Biología del Esmalte Dental Humano

BIOLOGIA ORALBIOLOGIA ORAL

Profesor: Dr. Juan Carlos MunévarProfesor: Dr. Juan Carlos Munévar

DIFERENCIAS DE PROCESOS DE CRECIMIENTO EN DIENTES DEL HOMO ERECTUS Y HOMININS CON EL HOMBRE MODERNO

www.naute.evolution.com

Growth processes in Teeth distinguishmodern humans from Homo erectus and early

Hominins

Christopher Dean Meave Leaky Donald Ried

Departamento de Antropología . George Washington U.Departamento de Paleontología. Nairobi, KeniaUnidad de Anatomia Evolutivo. University College LondonBiología oral. Escuela de odontología. Reino Unido

2002

FILOGENIA : Es el estudio del desarrollo Evolucionario de una especie que incluyetoda su historia a través de los años.

RANGO TAXONOMICO : Es el término que se Le da a cada organismo dentro de una Clasificación específica.

www.es.wikipedia.org/wiki/cells.com

CLASIFICACION DE Lineo ó de Linaje

Padre de la Filogenia

Autor de la clasificaciónTaxonómica

Sentó las bases de la Taxonomía moderna

CARLOSCARLOSLINNEOLINNEO

www.eswikipediaorg/wiki/carlos_linneo.com

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Carl_von_Linn%C3%A9.jpg

CLASIFICACION DE LINEO DEL HOMBRE MODERNO

REINO ANIMALIAFILUM CHORDATASUBFILUM VERTEBRATACLASE MAMALIASUBCLASE PLACENTALIAORDEN PRIMATESFAMILIA HOMINIDAETRIBU HOMININGENERO HOMOESPECIE SAPIENS

Human Anthropology. OAS. Washington D.C. 1995

5

2

1

EVOLUCION DEL HOMBRE

Homoneanderthal

3.8-2.8

2-1.32-1.6

2.6-1.8

1.8-300.000

1.9-1.3

www. Evolution times/modernman/gov.com

200.000

250.000-30.000años

EVOLUCION DEL HOMO SAPIENS

www. Science or/evolution/ descent.com

Diferencias del crecimiento de esmalte de fósiles de HOMO y HOMININS con el

hombre moderno

Tiempo de formación coronal del esmalte Frecuencia de crecimiento del esmalteEdad de erupción de primeros molares

DIENTES DE FOSILES ESTUDIADOS • Muchos fósiles• Tamaño de cerebro una

tercera parte del hombre actual 500 c.c• Maxilares y dientes de

gran tamaño• Esmalte grueso• Alimentación

dura/frutas/hojas • Africa - Etiopía

GENERO Australopithecus ESPECIE afarensis

3.8 - 2.8 w

ww

.arc

haeo

logy

info

.com

www.org/maps/africa.com

http://www.luventicus.org/mapas/africa/etiopia.gif

DIENTES DE FOSILES ESTUDIADOS

• Cerebro más grande 750 c.c.• Cara más plana• Este de Africa

KNM- ER 1590 Homo rudolfensis

www.Magicaleast africa.comwww.Die evolution del Mieshen.com

2.6-1.8

DIENTES DE FOSILES ESTUDIADOS • Mismo tamaño de cerebro que

Australopithecus• Fuerza masticatoria potente• Esmalte grueso.• Alimentación abrasiva +• Alimentación frutas, nueces,

insectos.• Sur Africa

GENERO Paranthropus ESPECIE robustus

2.0 -1.3

National evolution of Man Museum.

http://images.google.com.co/imgres?imgurl=http://www.joinafrica.com/Country_Rankings/map_of_africa.gif&imgrefurl=http://www.joinafrica.com/Country_Rankings/home.htm&h=336&w=410&sz=38&tbnid=j-wfFl2Qeoq24M:&tbnh=102&tbnw=125&prev=/images%3Fq%3Dafrica%2Bmaps%26um%3D1&start=2&ei=kFtPR6SWO56ygQSVrZjtCg&sig2=kswVfLeQjJ_qWsfVnXmGcQ&sa=X&oi=images&ct=image&cd=2


• Primera especie del género Homo

• Cerebro más grande que Australopithecus

• Cerebro 600 c.c.• Hombre “hábil”• Utensilios de piedra• Kenya y Tanzania

KNM-808 Homo habilis

www.britannica.com

2.0 – 1.6


• Versión africana de del HOMO erectus• Características muy

parecidas al H. erectus• Parecidos al hombre moderno estatura extremidades • Más robustos• Cerebro 700-800 c.c. KNM- ER 820

Homo ergaster

1.9 - 1.3

ww

w.p

rimat

esap

iens

.com


GENERO homo kenia ESPECIE ergaster ó erectus de Africa

NIÑO NARIOKOTOME

PRIMEROS EN USARFUEGO

ww

w.n

ario

koto

me

boy/

hom

o sp

ecie

s.co

m

www.Magicalkenia.com

KNM-WT 15000

1.8 – 300.000

http://www.nariokotome/


Sangiran 4Hombre JavaHomo erectus

Asia

Geografical maps. Microsoft Tech.

1.8 – 300.000

Cerebro:900-1100 c.c.


• El más cercano al Homo sapiens

• Adaptabilidad a climas frios

• Cerebro mismo tamaño al hombre moderno 1450 c.c.

• Robustos. 1.65 m

GENERO homoESPECIE Neanderthalensis

www.wikipedia.org/wiki.org/wiki/.com

250.000 – 30.000

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Neandertal.jpg


• 23-14 millones de años• Antepasados de

primates actuales• Caninos grandes Molares pequeños• Dieta a base de frutas• No tenía dieta abrasiva

Familia proconsulidaeSubfamilia proconsulidaeGénero Proconsul

Frecuencia en la formación de esmalte

Tomaron los incrementos diarios del esmalte para calcular la frecuencia de formación del esmalte

Australopithecus Homos

EXISTIA UNA TRAYECTORIA RAPIDA EN LA FORMACION DEL ESMALTE

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:JEOL_JSM-6340F.jpg

PERIQUEMATIA

Los ameloblastos secretan La matriz adamantino cada24 horas. Actúa como un cronómetroPara conocer el crecimientoDel esmalte

Antoine,D.S.in Dental Morphology.1998. 48-55

Frecuencia en la formación de esmalte

Humano moderno

Crecimiento deEsmalte LENTO

El desarrollo del tejido dental moderno aparece relativamente tarde en la evolución humana

En todos los especimenes La formación de Esmalte más rápida

CONCLUYEN

Influye en la frecuencia de la formación de esmalte

Las variaciones de frecuencia de cada taxón resultó de los diferentes grados de la decusación prismática

Entre – decusación mayor rapidez de formaciónHombre moderno: mayor decusación prismática

Risnes,S. Growth Tracks in enamel.J. Human Evol.35.331-350.1998

TRAYECTORIA DE FRECUENCIA DEFORMACION DE ESMALTE

GR

OS

OR

DE

ES

MA

LTE

μm

DIAS DE FORMACION DE ESMALTE

CONCLUSIONES FRECUENCIA DE LA FORMACION DE ESMALTE

El proceso de desarrollo del esmalte de losAntepasados es diferente al hombre moderno

Australopithecus y los homo “iniciales” tienen unaTrayectoria rápida

Neanderthal es el único que se asemeja a hombremoderno y es con ellos la primera manifestación de cambio de lafrecuencia de la formación de esmalte.

Los Homo se parecen a los simios actuales

Esmalte grueso y delgado

Grueso delgado

No homólogos

FUTUROdelgado

australopithecus

Sch

war

tz,G

. Tax

onom

ic a

nd fu

ncio

nal a

spec

ts o

f the

P

atte

rnin

g of

ena

mel

thic

knes

sdis

tribu

tion.

