedades periodontales, la secuencia de formación del biofilm es esencial para entender el papel de los distintos colonizadores en el tiempo. Además, se podría entender mejor la estructura de los biofilms patogénicos y cómo interactúan entre sí las distintas especies que los componen. 
Finalmente, y no menos importante, es el estudio de los antisépticos destinados a eliminar o controlar las bacterias relacionadas con las caries, las enfermedades periodontales e incluso con la halitosis. En este ámbito, la boca artificial nos puede resultar de gran ayuda para valorar la efectividad de los distintos agentes antimicrobianos que se utilizan en la cavidad bucal.

CONCLUSIÓN 

La boca artificial se presenta como un instrumento clave a la hora de estudiar los biofilms in vitro y aporta una información muy valiosa para el estudio de los diferentes antisépticos que se pueden utilizar contra los biofilms bucales. De esta forma, supone un punto de partida prácticamente imprescindible para el desarrollo posterior de estrategias dirigidas a controlar clínicamente las infecciones bucodentales más importantes del ser humano.

 

BIBLIOGRAFÍA

  1. Tang G, Yip HK, Cutress TW, Samaranayake LP. Artificial mouth model systems and their contribution to caries research: a review. J Dent 2003; 31 (3): 161-171. 
  2. Guggenheim B, Giertsen E, Schüpbach P, Shapiro S. Validation of an in vitro biofilm model of supragingival plaque. J Dent Res 2001; 80 (1): 363-370. 
  3. Sánchez MC, Llama-Palacios A, Blanc V, León R, Herrera D, Sanz M. Structure, viability and bacterial kinetics of an in vitro biofilm model using six bacteria from the subgingival microbiota. J Periodontal Res 2011; 46 (2): 252-260. 
  4. Blanc V, Isabal S, Sánchez MC, Llama-Palacios A, Herrera D, Sanz M, León R. Characterization and application of a flow system for in vitro multispecies oral biofilm formation. J Periodontal Res 2014; 49 (3): 323-332.

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