La hidroxiapatita ( nombre IMA : hidroxiapatita [5] ) (Hap, HAp o HA) es una forma mineral natural de apatita de calcio con la fórmula Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) , a menudo escrita Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 para indicar que la celda unitaria cristalina comprende dos entidades. [6] Es el miembro terminal hidroxilo del grupo complejo apatita . El ion OH − puede reemplazarse por fluoruro o cloruro , produciendo fluorapatita o clorapatita . Cristaliza en el sistema cristalino hexagonal . El polvo de hidroxiapatita pura es blanco. Sin embargo, las apatitas naturales también pueden tener coloraciones marrones, amarillas o verdes, comparables a las decoloraciones de la fluorosis dental .
Hasta el 50% en volumen y el 70% en peso del hueso humano es una forma modificada de hidroxiapatita, conocida como mineral óseo . [7] La hidroxiapatita deficiente en calcio carbonatado es el principal mineral del que se componen el esmalte dental y la dentina . Los cristales de hidroxiapatita también se encuentran en calcificaciones patológicas como las que se encuentran en los tumores de mama , [8] así como en calcificaciones dentro de la glándula pineal (y otras estructuras del cerebro) conocidas como cuerpos arenáceos o "arena cerebral". [9]
La hidroxiapatita se puede sintetizar mediante varios métodos, como la deposición química húmeda, la deposición biomimética, la vía sol-gel (precipitación química húmeda) o la electrodeposición. [10] La suspensión de nanocristales de hidroxiapatita se puede preparar mediante una reacción de precipitación química húmeda siguiendo la ecuación de reacción que se muestra a continuación: [11]
10 Ca(OH) 2 + 6 H 3 PO 4 → Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O
La capacidad de replicar sintéticamente la hidroxiapatita tiene implicaciones clínicas invaluables, especialmente en odontología. Cada técnica produce cristales de hidroxiapatita de características variadas, como tamaño y forma. [12] Estas variaciones tienen un efecto marcado en las propiedades biológicas y mecánicas del compuesto y, por lo tanto, estos productos de hidroxiapatita tienen diferentes usos clínicos. [13]
La hidroxiapatita deficiente en calcio (no estequiométrica), Ca 10− x (PO 4 ) 6− x (HPO 4 ) x (OH) 2− x (donde x está entre 0 y 1) tiene una relación Ca/P entre 1,67 y 1,5. La relación Ca/P se utiliza a menudo en la discusión de las fases de fosfato de calcio. [14] La apatita estequiométrica Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 tiene una relación Ca/P de 10:6 expresada normalmente como 1,67. Las fases no estequiométricas tienen la estructura de hidroxiapatita con vacantes de cationes ( Ca 2+ ) y vacantes de aniones ( OH − ). Los sitios ocupados únicamente por aniones fosfato en la hidroxiapatita estequiométrica están ocupados por fosfato o hidrogenofosfato, HPO2−4, aniones. [14] La preparación de estas fases deficientes en calcio se puede realizar mediante precipitación a partir de una mezcla de nitrato de calcio y fosfato diamónico con la relación Ca/P deseada, por ejemplo, para hacer una muestra con una relación Ca/P de 1,6: [15]
La sinterización de estas fases no estequiométricas forma una fase sólida que es una mezcla íntima de fosfato tricálcico e hidroxiapatita, denominada fosfato de calcio bifásico : [16]
La hidroxiapatita está presente en los huesos y los dientes ; el hueso está formado principalmente por cristales de HA intercalados en una matriz de colágeno (entre el 65 y el 70 % de la masa del hueso es HA). De manera similar, el HA constituye entre el 70 y el 80 % de la masa de la dentina y el esmalte de los dientes. En el esmalte, la matriz del HA está formada por amelogeninas y esmaltinas en lugar de colágeno. [17]
Los depósitos de hidroxiapatita en los tendones alrededor de las articulaciones dan lugar a una afección médica llamada tendinitis calcificada . [18]
La hidroxiapatita es un componente de los cálculos renales de fosfato de calcio . [19]