Am

J. P

hys

.111

, 221

-240

(200

0)A

ntro

pol

http://images.google.com.co/imgres?imgurl=http://www.diac.upm.es/acceso_profesores/asignaturas/tdi/tdi/imagenes/fruits.bmp&imgrefurl=http://www.diac.upm.es/acceso_profesores/asignaturas/tdi/tdi/tdi.htm&h=512&w=512&sz=769&hl=es&start=9&sig2=lvErZWCcVypf-nvuQG2XRw&tbnid=5Va2YUpud89vlM:&tbnh=131&tbnw=131&ei=01hAR9-KC5zAePCU7cgK&prev=/images%3Fq%3DFRUITS%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Des%26sa%3DG

http://images.google.com.co/imgres?imgurl=http://www.arbolesornamentales.com/semillas7.jpg&imgrefurl=http://gasausa.wordpress.com/2007/10/25/noruega-guarda-sus-semillas/&h=429&w=569&sz=42&hl=es&start=1&sig2=UQLhakAsap7RmIXj0f-p4Q&tbnid=h-T2nQvBvSLGmM:&tbnh=101&tbnw=134&ei=_VhAR_DJOp3IeM7l8MwK&prev=/images%3Fq%3DSEMILLAS%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Des%26sa%3DG

PERIQUEMATIA COMO INDICADOR DE CRECIMIENTO DE ESMALTE

Periocidad : es de 9 díasEn simios y humanos modernos.

Proveen un registro de lacantidad de esmalte forma-do lateralmente en altura despuésDe la formación del esmalte Oclusal

+ = TIEMPO DEFORMACIONCORONAL

TOTAL

HOMO SAPIENS 289 (282-296) 151(18) 1601

HOMO ERECTUSSANGUIRAN 4 JAVA

273(220-324) 138 1515

HOMO RUDOLFENSISKNM- ER 1590

246 (199-291) 120 133O

AUSTRALOPITHECUS 3.8 - 172 (134-205) 122(13) 1275

HOMO ERGASTERKNM- ER 820

162 (133-191) 113 1179

NARIOKOTOME HOMO ERGASTER

211 (169-256) 98 1093

HOMO HABILIS 207 (169-244) 97 1080

PARANTHROPUS ROBUSTUS

172 (134-205) 91(10) 999

FORMACION PERIKY TOTAL TAXON OCLUSAL MATIAS DIAS DIAS DIAS FORM

2.3

2.4 -1.4 2-1.2

1.8-2-1.3

1.9

300.000 1.8-300.000

300.000

EVOLUCION DEL HOMBRE

Homoneanderthal

3.8-2.8

2-1.32-1.6

2.6-1.8

1.8-300.000

1.9-1.3

www. Evolution times/modernman/gov.com

200.000

CON LA EVOLUCIONLA FORMACION DE ESMALTE MAS LENTA

LONGEVIDAD DE VIDA

+ HABILIDADES COGNITIVAS

DISMINUCION DE MORTALIDAD

75

1550 c.c.

Smith.BH.Dental Development as a measure Of lifehistpry in primates.Evolution.43.683-688(1999)

Allman,J.Brains maturation times,and parenting.Neurobio.Aging.20,447-454(1999)

HABILIDADES COGNITIVAS

• Atención alternada: La habilidad de concentrarse en dos estímulos al tiempo y responder adecuadamente a los dos.

• Velocidad de procesamiento: Es la velocidad de percibir un estímulo, procesarlo, interpretarlo y dar una respuesta adecuada.

• Razonamiento conceptual: Capacidad de analizar relaciones entre objetos

• Abstracción: Habilidad de pensar en símbolos.• Lógica deductiva: Aplicar conceptos en toma de decisiones.• Lógica inductiva: Es la capacidad de retroalimentación.• Motricidad fina: Habilidad de tener pequeños movimientos coordinados.

Boyle,J.Therapists Guide to Learning and attention. Chap 14,1999 www.brainscience/fuses.com

OTROS FACTORES EN EL AUMENTO DE LA LONGEVIDAD DE LA VIDA

Avances médicos

1.8 millones de añosHomo erectus: fuego

Cambios climáticos

A MAYOR EVOLUCION MAYOR LONGEVIDAD DE VIDA

MAS LENTA LA TRAYECTORIA DE ESMALTE

SECRECION DE INCREMENTOS DE ESMALTE SON MENORES EN PERIODOS MAS PROLONGADOS

CONCLUSION

DESARROLLODE

HABILIDADESCOGNITIVAS

+

DISMINUCIÓN FRECUENCIA

EN LA FORMACION DE ESMALTE

Allman,J.Brains maturation times,and parenting.Neurobio.Aging.20,447-454(1999)

Smith.BH.Dental Development as a measure Of lifehistpry in primates.Evolution.43.683-688(1999)

ERUPCION PRIMEROS MOLARES

4.5 AÑOS 6 AÑOS FUTURO ?

Walker,A.The Nariokotome homo erectus Skeleton(Harvard Univ.Massachusettes,1993

EVOLUCION TERCEROS MOLARES

Dr.

Mau

ricio

Res

trepo

.

Laboratory/homoJavamolars.com Laboratory/homoJavamolars.com


www.stylosmagazine/com

DIETA ABRASIVA DIETA BLANDA

DESCUBRIMIENTOFUEGO HOMO ERECTUS


UTENSILIOSHERRAMIENTAS

CAPACIDADDE CORTAR


• El tamaño de los maxilares han disminuido más rápidamente que la desaparición de los terceros molares.

• Este proceso está activo 13 % no se desarrollan 9 – 24 % impactados

Jerry Bergman. Are Wisdom Teeth vestiges of Human evolution. J.T.12 (3) 297- 304. Ced. 1998


• Homo erectus Primero y Segundo molares Más pequeños Tercero molar Más grandes• Homo moderno Segundo molar Más grande Tercer molar Más pequeño

Jerry Bergman. Are Wisdom Teeth vestiges of Human evolution. J.T.12 (3) 297- 304. Ced. 1998

The Structural Biology of the Developing Dental Enamel Matrix

A.G.Fincham, J Moradian-OldakJournal of Structural Biology 126, 270-299

BIOMINERALIZACION DE LA MATRIZDEL ESMALTE DENTAL

HIDROXIAPATITA CARBONATADA :

EJEMPLO TEJIDO MINERALIZADO DE LOS VERTEBRADOS

AMELOGENINAS

ENAMELINAS

TUFTELINAS

PROTEINASAS

AMELOBLASTINASPROTEINAS

HIDROXIAPATITA CARBONATADA

Repuestos para el Cuerpo Humano: Maria Vallet Regí. Real Academia de Ingeniería

HIDROXIAPATITA

CORTESIA :TEKNIMED INNOVATION IN BIOMATERIALS

HIDROXIAPATITA CARBONATADA

Cortesía: Repuestos para el Cuerpo Humano: Maria Vallet Regí. Real Academia de Ingeniería

ALTAMENTE MINERALIZADOESTRÉS MECANICO ESTRÉS ABRASIVO

ALTAMENTE MINERALIZADO

No colágeno Origen epitelial No reabsorción No Remodelación Thesleff, I. (1995) Differentiation of ameloblasts and

its regulation pp. 1–22, CRC Press, Boca Raton, FL

ESMALTE Y ESMALTOIDE

CAPA MAS ALTAMENTE MINERALIZADA DEL ORGANISMO

CONSUMO ALIMENTOS

Fearnhead, 1979

ESMALTE Y ESMALTOIDE

APATITA DE CALCIO

CARBONATADA

BIOMINERAL

ESMALTE MADURO

ESMALTOIDE MADURO

CRISTALES DENTRO DE LA

MATRIZ EXTRACELULAR

VERTEBRADOS

Organización del esmalte dental de rata. SEM. Superf. Grabada con ácido. Cada estructura es considerada como el producto secretado

dentro del ameloblasto del epitelio interno del esmalte.

Cortesía Dr W.Luo.

ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL

PRISMAS DEL ESMALTE

PENACHOS

AMELOBLASTO

Célula alta y delgada, con su base atada a las células del estrato

intermedio. Los procesos de Tomes ricos en vacuolas secretoras que contienen proteínas de la matríz

orgánica y numerosos microtúbulos. Cada Proceso de Tomes tiene a su

alrededor un pequeño citoplasma que lo rodea. Este también produce

esmalte pero los prismas del esmalte principales se producen en los

Procesos de Tomes

FORMACION DENTAL: SEM. Sección congelada y fracturada de un diente, muestra las células formadoras del esmalte.

