1.9: Desarrollo de esmalte

• Descripción general
• Amelogénesis
  • Iniciación
  • Aposición
  • Mineralización
• Consideraciones clínicas

Figura 9.1: Una ilustración del gran número y la complicada interacción entre los morfógenos implicados en la amelogénesis. Crédito de imagen: La señalización reguladora secuencial y recíproca entre epitelio (rojo) y mesénquima (azul) por Thesleff, I. y Tummers, M, Stembook.org, está licenciada bajo CC BY 3.0

Descripción general

Aunque la formación de dentina ocurre antes de la formación del esmalte, comenzamos con la formación del esmalte. De esta manera, el capítulo sobre la formación de la dentina puede permanecer cerca de la pulpa, lo cual es importante porque comparten el mismo linaje del neuromesénquima. El esmalte es producido por células derivadas del ectodermo. Esto conduce a una diferencia molecular clave entre la matriz extracelular del esmalte frente a la de la dentina, el cemento y el tejido óseo. Otra diferencia importante que vemos es que las células productoras de esmalte se pierden durante la erupción dental, mientras que las células que producen dentina, cemento y pulpa permanecen dentro de un diente vital. Un enfoque importante del estudio de la embriología es aprender sobre cómo las células madre se diferencian en tipos de células adultas, en caso de que alguna vez encontremos la necesidad de hacer que las células adultas se desdiferencien y luego se vuelvan a diferenciar en un tipo de célula que sea necesario Recrear ameloblastos podría no ser terriblemente útil, ya que el esmalte está hecho de la superficie de la corona, a menos que se pueda proteger con algún tipo de cobertura. Pero los ameloblastos y los odontoblastos se someten a señalización recíproca, lo que significa que no se pueden obtener odontoblastos sin señales de ameloblastos, y no se pueden obtener ameloblastos sin odontoblastos, se necesita un esfuerzo de equipo. En este capítulo, mencionamos dos o tres morfógenos (los que hemos visto antes), y un factor de transcripción. Ojalá la Fig. 9.1 ilustre que este proceso es más complejo.

Figura 9.2: Representación animada de la formación de odontoblastos y ameloblastos.

Iniciación

Este párrafo debe ser revisado. La amelogénesis comienza en la etapa de campana del desarrollo dental. En esta etapa, las células ectodérmicas invaginan para producir dos capas de células cuboidales simples llamadas Epitelio Interno del Esmalte (IEE) y Epitelio Esmalario Exterior (OEE). Entre el IEE y el OEE, se dispersan más células epiteliales, es decir, el estrato intermedio y las células del retículo estrellado. Colectivamente, estas células se conocen como el Órgano Esmaltado. Añadamos ahora detalles a lo que aprendimos en el capítulo anterior. El órgano del esmalte crece alrededor de un grupo de células madre neuromesenquimales conocidas como papila dental. Inicialmente, una membrana basal separa los dos. El primer signo visible de diferenciación ocurre cuando las células IEE cuboidales próximas a las papilas dentales se alargan, adquiriendo una forma más columnar. Sus núcleos se mueven hacia el lado apical de la célula, mientras que los orgánulos necesarios para la secreción se acumulan en el lado basal. Por lo tanto, decimos que los pre-ameloblastos sufren polarización. No se sabe qué desencadena este cambio, una buena primera suposición sería uno de los diferentes morfógenos de polaridad celular plana. La capacidad de someterse a mitosis se detiene para estas células en este momento, lo que significa que no se pueden formar nuevos ameloblastos después de la etapa de campana. La desaparición de la membrana basal permite que estas células se muevan con mayor facilidad, debido a la pérdida de uniones hemi-desmosoma. Los pre-ameloblastos secretan una serie de morfógenos de corto alcance que inducen a las células neuromesenquimales vecinas a diferenciarse en odontoblastos y comenzar la secreción de pre-dentina. Esto pone a los pre-ameloblastos en contacto directo con la predentina. Las integrinas en los pre-ameloblastos ahora entran en contacto con una forma diferente de colágeno que se encuentra en la predentina (tipo I), a diferencia del tipo en la membrana basal (tipo IV). Además, los odontoblastos recién formados secretan varios morfógenos, entre ellos las BMP. Colectivamente, estas señales son la primera señal en la diferenciación de ameloblastos. La segunda señal proviene de la dirección opuesta, el retículo estrellado. Una de tales señales producidas por las células del retículo estrellado incluye un miembro de la familia del Factor de Crecimiento de Fibroblastos (FGF). Esto conduce a la activación de factores de transcripción en los pre-ameloblastos, que regulan al alza la expresión de genes involucrados en la secreción de esmalte. Los factores de transcripción involucrados en la amelogénesis incluyen MSX-2, un gen homeobox, y RUNX2, un factor de transcripción que también está involucrado en la diferenciación de osteoblastos. Visible bajo el microscopio, los pre-ameloblastos vuelven a cambiar de forma, haciéndose más cortos y desarrollan un bulto en el lado basal conocido como proceso de Tomes. Un resumen de algunas moléculas involucradas se encuentra en el Cuadro 9.1. Los nombres son menos importantes que el orden general de eventos: de morfógeno a receptor, factor de transcripción a expresión de proteínas.