La remineralización del esmalte dental implica la reintroducción de iones minerales en el esmalte desmineralizado. [20] La hidroxiapatita es el principal componente mineral del esmalte de los dientes. [21] Durante la desmineralización, los iones de calcio y fósforo se extraen de la hidroxiapatita. Los iones minerales introducidos durante la remineralización restauran la estructura de los cristales de hidroxiapatita. [21] Si hay iones de flúor presentes durante la remineralización, a través de la fluoración del agua o el uso de pasta de dientes que contiene flúor , se forman cristales de fluorapatita más fuertes y resistentes a los ácidos en lugar de los cristales de hidroxiapatita. [22]
Los apéndices de la mantis Odontodactylus scyllarus están hechos de una forma extremadamente densa del mineral que tiene una mayor resistencia específica; esto ha llevado a su investigación para su posible uso en síntesis e ingeniería. [23] Sus apéndices dáctilos tienen una excelente resistencia al impacto debido a que la región de impacto está compuesta principalmente de hidroxiapatita cristalina, que ofrece una dureza significativa. Una capa periódica debajo de la capa de impacto compuesta de hidroxiapatita con menor contenido de calcio y fósforo (lo que resulta en un módulo mucho menor) inhibe el crecimiento de grietas al obligar a que las nuevas grietas cambien de dirección. Esta capa periódica también reduce la energía transferida a través de ambas capas debido a la gran diferencia en el módulo, incluso reflejando parte de la energía incidente. [24]
A partir de 2019 [actualizar], el uso de hidroxiapatita, o su forma fabricada sintéticamente, la nanohidroxiapatita, aún no es una práctica común. Algunos estudios sugieren que es útil para contrarrestar la hipersensibilidad dentinaria, prevenir la sensibilidad después de los procedimientos de blanqueamiento dental y prevenir las caries. [25] [26] [27] La hidroxiapatita de cáscara de huevo de ave puede ser un material de relleno viable en los procedimientos de regeneración ósea en cirugía oral. [28]
La nanohidroxiapatita posee componentes bioactivos que pueden estimular el proceso de mineralización de los dientes, remediando la hipersensibilidad. Se cree que la hipersensibilidad de los dientes está regulada por el líquido dentro de los túbulos dentinarios. [25] Se dice que el movimiento de este líquido como resultado de diferentes estímulos excita las células receptoras en la pulpa y desencadena sensaciones de dolor. [25] Las propiedades físicas de la nanohidroxiapatita pueden penetrar y sellar los túbulos, deteniendo la circulación del líquido y, por lo tanto, las sensaciones de dolor causadas por los estímulos. [26] La nanohidroxiapatita sería la preferida ya que es paralela al proceso natural de remineralización de la superficie. [27]
En comparación con los tratamientos alternativos para el alivio de la hipersensibilidad dentinaria, se ha demostrado que el tratamiento que contiene nanohidroxiapatita tiene un mejor rendimiento clínico. Se ha demostrado que la nanohidroxiapatita es mejor que otros tratamientos para reducir la sensibilidad frente a estímulos evaporativos, como una ráfaga de aire, y estímulos táctiles, como golpear el diente con un instrumento dental. Sin embargo, no se observaron diferencias entre la nanohidroxiapatita y otros tratamientos para estímulos fríos. [29] La hidroxiapatita ha demostrado efectos desensibilizadores significativos a mediano y largo plazo sobre la hipersensibilidad dentinaria utilizando estímulos evaporativos y la escala analógica visual (junto con nitrato de potasio, arginina, glutaraldehído con metacrilato de hidroxietilo, hidroxiapatita, sistemas adhesivos, cementos de ionómero de vidrio y láser). [30]
Los agentes blanqueadores de dientes liberan especies reactivas de oxígeno que pueden degradar el esmalte. [26] Para evitar esto, se puede agregar nanohidroxiapatita a la solución blanqueadora para reducir el impacto del agente blanqueador al bloquear los poros dentro del esmalte. [26] Esto reduce la sensibilidad después del proceso de blanqueamiento. [27]
La nanohidroxiapatita posee un efecto remineralizante sobre los dientes y puede utilizarse para prevenir daños causados por ataques cariosos. [27] En caso de un ataque ácido por bacterias cariogénicas, las partículas de nanohidroxiapatita pueden infiltrarse en los poros de la superficie del diente para formar una capa protectora. [26] Además, la nanohidroxiapatita puede tener la capacidad de revertir el daño causado por ataques cariosos, ya sea reemplazando directamente los minerales superficiales deteriorados o actuando como un agente aglutinante para los iones perdidos. [26]