AMELOBLASTOS

ESMALTE APRISMATICO

Poole 1967- Fearnhead 1983

ESMALTOIDE Contenido de colágeno Vesículas en la matríz Fases minerales : fluorapatita carbonatada en

peces, tiburones

PRESENCIA O AUSENCIA DE PROTEINAS AMELOGENINAS EN

LA MATRIZ DE LOS ESMALTOIDES

ESMALTE COMO UNA MATRIZ DE BIOMINERALIZACION

BIOMINERALES

John Hunter ( 1979 )

“ Esmalte dental : materiales diferentes

fuera de su porción mineral”

Deakins 1942

Matríz Biomineralizada

Block & Boiling 1952

Análisis de amino ácidos : matríz protéica del esmalte : euqueratina como en hueso y dentina, posiblemente un colágeno


LOWENSTAM & WEINER ( 1989 )

DELIMITACION DEL ESPACIO

EXISTENCIA DE UNA MATRIZ ORGANICA PREFORMADA

CREACION DE UNA SOLUCION IONICA SATURADA

CONTROL SOBRE LA NUCLEACION DE LOS CRISTALES

CONTROL SOBRE EL CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES

CESE DEL CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES

BIOMINERALES


AMELOBLASTOS ( Procesos de Tomes ), DELIMITACION DEL ESPACIO DEL ESMALTE UAC

AMELOGENINAS SECRETADAS : SE REUNEN

CALCIOFOSFATO

pH: 7.437°C


CALCOSFERITA : DEPOSITO GRANULAR O LAMINAR DE CALCIO


SALES DE CALCIO Y FOSFORO EMBEBIDOS EN LA MATRÍZ

COMPONENTES DE LA MATRIZ

CALCIO

FOSFATO

HIDROXIAPATITA

PIEZ : 1960 ANALISIS AMINOACIDOS :

Proteína soluble en solución descalcificante

HIDROXIPROLINA HIDROXILISINANO

COMPONENTES DE LA MATRIZ

CALCIO

FOSFATO

HIDROXIAPATITA

1961. William Astbury

PROLINA GLUTAMINA

HISTIDINALEUCINA

EASTOE 1963

COMPOSICION UNICA

AMELOGENINA

AISLAMIENTO DE LASPROTEINAS DE LA MATRIZ

CALCIO

FOSFATO

1970 CARACTERIZACION DE LAS AMELOGENINAS

PROCEDIMIENTOS QUIMICOS

EXCLUSION POR TAMAÑO

CROMATOGRAFIA PARA INTERCAMBIO IONICO

ELECTROFORESIS

AMELOGENINAS

CALCIO

FOSFATO

PUNTO CRITICO EN LA FORMACION NORMAL DEL ESMALTE

SE EXPRESA EN UN 10 % CROMOSOMA Y

SE EXPRESA DE UN GEN SIMPLE DEL CROMOSOMA X

AMELOGENESIS IMPERFECTA

ESTRUCTURA Y FUNCION DE LA MATRIZ DEL ESMALTE

EASTOE 1965

“NUTRIENTES” DE LA MATRIZCRECIMIENTO DE LOS CRISTALES

UNION AMELO-DENTINALSE EXTIENDEN A TRAVES DE LA MATRIZ POR MEDIO DE IONES TRASPORTADOS POR LOS AMELOBLASTOS HACIA LOS

CRISTALES

ESTRUCTURA Y FUNCION DE LA MATRIZ DEL ESMALTE

NUCLEACION DE LOS CRISTALES

DENTINA PREEXISTENTE

PROTEINAS ACIDICAS DE LA MATRIZ

NUCLEADORES MINERALES

ENAMELINAS, TUFTELINAS, AMELOGENINAS, AMELOBLASTINAS,

SIALOFOSFOPROTEINAS DE LA DENTINA

ESMALTE

CALCIFICACIÓN

Uno de los procesos biológico más importante para la vida de los organismos

Control de la homeostasis del Calcio

Funciones celulares Ensamblaje de las estructuras duras

Movimiento, Protección y Soporte de los tejidos blandos

Ermanno Bonucci. Calcification in biological systems. 1992

ESMALTE

Uno de los primeros tejidos biológicos a ser examinado en

el microscopio de luz (Boyde, A., 1989)

Complejidad


Proliferación y diferenciación celular

Sintesís y secreción de proteínas

Endocitosis

Transporte de ión Calcio

Mineralización

Degradación proteíca lisosomal

ESMALTE

Eventos celulares inusuales

Reversión de la polaridad secretoria del ameloblasto

Formación y destrucción de la lámina basal a lo largo de la superficie

base embrionaria

Preameloblasto Ameloblasto

Destrucción de proteínas secretadas por los

ameloblastos


ESMALTE

Diferenciación del Ameloblasto

Fenotipo

Prepara para segregar la matriz orgánica del

esmalte

.

Estadío Secretorio

Elaboran proteínas y el grosor completo del esmalte por una

aposición de crecimiento y organización en la región

interprismática

Modulan y transportan iones específicos para la agregación de

minerales

Estadío de Maduración

Estadío Presecretorio


ESMALTE

Quintessence Int. Vol 34 #8 Sep 2003 Theslleff Irma.

BIOLOGÍA ESTRUCTURAL BIOLOGÍA ESTRUCTURAL DEL DESARROLLO DE LA DEL DESARROLLO DE LA

MATRIZ DEL ESMALTEMATRIZ DEL ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ EXTRACELULAR• Proteínas de la matriz extracelular controlan la formación

del componente inorgánico de los tejidos duros

John D. Bartlett, Bernhard Ganss, Michel Goldberg, Janet Moradian Oldak, Michael L. Paine, Malcolm L. Snead, ‐ Xin Wen, Shane N. White, and Yan L. Zhou. Protein–Protein Interactions of the Developing Enamel Matrix. Current Topics in Developmental Biology, Vol. 74, Copyright 2006, Elsevier Inc.

PROTEÍNAS

Amelogenina Enamelina

Ameloblastina Amelotina

Biglycan

ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ EXTRACELULAR

Colin Robinson et al., The Chemistry of Enamel Development. Int. J. Dev. Biol. 39: 145-152 (1995)

20%

Reabsorbe total o parcialmente las proteína

directamente desde el esmalte maduro y las

deposita en los lisosomas

0,36%


• Interacciones específicas proteína-proteína Matriz capaz de dirigir la alta estructura organizada de los cristales del esmalte

• El ensamblaje extracelular de la matriz orgánica del esmalte y el proceso de biomineralización, ocurre en el espacio extracelular limitado por los ameloblastos y los odontoblastos o dentina



• Proteínas de la matriz del esmalte interactúa proteínas de membrana integrales el ameloblasto (Wang et al., 2005, in press)


ESMALTE

Cd63

A2

Lamp1


• Los ameloblastos se mueven a través de la matriz en formación con deposición mineral simultánea (Simmer and Fincham, 1995; Smith, 1998)

• El esmalte ha madurado el ameloblasto se mantiene latente hasta que el diente erupciona tiempo en el cual este se pierde


PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ EXTRACELULAR• Para definir la composición química del esmalte en

formación Resina Cromatográfica

Aislaron proteínas ácido – solubles de incisivos centrales (Eastoe, 1960, 1964)

• Proteínas del esmalte son únicas y no contienen colágeno (Eastoe, 1960)



• Prolina fue atribuida 25% de el total de aminoácidos en el extracto de esmalte

Hoy se relaciona con el 28% de la prolina contenida en la amelogenina humana


ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ EXTRACELULAR• Componente ácido – soluble de la matriz del esmalte en

formación proteína amelogenina. Entra en la literatura en 1965 (Eastoe, 1965a,b, 1966)

• Amelogenina Representaba la única clase de

proteína del esmalte

• Se descubrió la secuencia del ADNc amelogenina del ratón. Homologa para todas las especies mamíferas (Snead et al., 1983, 1985)


20 años después


• DescubrimientoAmeloblastina (Cerny et al., 1996; Fong et al., 1996; Lee et al., 1996) Enamelina (Hu et al., 1997a) Amelotina (Iwasaki et al., 2005).

Biglycan (Bgn) gene (Xu et al., 1998b; Young et al., 2002)



Ha sido propuesto que los genes de enamelina, ameloblastina y amelogenina provienen de un gen ancestral común (Iwase et al., 2003; Kawasaki and Weiss, 2003; Sire et al., 2005).