Ejemplos de Morphogen	Receptores	Factores de transcripción	Genes regulados por incremento
Colágeno (dentina) BMP (Odontoblastos)	Integrinas BMP-R	MSX-2 DLX1 RUNX2	Esmallin Amelogenina Ameloblastin Matrix Metaloproteinasa
FGF (Retículo estrellado)	FGF-R

Cuadro 9.1: una lista parcial de moléculas implicadas en la diferenciación de ameloblastos.

Figura 9.3: Una sección delgada resalta el estado incoloro del esmalte. Crédito de imagen: “18036” está en el Dominio Público, CC0/recortado

Aposición

Después de cambiar la morfología, los ameloblastos secretan matriz de esmalte del proceso de Tomes. Esta MEC es similar a la ECM del tejido óseo, con algunas diferencias clave. Al igual que la matriz ósea, la matriz del esmalte se secreta primero en una forma más blanda, que consiste principalmente en proteínas y agua, y luego se mineraliza. La matriz de esmalte contiene cristales de CapO ₄ y componentes orgánicos. El esmalte, después de madurar, tiene un mayor porcentaje de minerales, lo que lo convierte en la sustancia más dura del cuerpo humano. A diferencia del tejido óseo, sin embargo, la matriz del esmalte tiene muy poco o ningún colágeno. En cambio, los ameloblastos secretan proteínas similares conocidas como Amelogeninas y Enamelinas. Estas proteínas actúan como centros de nucleación para ayudar a inducir que el calcio y el fosfato formen cristales. El dato importante a recordar aquí es que el colágeno es una proteína elaborada por Fibroblastos (y otras células derivadas del mesénquima), que provienen del mesodermo o de células neuromesenquimales. El linaje de los ameloblastos, en cambio, es del ectodermo. Presumiblemente, los genes del tejido conectivo como el colágeno están metilados y empaquetados alrededor de las histonas, y no están disponibles para la transcripción. La forma del órgano esmaltado en la etapa de campana determina la forma de la corona. No se forman nuevos ameloblastos porque pierden la capacidad de someterse a mitosis una vez que se diferencian en preameloblastos. Además, ninguna otra célula madre puede entrar en contacto con la dentina y el retículo estrellado una vez que una gruesa capa de esmalte los separa, por lo que tampoco se pueden formar nuevos ameloblastos por diferenciación. Debido a cómo los pre-ameloblastos se alinearon en la etapa de campana, principalmente apuntando hacia la cavidad oral, el esmalte es más grueso en las superficies masticatorias y más delgado en las áreas cervicales.

Figura 9.4:El esmalte se deposita aposicionalmente, como se ve por las Líneas de Retzius. Crédito de la imagen “Diente de Paranthropus robustus SKX 21841 de Swartkrans” de Didier Descouens está licenciado bajo CC BY 3.0/caja roja agregada

El esmalte es secretado por los ameloblastos del proceso de Tomes, colocando una nueva capa de pre-esmalte sobre las capas más antiguas, empujando los ameloblastos más lejos de la dentina. Los ameloblastos, como muchas células humanas, no tienen una velocidad uniforme. Aproximadamente cada 4-12 días hay un cambio en la tasa de deposición del esmalte. Como resultado de la deposición del esmalte acelerando y ralentizando, las bandas visibles de esmalte más claro y oscuro (menos denso y más denso) son visibles cuando se ven en sección transversal. Estas bandas visibles se conocen como Líneas de Retzius (o estrías de Retzius, Fig. 9.4). Una de esas bandas, la línea neonatal, es particularmente oscura porque los ameloblastos descansaron durante el día en que nacimos. Después del nacimiento, los bordes de las capas pueden ser visibles en la superficie de los dientes, especialmente los dientes anteriores, en cuyo caso se llaman perikymata. Con el tiempo, la abrasión química y física desgasta el perikymata. Contar el número de perikymata y multiplicar por un número entre 4 y 12 arroja una estimación de cuánto tiempo tardó la corona de ese diente en desarrollarse. Esto no tiene utilidad en la higiene dental. Representa un patrón único para cada individuo, y así puede actuar como una huella dactilar, con posibles aplicaciones en forense e identificación biométrica (una huella dental en lugar de una huella dactilar).