En algunas pastas de dientes, la hidroxiapatita se puede encontrar en forma de nanocristales (ya que estos se disuelven fácilmente). En los últimos años, los nanocristales de hidroxiapatita (nHA) se han utilizado en pastas de dientes para combatir la hipersensibilidad dental. Ayudan a reparar y remineralizar el esmalte , ayudando así a prevenir la sensibilidad dental. El esmalte dental puede desmineralizarse debido a varios factores, incluida la erosión ácida y las caries dentales . Si no se trata, esto puede provocar la exposición de la dentina y la posterior exposición de la pulpa dental . En varios estudios, el uso de nanohidroxiapatita en pastas de dientes mostró resultados positivos para ayudar a la remineralización del esmalte dental. [31] Además de la remineralización, los estudios in vitro han demostrado que las pastas de dientes que contienen nanohidroxiapatita tienen el potencial de reducir la formación de biopelículas tanto en el esmalte dental como en las superficies compuestas a base de resina . [32]
La hidroxiapatita se utiliza ampliamente en odontología y cirugía oral y maxilofacial , debido a su similitud química con el tejido duro. [33]
En el futuro, existen posibilidades de utilizar nanohidroxiapatita para la ingeniería y reparación de tejidos. La característica principal y más ventajosa de la nanohidroxiapatita es su biocompatibilidad. [34] Es químicamente similar a la hidroxiapatita natural y puede imitar la estructura y la función biológica de las estructuras que se encuentran en la matriz extracelular residente. [35] Por lo tanto, se puede utilizar como andamio para la ingeniería de tejidos como el hueso y el cemento. [26] Se puede utilizar para restaurar labios y paladares leporinos y refinar las prácticas existentes, como la preservación del hueso alveolar después de la extracción para una mejor colocación del implante. [26]
El Comité Científico de Seguridad de los Consumidores (CCSC) de la Comisión Europea emitió un dictamen oficial en 2021, en el que analizaba si el nanomaterial hidroxiapatita era seguro cuando se utilizaba en productos cosméticos dérmicos y bucales sin aclarado, teniendo en cuenta las condiciones de exposición razonablemente previsibles. En él se afirmaba: [36]
Tras considerar los datos proporcionados y otra información pertinente disponible en la literatura científica, el CCSC no puede llegar a una conclusión sobre la seguridad de la hidroxiapatita compuesta de nanopartículas en forma de varilla para su uso en productos cosméticos para el cuidado bucal en las concentraciones máximas y las especificaciones indicadas en este dictamen. Esto se debe a que los datos/información disponibles no son suficientes para descartar preocupaciones sobre el potencial genotóxico de la HAP-nano.
En 2023, el Comité Científico de Seguridad de los Consumidores (CCSC) de la Comisión Europea volvió a emitir un dictamen actualizado en el que eximía de preocupaciones sobre la genotoxicidad a la nanohidroxiapatita en forma de varilla, lo que permite que los productos de consumo contengan concentraciones de nanohidroxiapatita de hasta el 10 % en el caso de las pastas de dientes y el 0,465 % en el de los enjuagues bucales. Sin embargo, advierte sobre la nanohidroxiapatita en forma de aguja y sobre la inhalación en productos en aerosol. Afirma: [37]
Con base en los datos proporcionados, el SCCS considera que la hidroxiapatita (nano) es segura cuando se utiliza en concentraciones de hasta el 10 % en la pasta de dientes y hasta el 0,465 % en el enjuague bucal. Esta evaluación de seguridad solo se aplica a la hidroxiapatita (nano) con las siguientes características:
– compuestos de partículas en forma de varilla de las cuales al menos el 95,8% (en número de partículas) tienen una relación de aspecto inferior a 3, y el 4,2% restante tienen una relación de aspecto no superior a 4,9;
– las partículas no están recubiertas ni modificadas superficialmente.