Jean-Yves Sire, Sidney Delgado, Delphine Fromentin, Marc Girondot. Amelogenin: lessons from evolution.Archives of oral Biology (2005) 50, 205-212

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTE• Enamelin (ENAM), Ameloblastin (AMBN). Ubicados en el

región corta del brazo q del cromosoma 4 humano (4q13) (Huq et al., 2005).

ESMALTE

John D. Bartlett, Bernhard Ganss, Michel Goldberg, Janet Moradian Oldak, Michael L. Paine, Malcolm L. Snead, ‐ Xin Wen, Shane N. White, and Yan L. Zhou. Protein–Protein Interactions of the Developing Enamel Matrix. Current Topics in Developmental Biology, Vol. 74, Copyright 2006, Elsevier Inc


PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEESMALTE

ESMALTE

AMELOGENINAAMELOGENINA• Proteína de la M.E.C Proteína de la M.E.C más abundantemás abundante

• LocalizaciónLocalizaciónAMELX: AMELX: locus Xp22.3‐p22.1AMELY: AMELY: locus Yp11 (Lau et al.,1989).

• Esencial para el Esencial para el ensamblaje de la M.E.C. ensamblaje de la M.E.C. orgánica del esmalteorgánica del esmalte


ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEPROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEAMELOGENINAAMELOGENINA

• En hombres, AMELY es expresado en bajos niveles (Salido E, Yen P, Koprivnikar K, at al., 1992)

• AMELX es el principal Organización y estructura del esmalte

LOS PACIENTES CON AMELOGENESIS IMPERFECTA PRESENTAN ALTERACIONES EN EL GEN AMELX AFECTANDO LA EXPRESION DE AMELOGENINA (AIH1). CON FENOTIPOS DE HIPOPLASIA E HIPOMINERALIZACIÓN

MUTACIÓN

Béatrice Richard, Sidney Delgado, Philippe Gorry, Jean-Yves Sire. A study of polymorphism in human AMELX. Archives of oral Biology 52 (2007) 1026 - 1031


AMELOGENINAAMELOGENINA


ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEEl ensamblaje supramolecular Nanoesferas (Du et al., 2005; Fincham andMoradian-Oldak, 1995; Veis, 2005)


ESMALTEPROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTE

AMELOGENINAAMELOGENINA

A. G. Fincham et al., The Structural Biology of the Developing Dental Enamel Matrix. Journal of Structural Bilogy 126, 270-299 (1999)

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEENAMELINA

• Gen humano para ENAMELIN (ENAM)Localizado cromosoma 4q21 (Dong et al., 2000; Hu et al., 2000a),

ESMALTE


ESMALTE


PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEESMALTE

ENAMELINA

Es la proteína más larga en el desarrollo de la matriz del esmalte dental y comprende el 5% del total de las proteínas de la matriz del esmalte maduro (supplied by OMIM)

• Gen 9 exones• Secretado como una glucoproteína fosforilada precursora 186KDa• Una vez secretada sufre una serie de cambios proteolíticos (Fukae et al., 1996; Hu et al., 1997, 2000)



• ENAM Exon largo 10 es variable (Hu and Yamakoshi, 2003; Sire et al., unpublished results)

• Comparaban secuencias de ENAM entre humano y chimpance

• Se encontraron 30 variaciones, de las cuales 10 eran no sinónimos

ENAMELINA

Béatrice Richard, Sidney Delgado, Philippe Gorry, Jean-Yves Sire. A study of polymorphism in human AMELX. Archives of oral Biology 52 (2007) 1026 - 1031


Analizaron una familia autosómica dominante con una forma de hipoplasia de Amelogenésis Imperfecta ( AIH2)

Gen enamelin tuvo una mutación en el intron 7 de enamelina

Mutación en el gen enamelina en el límite del exón-intrón

AIH2

Mutación en la región N-terminal del gen enamelina

AIH2

ESMALTE

Rajpar et al. (2001) Kida et al., 2002; Kim et al., 2005 Mardh et al. (2002)


ENAMELINA


• Rol particular que tiene está proteína en la amelogenésis está todavía por establecerse ( Hu and Yamakoshi, 2003 )

SUGIERE• Rol de enamelina Elongación de los cristales. Es ácida

Se une al Calcio de la Hidroxiapatita.

ESMALTE

ENAMELINA

Presencia intacta y madura de la enamelina en el frente de mineralización del esmalte ( Hu et al., 1997a; Kim et al.,2005 )

BASADOS



• Masuya et al.,. ENU‐induced mouse mutants as models for different clinical subtypes of human amelogenesis imperfecta (AI). Hum. Mol. Genet. 14, 575–583. (2005)

• Agente químico N- etil - N- nitrosourea (ENU) generar líneas mutantes en el ratón Mutación en el gen Enamelina

• Alteraciones en el ensamblaje del esmalte en los casos clínicos de Amelogenésis Imperfecta

ESMALTE

ENAMELINA


ESMALTE


Enamelinas son parcialmente degradadas y se mantienen asociadas con los cristales en el esmalte maduro

Amelogeninas, llenan los espacios entre los cristales en crecimeinto. Son degradadas y removidas completamente

de el esmalte maduro



ENAMELINA ES UN COMPONENTE ESENCIAL DE LA MATRIZ DEL ESMALTE Y ES NECESARIO PARA LA CORRECTA BIOMINERALIZACIÓN DE LA MATRIZ DEL ESMALTE Y SU MADURACIÓN

ESMALTE



Gen AMBN. Localizado en el cromosoma 4q21 y tiene 13 exones

ESMALTE

AMELOBLASTINA

ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEAMELOBLASTINA

AMBN 422 Aminoácidos. Proteína 45 KD

15.2% Prolina Glicine 9.9% Leucine 9.9%

ESMALTE


Glucoproteína específica dental, expresada Ameloblastos secretores

Expresión durante la maduración del esmalte

Cerny et al., 1996; Fonget al., 1996; Krebsbach et al., 1996. Hu et al.,1997

Caracterizada en estudios realizados en incisivos de ratas y porcinos


ESMALTE


Estudios inmunohistoquímicos (Hu et al., 1997b; Nanci et al., 1998)

Distribución dentro de la matriz extracelular del esmalte por fuera del ameloblasto, en forma de red. (Snead, 1996)


ESMALTE


Se ha sugerido que sirve como núcleos de cristalización

Expresados en los sitios de iniciación de mineralización dentro del esmalte (Dhamija and Krebsbach, 2001; Nanci et al., 1998)


ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEAMELOTINA

Iwasaki et al., 2005

Identificaron el gen de AMTN, por análisis de reacción en cadena polimerasa (PCR) de varios tipos celulares del

órgano dental de un incisivo de ratón de 10 días


ESMALTE


Análisis de bases de datos

Identificarón AMTN humana Proteína de 209 aminoácidos. 60% idéntico a los 213 aminoácidos de la proteína del ratón


ESMALTE


Gen AMTN ubicado en el cromosoma 4q13.3 proximal a los genes AMBN y ENAM. Tiene 9 exones y 8 intrones


ESMALTE


Análisis de Hibridización in situ

AMTN es expresada específicamente en el estadío de maduración de los ameloblastos

Desarrollo dental en ratones

(Iwasaki et al., 2005)


ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEBIGLYCAN

Gen BGN Humano localizado en el cromosoma Xq28. Contienen 8 exones

Se expresa en los dientes incluyendo dentina y esmalte ( Septier et al., 2001)

ESMALTE


Estudios en ratas transgénicas Anulaba gen BGN (Xu et al., 1998)

Goldberg et al., (2002, 2005). Dentina y Esmalte se afectaban por la anulación de gen BGN.