Figura 9.5: Las varillas de esmalte son producidas cada una por un pequeño grupo de ameloblastos.

Una capa de ameloblastos produce capas horizontales de esmalte, nuevas encima del viejo, pero un ameloblasto produce una sola varilla de esmalte (o prisma) en dirección perpendicular. Debido a que las varillas son redondeadas, y no cuadradas, hay huecos entre ellas. Estos huecos no están vacíos, se rellenan con una forma ligeramente diferente de esmalte, llamado esmalte entre varillas (mientras que el esmalte dentro de las varillas se llama esmalte de varilla).

Figura 9.6: Las bandas de Hunter-Schreger son el esmalte producido por un grupo de ameloblastos, y son líneas que corren perpendiculares al DEJ. Crédito de imagen: “18036” está en el Dominio Público, CC0/recortado

Si miras de cerca a la Fig 9.6, podrías notar bandas Hunter-Schreger (HSB), que son líneas que corren perpendiculares a las líneas de Retzius. Cada línea representa las contribuciones de un pequeño grupo de ameloblastos. Si es un poco difícil de ver, eso podría deberse a que cada varilla de esmalte es microscópica. Lo que buscas es un patrón similar al borde de proa de un libro de texto (todas las páginas como grupo). Los ameloblastos no funcionan en líneas perfectamente rectas, las bandas tienden a curvarse ligeramente. Además, diferentes regiones tienen diferentes ángulos de curva y patrones. Esto aumenta la resistencia a la tracción del esmalte. Si alguna vez has picado madera, sabes que es fácil de hacer si golpeas el hacha justo a lo largo del grano. Golpea en ángulo, y en su lugar puede lastimarte. La flexión de las bandas Hunter-Schreger asegura que no haya un solo grano a lo largo del cual se pueda dividir un diente. Las grietas se desarrollan, pero tienden a no extenderse por todo el camino. Se han identificado las señales de polaridad celular plana que guían la organización de las barras (Antagonistas de morfogenos Wnt). Como una nota al margen divertida, o quizás de relevancia para aquellos que planean seguir una carrera como higienista dental veterinario en su zoológico local, el HSB de las hienas ocurre en un patrón en zig-zag, aumentando la resistencia a la tracción de su esmalte para permitirles masticar huesos. La dentina tiene curvas (plural) que obtienen nombres específicos.