Además de sus aplicaciones médicas, la hidroxiapatita también se utiliza en aplicaciones posteriores en la etapa de pulido de la cromatografía en modo mixto. Los iones presentes en la superficie de la hidroxiapatita la convierten en una candidata ideal por su selectividad, separación y purificación únicas de mezclas de biomoléculas. En la cromatografía en modo mixto, la hidroxiapatita se utiliza como fase estacionaria en columnas de cromatografía.
La presencia combinada de iones de calcio (sitios C) y sitios de fosfato (sitios P) proporciona afinidad metálica y propiedades de intercambio iónico respectivamente. Los sitios C en la superficie de la resina experimentan interacciones de afinidad metálica con grupos fosfato o carboxilo presentes en las biomoléculas. Al mismo tiempo, estos sitios C cargados positivamente tienden a repeler grupos funcionales cargados positivamente (por ejemplo, grupos amino) en biomoléculas. Los sitios P experimentan intercambio catiónico con grupos funcionales cargados positivamente en biomoléculas. Exhiben repulsión electrostática con grupos funcionales cargados negativamente en biomoléculas. Para la elución de moléculas se utiliza un tampón con alta concentración de fosfato y cloruro de sodio. La naturaleza de los diferentes iones cargados en la superficie de la hidroxiapatita proporciona el marco para una selectividad y unión únicas de biomoléculas, lo que facilita la separación robusta de biomoléculas.
La hidroxiapatita está disponible en diferentes formas y tamaños para la purificación de proteínas. Las ventajas de los medios de hidroxiapatita son su alta estabilidad del producto y uniformidad en varios lotes durante su producción. Generalmente, la hidroxiapatita se utilizó en la etapa de pulido de anticuerpos monoclonales, aislamiento de plásmidos libres de endotoxinas, purificación de enzimas y partículas virales. [38]
En arqueología , la hidroxiapatita de restos humanos y animales se puede analizar para reconstruir dietas antiguas , migraciones y paleoclimas. Las fracciones minerales de los huesos y los dientes actúan como un reservorio de oligoelementos , incluidos el carbono, el oxígeno y el estroncio. El análisis de isótopos estables de la hidroxiapatita humana y faunística se puede utilizar para indicar si una dieta era predominantemente terrestre o marina (carbono, estroncio); [39] el origen geográfico y los hábitos migratorios de un animal o un humano (oxígeno, estroncio) [40] y para reconstruir temperaturas pasadas y cambios climáticos (oxígeno). [41] La alteración posdeposicional del hueso puede contribuir a la degradación del colágeno óseo, la proteína necesaria para el análisis de isótopos estables. [42]
La hidroxiapatita es un adsorbente potencial para la desfluoración del agua potable , ya que forma fluorapatita en un proceso de tres pasos. La hidroxiapatita elimina el F − del agua para reemplazar el OH − formando fluorapatita. Sin embargo, durante el proceso de desfluoración, la hidroxiapatita se disuelve y aumenta el pH y la concentración de iones de fosfato , lo que hace que el agua desfluorada no sea apta para beber. [43] Recientemente, se sugirió una técnica de desfluoración con ″hidroxiapatita modificada con calcio″ para superar la lixiviación de fosfato de la hidroxiapatita. [43] Esta técnica también puede afectar la reversión de la fluorosis al proporcionar agua potable alcalina enriquecida con calcio a las áreas afectadas por la fluorosis.
representa aproximadamente el 50% del peso seco del hueso... los cristales presentan imperfecciones y no son idénticos a la hidroxiapatita que se encuentra en los minerales de roca.
Medios relacionados con la hidroxiapatita en Wikimedia Commons