Expresaba en los Ameloblastos y está presente en la M.E.C del esmalte


Paine et al., 2001; Wang et al., 2005

Sugiere que los tejidos como el esmalte en formación

Contribuye a regular la organización tridimensional de los componentes de la matriz por interacción con otras

moléculas de la matriz

ESMALTE



ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTEOTRAS PROTEÍNAS DEL ESMALTE

Proteínas TUFT del esmalte

TUFTELIN ((Deutsch et al., 1987, 2002; Robinson et al.,1975, 1989)

(TFIP11)Tuftelin Interacting Protein 11 (TFIP11) ‐ (Paine et al., 2000a; Wen et al., 2005)

Proteínas “no amelogeninas” sulfatadas y glicosiladas de 65 KD (Nanci et al., 1996b, 1998; Smith and Nanci, 1996; Smith et al., 1995)


ESMALTE


TUFTELIN

Gen Tuftelin humano cromosoma 1q21

Proteína ácida. Está presente en el desarrollo y maduración del esmalte extracelular

(Deutsch et al., 1991)


ESMALTE

PROTEÍNAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTETUFTELIN

Producto de un rango de tipos celulares


Células responsables de la mineralización de tejidos duros

Células responsables de los tejidos no mineralizados

(Bashir et al., 1998; Deutsch et al., 2002; Luo et al., 2004; MacDougall et al.,1998; Mao et al., 2001; Paine et al., 2000a; Saarikoski et al., 2002).

ESMALTE

ENZIMAS PROTEOLÍTICAS DE LA MATRIZ DEL ESMALTE

Matriz Metaloproteinasa 20 (MMP20)

Kalikreína – 4 (KLK4)

Descubiertas en el organo del esmalte porcino (Bartlett et al., 1996; Simmer et al., 1998)


ESMALTE


Matriz Metaloproteinasa 20 10 exones (MMP20)

Forma parte del gen MMP localizado en el cromosoma humano 11q22.3

Degradación de la Matriz Extracelular en los procesos fisiológicos normales Desarrollo embrionario y Remodelación de Tejidos


ESMALTE


Expresión de la MMP20 en tejidos fisiológicos normales es limitada al diente (Hu et al., 2002)

Western Blot demostró que es secretada dentro de la matriz del esmalte (Fukae et al., 1998)

Mutación de la MMP20 Esmalte blando


ESMALTE



Gen localizado en el cromosoma 19q13.41

Descubiertas en dientes (Simmer et al., 1998)

Producida por los odontoblastos y por los ameloblastos en el estadío post-secretorio y de maduración

(Hu et al., 2000; Ryu et al., 2002).


ESMALTE



Expresión KLK4

Desaparición de las proteínas del esmalte (amelogeninas) desde la matriz del esmalte

Mutación KLK4 Amelogenésis Imperfecta

(Hart et al., 2004)


CARACTERISTICAS DEL ESMALTE

• Dureza por su contenido mineral

• Frágil por alta dureza

• Requiere de la dentina para mantener su integridad

• Espesor máximo de 2.5 mm en superficies de alto trabajo.

• El espesor hace que varié su color por la dentina que se transparenta

Histología y embriología bucodental, Maria E. Gómez de Ferraris, A. Campos Muñoz, 2002

COMPONENTES CARACTERISTICAS

VARILLAS DEL ESMALTE

•Esmalte es una masa de cristales de hidroxiapatita.•Su estructura es el resultado de un patrón organizado de orientación cristalina•Están compuestas por cristales y son de forma cilíndrica.•La disposición se debe a la síntesis y formación del esmalte por parte de los ameloblastos•Distancia entre cristales ocupada por la sustancia orgánica es de 2 a 3 nm



ESTRIAS DE RETZIUS

•Aparecen en los preparados por desgaste en forma de bandas de color parduzco o castaño con la luz trasmitida y claras con la luz reflejada.•Estría mas sobresaliente y que coincide con el nacimiento: línea neonatal (línea de Rushton – orban)•Marcan la aposicion de capas de tejido durante la formación de la corona. (líneas incrementales).

–Relacionados con periodos de reposo durante la mineralización.


Periquimatias

Estrías de retzius


PENACHOS ADAMANTINOS O DE LINDERER

•Semejantes a las microfisuras del esmalte.•Se extienden en el tercio interno del esmalte y se despliegan desde el limite amelodentinario en forma de arbusto.•Solo en el tercio interno del esmalte.•Se forman durante el desarrollo debido a cambios bruscos en la dirección en los grupos de los prismas.



BANDAS DE HUNTER- SCHREGER

•Bandas claras y oscuras denominadas respectivamente parazonias y diazonias.•Ocupan las 4/5 partes del esmalte.•Su origen no esta absolutamente explicado, sugiriéndose que se trata del fenómeno que resulta del distinto plano de corte de los prismas.



ESMALTE NUDOSO •Esmalte prismático que se localiza en las regiones de las cúspides dentarias.•Formado por una compleja interrelación de prismas o bastones adamantinos.•Su origen radica en que los planos circunferenciales de los prismas con sus ondulaciones se interrelacionan íntimamente y estrechamente.•El entrecruzamiento de los prismas aumenta la resistencia del esmalte.



UNION AMELODENTINARIA

•Zona de relación entre esmalte y dentina.•Constituye un nivel estructural para la retención firme del esmalte sobre la dentina.•Su origen se establece en los primeros estadios de la morfogénesis dentaria y señala la ubicación de la lamina basal existente entre odontoblastos y ameloblastos antes de la mineralización.•Un espesor de 11.8 micrómetros.



HUSOS ADAMANTINOS

•Estructuras con aspecto de clavas irregulares a nivel de las conexiones amelodentinarias.•Formaciones tubulares que tienen en su interior la prolongaciones del odontoblasto•La mayoría solo contiene fluido dentinario.•Su función se relaciona con la transmisión de los estímulos.



PERIQUIMATIAS •Formaciones relacionadas con las estrías de Retzius por una parte y con la periferia medioambiental por la otra.•Son mas marcadas en los dientes permanentes recién erupcionados.



LAMINILLAS O MICROFISURAS

•Microfisuras finas y delgadas que se extienden de forma rectilínea desde la superficie del esmalte hasta la dentina o pueden penetrar en ella.•Hay microfisuras primarias y secundarias.•Las primarias están constituidas por matriz del esmalte no mineralizada o células que proceden del órgano del esmalte.•Las secundarias se generan por trauma y cambios rápidos de temperatura en ese lugar.•Se clasifican en tipo A, B, C.


2 D Mapping of texture and lattice parameters of dental

enamel

ScienceDirect, biomaterials 28 (2007) 2908-2914

INTRODUCCION• El esmalte es tejido biológico altamente mineralizado y

duro de origen ectodérmico.

• Compuesto por 96% de minerales, 3% de agua, 1% material orgánico.

• Los cristales de hidroxiapatita se disponen transversalmente.

(1) Deakins M, Volker IF. Amount of organic matter in enamel from several types of human teeth. J Dent Res 1941;20(2):117–21

INTRODUCCION• Tiene una dimensión de 50 nm a 25 nm y hasta 1mm de longitud.(1)

• Los agregados de nano varillas conocidas como prismas contienen alrededor de 1000 cristales. (2)

• Los cristales pueden tener 5 micrómetros de diámetro y pueden tener varios mm de longitud.(2)

1.Johansen E. In: Stack MV, Fearnhead RW, editors. Tooth enamel: its composition, properties, and fundamental structure. Bristol: I Wright and Sons; 1965. p. 177–81.

2. Young RA, Mackie PE. Crystallography of human tooth enamel:Initial structure refinement. Mat Res Bull 1980;15(1):17–29.

Wilson RM, Elliott JC, Dowker SEP, Smith RI. Rietveld structure refinement of precipitated carbonate apatite using neutron diffraction data. Biomaterials 2004;25(11):2205–13..

INTRODUCCCION• Los cristales, la mayoría son dispuestos en un eje

longitudinal y aproximadamente a 90 grados con la unión esmalte dentina..

• El microscopio electrónico es una técnica cualitativa pero no permite información sobre el grado de alineación en las diferentes parte del diente. Solo nos permite determinar la forma y tamaño en un plano particular del esmalte.

Young RA, Mackie PE. Crystallography of human tooth enamel:Initial structure refinement. Mat Res Bull 1980;15(1):17–29.Wilson RM, Elliott JC, Dowker SEP, Smith RI. Rietveld structure refinement of precipitated carbonate apatite using neutron diffraction data. Biomaterials 2004;25(11):2205–13.

INTRODUCCION

• Se ha utilizado difracción de Rayos x en esmalte dental para establecer el espacio por grupo y las capas.