Maduración

El esmalte se secreta primero como una sustancia gooey rica en proteínas llamada pre-esmalte. Dos componentes proteicos principales del esmalte son las proteínas amelogenina y ameloblastina. Los ameloblastos también secretan una enzima digestiva. Esta enzima, una metaloproteinasa de matriz, digiere el colágeno y facilita que los ameloblastos migren a través de la sustancia molida del mesénquima suprayacente. Esto es necesario porque a medida que los ameloblastos depositan el pre-esmalte del proceso de Tomes, empuja las células hacia afuera. Si recuerdas, las metaloproteinasas de matriz también están involucradas en la migración adecuada de los tejidos durante la formación del paladar. Las metaloproteinasas de la matriz desempeñan un segundo papel al procesar las proteínas del esmalte elaboradas por los ameloblastos después de ser secretadas a la matriz extracelular. Esto ayuda a asegurar que haya un retraso entre la secreción del pre-esmalte y la mineralización del esmalte. Sin demora, los ameloblastos podrían quedar atrapados por su propio esmalte, deteniendo la amelogénesis. Una vez que el pre-esmalte ha sido depositado y mineralizado, los ameloblastos cambian de tareas y hacen que el esmalte madure. Algunas de las proteínas son removidas, reemplazadas por fluidos secretados por los ameloblastos, que luego cristalizan. Por lo tanto, podemos pensar en parte de la proteína secretada por los ameloblastos como un andamio que asegura que el esmalte se pueda hacer rápidamente, a aproximadamente 4 μM por día. La remineralización del esmalte dental a base de flúor no se mide usando una regla pequeña, lo que sugiere que la tasa de remineralización es demasiado lenta para verla bajo el microscopio. Nuestra mayor comprensión de las proteínas de andamio ha impulsado a investigadores y empresas a desarrollar mejores herramientas para ayudar en la remineralización del esmalte, que imitan la capacidad de las amelogeninas y proteínas de ameloblastina para nuclear la formación de cristales de hidroxiapatita de calcio a partir de una solución que contiene calcio y fosfato. Estos productos no necesitan contener proteínas, por ejemplo xilitol y ciertos compuestos vítreos nuclean cristales de hidroxiapatita de calcio. El xilitol tiene el doble beneficio de reemplazar los azúcares simples en los alimentos, eliminando los sustratos que las bacterias orales dañinas usan como energía para secretar ácidos que disuelven el esmalte. Una serie de electrolitos y moléculas diferentes se incorporan al esmalte durante la etapa de maduración. Un electrolito importante es el Fluoruro (F ^—). Los iones fluoruro están cargados negativamente y se incorporan a los cristales de hidroxiapatita reemplazando un pequeño número de iones hidróxido (OH ^—). Esto tiene importantes implicaciones clínicas. Primero, una pequeña cantidad de Fluoruro aumenta la fuerza del esmalte. En segundo lugar, los iones fluoruro que se encuentran en la saliva o incorporados al esmalte neutralizan los ácidos liberados por las bacterias, reduciendo la desmineralización del esmalte y previniendo la caries Los niveles excesivos de Fluoruro, sin embargo, afectan la actividad de los ameloblastos durante la amelogénesis, reduciendo su eliminación de andamios proteicos. Esto puede crear un cambio visual en forma de lesiones blancas en la superficie de los dientes, donde el esmalte tiene una mayor proteína y menor contenido cristalino, conocido como fluorosis dental. La aplicación tópica, desde pasta de dientes o geles, permite que el Fluoruro se incorpore a las capas superficiales del esmalte, lo que tiene considerables beneficios. Pero el mayor beneficio potencial es cuando la exposición al Fluoruro ocurre durante las etapas de aposición y maduración de la amelogénesis, temprano en el desarrollo embrionario.

Consideraciones clínicas

Figura 9.7: El grabado ácido desmineraliza el esmalte de varilla e intervarilla a diferentes velocidades, produciendo una superficie rugosa adecuada para la unión. Crédito de imagen: Esta obra de Janice Carr, USCDCP es de Dominio Público, CC0

Grabado superficial

Debido a que el esmalte de varilla es ligeramente diferente del esmalte entre varillas, aplicar un ácido a la superficie de la corona lleva los dos a diferentes velocidades, un proceso llamado grabado superficial. Esto crea una superficie irregular, proporcionando más área de superficie para crear una unión más fuerte entre el diente y un sellador de superficie (piense en cómo las papilas dérmicas y las clavijas rete se entrelazan entre sí para una conexión más fuerte). El tratamiento con un ácido débil también puede eliminar los desechos en la superficie, conocida como capa de frotis, que de otro modo interfiere con la unión de un adhesivo.

Figura 9.8: Manifestación oral de bulimia por Jeffrey Dorfman está licenciada bajo CC BY 4.0

Erosión (o corrosión)

La exposición prolongada a un ambiente débilmente ácido, o una exposición más corta a un ambiente altamente ácido, puede causar erosión del esmalte dental. Los iones H ⁺ cargados positivamente de un ácido reaccionan con cargas negativas OH ^— y PO ₄ ^— iones de cristales de hidroxiapatita de calcio, disolviéndolos. La bulimia y el reflujo ácido traen el ácido clorhídrico del estómago altamente ácido en contacto con los dientes, causando erosión. La xerostomía, causada por el abuso de drogas como las metanfetaminas, el uso de ciertos medicamentos, la quimioterapia, o asociada con la vejez, reduce la capacidad de amortiguación protectora de la saliva para proteger el esmalte dental. Los alimentos ácidos o azucarados también pueden contribuir a la erosión del esmalte. Los azúcares simples en muchos alimentos son nutrientes que las bacterias orales metabolizan y utilizan para producir energía, que luego gastan para crear y secretar ácidos erosionadores del esmalte.

Figura 9.9: Caries dental (flechas rojas) causadas por molares 3 ^rd impactados (flechas verdes). Crédito de la imagen: “Caries de muelas del juicio impactadas” por Coronation Dental Specialty Group tiene licencia bajo CC BY-SA 3.0

La detección temprana de la erosión (una caries dental, o caries dental) se puede hacer durante un examen regular. Los primeros signos de erosión del esmalte incluyen la aparición de una lesión blanca en la superficie del esmalte, que puede ser más suave al tacto, y aparecer más radiolúcida en una radiografía dental (Fig. 9.9). El tratamiento a menudo implica la extirpación del tejido cariado seguido de reemplazo con un material biocompatible.

Figura 9.10: Tres patrones comunes de abfracción dental, a lo largo de la unión dentina-esmalte. Crédito de la imagen: Obra propia, Por Ebs2015 está licenciado bajo CC BY 3.0

Abfracción

Cuando el material dental no cariado se pierde por la fuerza, se llama abfracción. La abfracción ocurre frecuentemente a lo largo de la unión dentina-esmalte (DEJ). La masticación provoca fuerzas de flexión en la región cervical del diente. El tratamiento de este tipo de lesiones debe implicar reducir el estrés que la causó en primer lugar, como los hábitos parafuncionales o la oclusión dental. Debido a que el esmalte es más fuerte que la dentina, la dentina se pierde frecuentemente en respuesta a la fuerza transmitida a través del esmalte al DEJ.

Alteraciones del desarrollo

Figura 9.11: Un ejemplo de las lesiones picantes y blancas causadas por hipoplasia del esmalte. Crédito de la imagen: Hipoplasia simétrica del esmalte de grado I sobre incisivos permanentes en un paciente con EC por Maurizio Procaccini et al, Head & Face Medicine está licenciado bajo CC BY 2.0

Hipoplasia del esmalte

La formación reducida del esmalte durante el desarrollo embrionario se llama hipoplasia del esmalte. Esto ocurre a los dientes primarios y/o sucesivos. La hipoplasia en un embrión a menudo se desencadena por cambios en la salud de la madre, como un trastorno gastrointestinal o una infección por sífilis durante el embarazo. Si los ameloblastos no pueden adquirir suficientes minerales durante el tiempo que están activos, tras la erupción dental el esmalte superficial puede contener lesiones blancas, o presentar hoyos y surcos. El esmalte es más quebradizo y susceptible a la erosión y abfracción. Además, se espera una mayor sensibilidad a la temperatura y una mayor incidencia de caries dental y enfermedad periodontal. Debido a que la amelogénesis está completa mucho antes del nacimiento, actualmente no hay forma de ayudar significativamente en la producción de esmalte después de que ocurre la erupción dental. Por lo tanto, el tratamiento preventivo se vuelve mucho más importante y es posible que se requieran coronas de cobertura completa.

Figura 9.12: Un ejemplo de un paciente con amelogénesis imperfecta. Crédito de la imagen: Amelogénesis imperfecta por está licenciado bajo CC BY 3.0

Amelogénesis imperfecta

Otra causa de hipoplasia del esmalte es la condición genética amelogénesis imperfecta. Hay una serie de genes diferentes que, al mutar, causan esta enfermedad. Por ejemplo, las mutaciones en los genes de amelogenina y esmaltina conducen a formas de amelogénesis imperfecta al reducir la capacidad de los andamios para nuclear rápidamente la formación de cristales de hidroxiapatita. Otra mutación génica que se puede heredar es en una metaloproteinasa de matriz. Debido a que la amelogénesis imperfecta es causada por diferentes mutaciones en varios genes diferentes, los síntomas ocurren en un espectro, de leve a grave.

Figura 9.13: Una perla esmaltada. Crédito de la imagen: Obra propia, By Wicketcity está licenciado bajo CC BY-SA 4.0/cropped

Perla esmaltada

El IEE dentro del HERS normalmente no se diferencia en ameloblastos debido a la falta de morfógenos del retículo estrellado. Sin embargo, una pequeña región del IEE podría diferenciarse erróneamente en ameloblastos a lo largo de la raíz y producir una pequeña cantidad de esmalte sobre cemento, conocida como perla de esmalte. No hay daño en tener perlas, aparte de que pueden confundirse con un cálculo durante un procedimiento de descamación. Si se usa el tipo incorrecto de raspador dental, la punta del instrumento puede romperse cuando se encuentra con la perla de esmalte mucho más dura. Se pueden identificar por radiografía, porque el esmalte es más radiopaco que el cemento. Las perlas esmaltadas generalmente ocurren en las furcaciones de los molares multirarraigados.

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Capítulo 8 * Capítulo 10