• Previos estudios utilizaron la difracción de RX sobre el esmalte dental humano, estableciendo el agrupamiento espacial y parámetros de capa.

Young RA, Mackie PE. Crystallography of human tooth enamel:Initial structure refinement. Mat Res Bull 1980;15(1):17–29.Wilson RM, Elliott JC, Dowker SEP, Smith RI. Rietveld structure refinement of precipitated carbonate apatite using neutron diffraction data. Biomaterials 2004;25(11):2205–13.

INTRODUCCION

• Con la difracción de rayos X de 2D puede ser usada para determinar los parámetros básicos de la cristalografía de los cristales de hidroxiapatita, permitiendo explorar la composición y textura sobre la escala longitudinal del submilimetro.. Caracterizar la orientación, distribución de los cristales de apatita, ayuda a entender el crecimiento y formación del esmalte dental

Maisoon Al-Jawada,, Axel Steuwerb, Susan H. Kilcoynec, Roger C. Shorea,Robert Cywinskid, David J. Wooda. 2D mapping of texture and lattice parameters of dental enamel. Biomaterials 28 (2007) 2908–2914

DIFRACCION DE RX DEFINICIONEs una técnica consistente en hacer

pasar un haz de rayos X a través de un cristal de la sustancia sujeta a estudio. El haz se dispersa en varias direcciones debido a la simetría de la agrupación de átomos y por difracción, da lugar a un patrón de intensidades que pueden interpretarse según la ubicación de los átomos en el cristal. Una de las mas usadas en la comunidad científica por para dilucidar estructuras cristalinas, debido a su precisión

Wikipedia

DIFRACCION DE RAYOS X

Atlas of Optical Transforms (G. Harburn, C.A. Taylor, T.R. Welberry; Ed. G. Bell and Sons,

RESULTADOS

• Cortes de 500 micrómetros en segundos premolares mandibulares

• Cada cuadricula mide 150 micrómetros

• Parte oscura dentina• Parte clara esmalte

Maisoon Al-Jawada,, Axel Steuwerb, Susan H. Kilcoynec, Roger C. Shorea,Robert Cywinskid, David J. Wooda. 2D mapping of texture and lattice parameters of dental enamel. Biomaterials 28 (2007) 2908–2914

RESULTADOS• Difracciones de diferentes

partes del diente, ilustrando los cambios de textura en las diferentes direcciones dentro del esmalte.(a,b,c)

• Las variaciones en la intensidad muestran la textura.

• b muestra el patrón de difracción de la dentina. Aquí los niveles son mucho mas amplios indicando que los cristales son mas pequeños y menos texturizada.

RESULTADOS

• Áreas con coeficiente de textura baja, los cristales son menos alineados

DISPOSICION DE LOS CRISTALES DE HIDROXIAPATITA

DISCUSION• Este estudio demostró que los cristales de hidroxiapatita

son mas alineados en las cúspides: En la cúspide bucal en ambos lados y en la lingual es altamente alineado hacia el interior de la cúspide.

• Fuera de las cúspides los cristales son menos ordenados.

• Las superficies de alta alineación de cristales en los segundos premolares inferiores, son las superficies oclusales, esto pude sugerir un desarrollo evolutivo donde los sitios de mayor carga son mas fuertes.*

* Berkovitz BKB, Holland GR, Moxham BJ. Oral anatomy, embryology and histology. 3rd ed. New York: Mosby; 2002.

DISCUSION• Es probable que el grado evolución del alineamiento de

los cristales en las diferentes regiones del diente, han sido optimizadas por la función del diente.(1)

• Los cambios en los parámetros de las capas, pueden ser indicativos de cambios en la química de los cristales del esmalte así como cambios en el estrés y el estrés a la tensión del material.

• Los cambios en los parámetros de capa pueden originarse predominantemente de los cambios en la composición química del esmalte en las diferentes regiones del diente

1. Bacon GE. The dependence of human bone texture on life-style. Philos Trans Roy Soc B 1990;240(1298):363–70 .

DISCUSION• Usar los paramentos de capa para determinar los

cambios en la composición en la biología de las apatitas es no claro, como los cambios en la química de los cristales, que pueden ser el resultado de varias sustituciones de iones como Na, Mg, Cl o F, así como variaciones en el contenido de carbonato y la relación Ca/P. Sin embargo la magnitud de los cambios vistos a través de los dientes, sugiere que los cambios en los parámetros de capa es intrigante , originándose predominantemente desde los cambios en la composición química del esmalte en las diferentes regiones del diente

DISCUSION

• El análisis químico de la distribución del fluoruro, carbonato y magnesio del esmalte ha sido llevada previamente por Robinsón y col

CONCLUSIONES

• Usando la difracción de rayo X espacial, se puede cuantificar los cambios en la textura y capas del esmalte dental, así como la posición dentro del diente

• En pocas horas de recolección de datos, se puede general el mapa bidimensional de la textura y capas del esmalte. Con una resolución de 150 micrómetros

CONCLUSIONES

• Esto ha permitido la cuantificación de la información del grado de alineamiento de los cristales en las diferentes regiones del esmalte.

• El mapa de capa relata los cambios en la química del cristal y la diferencia entre los dientes.

CONCLUSIONES• Caracterizar la propiedades cristalográficas del

esmalte dental es crucial para diseñar un material restaurativo optimo.

• La difracción de rayos X es una potente técnica en el estudio de la cristalografía y microestructura del esmalte dental y podría tener igual éxito en el estudio de otro tejidos duros, en el estudio de materiales sintéticos y complejos biosinteticos.

CRISTALOGRAFÍA

ESTRUCTURA CRISTALINA

Puntos homólogos que pueden repartirse en líneas paralelas y equidistantes, cuya repartición podrá ser distinta según la dirección que se considere, pero será igual en una misma dirección.

Leon Lopez, Enrique G, Fisica de los cristales. 1984 .

2.3 mm

1.3 mm

FORMACIÓN Y CRECIMIENTODE LOS CRISTALES DEL ESMALTE

• Sintetiza factores requeridos para iniciar la formación de cristales de hidroxiapatitia. (PAL, ATPSINTASA, PROTEOGLICANASAS, ETC)

• Mayoría de proteínas de matriz

extracelular (desarrollo cristales del esmalte) son hidrofóbicas y de naturaleza globular.

• Degradadas y perdidas durante el desarrollo.

Deutsch,D. Structure and funtion of enamel gene products, Anat Rec 224. 1989

AMELOBLASTO MADURO

Histología y embriología bucodental, Gomez de Ferraris, Campos Muñoz. Ed Panmericana. Cap 10. 2001

FORMACIÓN Y MADURACIÓN DE LA MATRIZ

• Secreción de la matriz orgánica• Síntesis de sustancias de bajo peso molecular en el RER• Concentración de las sustancias en el complejo de Golgi• Formación de gránulos o cuerpos adamantinos• Fusión de los cuerpos adamantinos (4µm)

• Secreción por exocitosis•Formación de membrana amelodentaria ( 2µm)

Deutsch,D. Structure and funtion of enamel gene products, Anat Rec 224. 1989

Ameloblastos

Matriz proteica del esmalte

Proamelogenina de altoPeso molecular

Amelogeninas

Reabsorción

Enamelinas

Localización intercristalina

Aparición temprana

Localización intracristalina

Aparición tardíaAgregado de

otras proteinas

Esmalte Maduro

• La organización del complejo 3D del esmalte parece estar basada más en un ordenamiento directo de los cristales de hidroxiapatita (inorgánico), que en un ordenamiento de las proteínas de la matriz estructural. (ej:fibrillas colágenas en hueso laminar)

Weiner, S. Organization of extracellulary mineralizzed tissues: a comparative study Of biological crystal growth. Crit. Rev. Biochem. 20. 1986.

• Las unidades en la organización fundamental en el esmalte maduro, son los prismas y la sustancia interprismática.

• Forma delgada, íntimamente empacados, extremadamente largos, como cintas de cristales de hidroxiapatita.

Warsshawsky,H. and Nanci, A. Stereo electron miroscopy of enamel crystallities, J Dent Res. 61. 1982.


• Esmalte interprismático forma un conjunto de cavidades las cuales son progresivamente alargados y rellenados por los prismas.

• Prismas: rodeados en todos los sitios por esmalte interprismático.


Orientación de los cristalesen el interior de los prismasen las tres caras de un bloque de esmalte


• El proceso de Tomes de un ameloblasto se cree organizar un prisma del esmalte.

• El esmalte interprismático está formado en relación a la porción proximal de los procesos de Tomes.

Weiner, S. Organization of extracellulary mineralizzed tissues: a comparative study Of biological crystal growth. Crit. Rev. Biochem. 20. 1986.

• Los cristales de los prismas y del esmalte interprismático son similares en estructura pero difieren en su orientación relativa.

• Prismas: los cristales son formados por interdigitación de porciones de los procesos de Tomes y ordenados.

• Cada prisma está formado por cuatro ameloblastos.



• La unidad celular de los cristales del esmalte es la hidroxiapatita, pueden sufrir substitución con iones (magnesio, fluoruro, carbonato).

• Forma hexagonal observada por microscopia electrónica puede representar proyecciones bi-dimensionales de corte oblicuo, tridimensional, segmentos de cristales romboédricos.

Sydney-Zax,M. Mayer I, and Deutsch,D. Carbonate content in developing humanand and bovine enamel. J Dent Res. 70. 1991.

HidroxiapatitaCa10(Po4)6(OH)2

Histología y embriología bucodental,Gomez de Ferraris, Campos Muñoz.

Ed Panmericana. Cap 10. 2001

• Los cristales individuales del esmalte comienzan como una delgada capa que se vuelve hexagonal (cristales maduros).

• Esmalte joven: rico en carbonato, puede reemplazar el grupo fosfato o el grupo hidroxilo de la superficie o dentro de los cristales

Kallenbach E. Evidence that apatite crystals of rat incisor enamel have hexagonalcross sections. Anat. Ec. 228. 1990

• Como los cristales envejecen, la relación carbonato/calcio disminuye y hay un cambio en los sitios de sustitución dentro de la red de cristales.

• Carbonato hace un esmalte más soluble en ácido y su presencia ha estado implicada en la disolución central de cristales vistos en lesiones cariosas.

Warshawsky, H. Organization of crystals in enamel. Anat Rec. 224. 1989

Un componente orgánico de la matriz se cree que actúa como plantilla para orientación de crecimiento de los cristales y está intimamente asociado con la fase mineral.

Warshawsky, H. Organization of crystals in enamel. Anat Rec. 224. 1989

Proceso de Tomes del ameloblasto Membrana celular

Adición progresiva deiones en extremoterminal de cristalitos Nanosfera formada por100 monómeros de Amelogenina. Diámetro de 20nm

Distribución de nanosferasforma matriz alrededorde cristalitos iniciales

Cristalitos inicialesdel esmalte

Vesículas secretoriasSecreción de

monómeros de amelogenina

Monómeros de amelogenina

forman nanosferas

Superficie dentina mineralizada

Histología y embriología bucodental,Gomez de Ferraris, Campos Muñoz. Ed Panmericana. Cap 10. 2001

MATRIZ ORGÁNICA Y CRISTALES INICIALES DEL ESMALTE

AUMENTO DE TAMAAUMENTO DE TAMAÑÑOO DE CRISTALES DE CRISTALES

Crecimiento en la longitud Crecimiento en la longitud de los cristalesde los cristales

El ameloblasto secreta proteEl ameloblasto secreta proteíínasnas y construye la capa del esmaltey construye la capa del esmalte por aposicipor aposicióón.n.

ExpansiExpansióón de los cristales n de los cristales en ancho y grosor.en ancho y grosor.

Lentamente y progresivamenteLentamente y progresivamente en el tiempo.en el tiempo.

Solo si otros componentes son Solo si otros componentes son removidos para proveer un removidos para proveer un espacio libre o volumen para espacio libre o volumen para que los cristales pueden que los cristales pueden expandirse.expandirse.

Componentes amelogeninas y aguaComponentes amelogeninas y agua

Continuamente a lo largo Continuamente a lo largo del estado secretordel estado secretor

Deutsch ,D. Structure and function of enamel gene products. Anat Rec 224.1989

• Aunque el crecimiento de los cristales en ancho y grosor directamente estimula la ruptura de las amelogeninas.

• La amelogeninas pueden primero ser degradadas por las proteinasas para permitir el crecimiento en ancho y grosor de los cristales

Deutsch ,D. Structure and function of enamel gene products. Anat Rec 224.1989

PROPIEDADES DE LA LUZ

Craig Robert, Power John. RESTORATIVE DENTAL MATERIALS,Mosby, Eleventh Edition. 2002.

REFLEXIÓN

LUZ INCIDIENDO SOBRE SUPERFICIES LISAS

La luz choca sobre una superficie lisa, pulida y translúcida y se refleja en una sola dirección dando un aspecto artificial. Fundamentals of COLOR, Stephen J.Chu, DMD, Quintessence 2004

LUZ INCIDIENDO SOBRE SUPERFICIES IRREGULARES

La superficie irregular presenta concavidades y convexidades, este tipo de textura genera que la luz al impactar en su superficie se difunda en todas direcciones.

Fundamentals of COLOR, Stephen J.Chu, DMD, Quintessence 2004

REFRACCIÓN


3 x 10 m/s8

Aire 299.910 Km. / s

Agua 225.564 Km. / s

Cristal 205.479 Km. / s


EFECTO LUZ - CUERPO


PROPIEDADES FÍSICAS

DUREZA• Resistencia de la última capa

(superficial) a ser rayada o sufrir deformaciones.

• Corresponde a 5 en la escala

de Mohs (apatita)

• Está en relación directa con el grado de mineralización.


DUREZA

• Se debe al elevado porcentaje de matriz inorgánica (95%) cristales de hidroxiapatita.

• Cristales: constituídos por fosfato de calcio.


ELASTICIDAD

• Depende de la cantidad de agua y sustancia orgánica que posee. 3%

• Escasa. • Tejido frágil. • Tendencia a macro y microfracturas cuando no

tiene apoyo dentinario elástico. • Módulo de elasticidad 84.1MPa.


ANISOTROPÍA

Propiedad de responder diferente dependiendo de la dirección de aplicación la fuerza.

110 GPa.Intraprismático

95 GPa.Interprismático

90 GPa.Transversal

Spears I, Noor R, Cromptom R, Cardew G, Howard I; The effects of enamel anisotropy on the distribution of stress in a tooth. J Dent Res, 1993, 72 (11) , 1526-1531.

ANISOTROPÍA

Disipa el estrés mas efectivamente

Reduce el estrés tensil y compresivo

Reduce el riesgo de fractura en cervical

Spears I, Noor R, Cromptom R, Cardew G, Howard I; The effects of enamel anisotropy on the distribution of stress in a tooth. J Dent Res, 1993, 72 (11) , 1526-1531.

COLOR • Esmalte es translúcido.

• El color no depende del esmalte sino de las estructuras subyacentes (dentina).

• Mayor espesor: tonalidad grisácea (cúspides).

• Más delgado: blanco amarillento (cervical).


TRANSLUCIDEZ

• Por variaciones en el grado de calcificación y homogeneidad del esmalte.

• A mayor mineralización más translucidez


SEMIPERMEABILIDAD• Permite difusión de agua y de algunos iones

presentes en el medio oral

• Esmalte: por marcadores radioactivos o radioisótopos puede actuar como membrana semipermeable.


SEMIPERMEABILIDAD

• Hace más resistente la superficie externa de esmalte a la caries.

• En dientes viejos la semipermeabilidad es muy reducida

• Los iones flúor sustituyen los grupos hidroxilos del cristal de apatita = menos soluble a los ácidos.


RADIOPACIDAD

• Oposición al paso de los rayos Roentgen.

• Es muy alta en el esmalte por ser muy mineralizado.


METAMERISMOMETAMERISMOFLUORESCENCIAFLUORESCENCIAOPALESCENCIAOPALESCENCIA

PROPIEDADES OPTICAS DEL ESMALTE


METAMERISMO

Aschheim, K. 2002. Odontología Estética.Segunda Edición. Ediciones Harcourt S.A. Madrid. España

FLUORESCENCIA


OPALO

OPALESCENCIA


• La formación de cristales de hidroxiapatita con dimensiones de longitud es un proceso que toma muchas semanas para completarse

• Único mecanismo que permite una adición mineral depositada continuamente por largo tiempo en la superficie de maduración de los cristales del esmalte

BIOINGENIERIA Ingeniería de Tejidos Humanos

Medicina Regenerativa

Disciplina biomédica que aplica los principios de la ingeniería y los conocimientos en embriología,

biología molecular, biotecnología y bioinformática para la regeneración de órganos y tejidos de los

organismos vivos.

Lhotska: Biomedical engineering as health care profession Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2007;1:5936-9.

BIOINGENIERIA

Su objetivo es regenerar tejidos reproduciendo los mecanismos que

intervienen en la renovación de las células del organismo. Es una alternativa al

transplante tradicional de órganos que no siempre es posible tanto por la falta de donantes como por el riesgo de que el paciente rechace el órgano recibido.

BIOINGENIERIA

Cortesia Dr. Juan Carlos Munevar

BIOINGENIERIA

Modelos desarrollados para el estudio de la ingeniería de tejidos:

• Terapias Génicas• Células Stem • Estructuras Tridimencionales

TERAPIA GENICA

•Objetivo iniciar la cascada de expresión génica•Medios de transporte son virus o no virus..

CELULAS STEM

Cortesia Dr. Juan Carlos Munevar

Estructuras Tridimensionales

Estructura biocompatible que simulan el tejido a regenerar, a la que se le incorporan factores de crecimiento, sustancias peptídicas especificas y sistemas multicelulares de matrices de tejido.

•Kim BS. Baez CE. Biomaterials for tissue engineering. Word J Urol. 2000; 18:2-9•Pratt AB. Weber FE. Schmoekel HG. Muller R. Synthetic extracelular matrices for in situ tissue engineering. Biothecnol Biogen :2004;86:27-36

BIOINGENIERIA

• Gronthos y col (2000) aislaron células de la pulpa y demostraron la capacidad de estas células para producir dentina. (Posnatal human dental

pulp stem cells in vitro and vivo. Proc Natl Acad Sci USA 200097:13625-30)

• Harada y col (1999) regulación molecular de la proliferación y diferenciación de las células Stem en el epitelio del órgano del esmalte.(Localization of putative stem cells in dental epithelium and their association with Notch and FGF signaling. J Cell Biol. 1999.147:105-20)

BIOINGENIERIA

• Thesleff y col (1999) centros de señalización en el epitelio del germen dental, denominados nudos de esmalte, que producen mas de 10 factores de crecimiento y diferenciación y son los encargados de formación de cúspides. Descubrimiento de 250 genes relacionados con el desarrollo dental.

• Thesleff y col (2003) reportaron células madre de origen endotelial con capacidad de transdiferenciarse en ameloblastos en ratones que permiten suponer la formación de esmalte. (Stem Cells and Tissue Engineering: Prospects for regenerating Tissues in Dental Practice. Med Princ Pract 2003;12:43-50)

• Chai Y, Slavkin (2003) Factores de crecimiento y moléculas de señalización importantes en la bioingeniería de tejidos dentales.(Prospects for tooth regeneration in the 21st Century: A perspective. Micros Res and Tech. 2003;60:469-79)

REGULATING THE ROLE OF BONE MORPHOGENETIC

PROTEIN 4 IN TOOTH BIOENGINEERING

CHUNG Il-Hyuk (1) ; CHOUNG Pill-Hoon (2) ; RYU Hyun-Jeong (2) ; KANG Young-Ho (2) ; CHOUNG Han-Wool (2) ; CHUNG Jong-Hoon

(3) ; CHOUNG Yun-Hoon (4) ;

J Oral Maxillofac Sug 65:501-507, 2007

PROPOSITO

Cultivos de órganos y la regulación de su desarrollo biológico usando principios de ingeniería pueden ser utilizados para producir estructuras y órganos para la reconstrucción de defectos.

La aplicación de métodos de bioingeniería en el desarrollo de diente artificial puede ser una alternativa para generar dientes que se han perdido.

Proteína Morfogenetica de Hueso

Son factores de crecimiento que pertenecen a la familia de los factores de crecimiento transformante β (TGFβ), proteínas capaces de inducir la formación de hueso, cartílago, diente.

Las BMP4 y BMP2 son moléculas extensamente involucradas en la odontogénesis y morfogénesis, que interactuan con genes como el MSX1 y MSX2

(TUCKER, (1998). Transformation of tooth induced by inhibition of BMP. Science 282)

MATERIALES Y METODOS• Ratones CD-1: embriones y adultos• Fueron desecados gérmenes de molares en

estado de botón E11.5 y E13.5 y transplantados en un espacio mandibular en igual etapa de desarrollo.

• La mandíbula con los gérmenes transplantados fue cultivada in vivo e in vitro usando métodos de bioingeniería.

• Administración de BMP4 y noggins (antagonista) alrededor de los gérmenes.

MATERIALES Y METODOS

RESULTADOSDespués del periodo de cultivo in vivo e intro, los

gérmenes de los dientes transplantados presentaron desarrollo con formación de estructura de soporte.

En el grupo tratado con BMP4 y bioingeniería se observo un incremento en la maduración de cúspides y matriz de esmalte.

En el grupo tratado con Noggin desarrollo molares con apariencia tipo cráter, con desarrollo inmaduro de cúspides y supresión en la formación de la matriz del esmalte.

RESULTADOS

Desarrollo de dienteTejidos de soporteTejidos Neurovasculares

Formación de matriz De esmalte y dentina

RESULTADOS

Matriz de dentina y Esmalte, cúspides endesarrollo

Presencia de gérmenes de 1er y 2doMolar.

RESULTADOS

2. Efecto de BPM4 y Noggin en el

Tratamiento No. de gérmenes transplantados

Formación Segundo Molar

Normal Anormal

BMP4 56 46 (82.0) 10 (18.0)

Noggin 52 9 (16.0) 43(84.0)

2. Efecto de BPM4 y Noggin en el Desarrollo Cuspideo


Desarrollo Cúspideo %

Maduro Inmaduro

BMP4 56 49 (88.0) 7 (12.0)

Noggin 52 15 (28.0) 37(72.0)

2. Efecto de BPM4 y Noggin en la Formación del Segundo Molar


Formación Segundo Molar

Normal Anormal

BMP4 56 46 (82.0) 10 (18.0)

Noggin 52 9 (16.0) 43(84.0)

DISCUSION

• Peters H y col. (1999) y Thesleff I y col. (1997). Epitelio dental sufre plegamiento durante la etapa de casquete y en la etapa de campana (E11.5-E14.5) y hay un aumento en el deposito de esmalte por los ameloblastos.

• Thesleff I y Col (2000) y Vainio Sy col.(1993).Los efectos sinérgicos y antagonistas de las señales moleculares involucradas del tejido son responsables de las diferentes etapas del desarrollo del diente.

Thesleff I y Col

DISCUSION

• Vainio Sy col.(1993) y Aberg T y col. (1997) Expresion BMP en los procesos maxilares y mandibulares y de sus receptores ALK6 y ALK3 en el interior y exterior del epitelio dental sugieren que estas tienen un rol en desarrollo dental.

• Massague J, y col (2000) Dos antagonistas de BMP que son los chordin y noggin: proteínas que unidas a las BMPS en el espacio extracelular evitan la activación de los receptores de las BMP.

DISCUSION

• Tucker AS y col (1998), y Jernnvall J y col (1994 - 2000): Sugieren que la BMP4 es un determinante en la identificación de los dientes y los antagonistas tienen efectos evidentes en la formación de cúspides y en la forma coronal.

• Takahashi H y col(1996):Varios factores de crecimiento como la BMP4 son expresados en los nudos del esmalte y actúan como una señal para el control de la forma del diente.

CONCLUSIONES

Este estudio confirma que los gérmenes cultivados transplantados en el diastema a los que se les administro BMP4 permiten el desarrollo maduro de los dientes, y que el uso de la bioingeniería permite incluso la morfogénesis y la diferenciación en áreas sin dientes.

Biología del Esmalte Dental Humano

Education

Transcript of Biología del Esmalte Dental Humano