Terapia fotodinámica, ayer y hoy (7)

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Terapia fotodinámica, ayer y hoy (7)

La autora utiliza la punta plana de láser para realizar la terapia fotodinámica antimicrobiana que es muy efectiva para eliminar las bolsas periodontales. (Foto: Shutterstock)

vie. 28 octubre 2022

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El Láser en Odontología 7 – Este es el séptimo artículo de una Edición Especial de Dental Tribune sobre el Láser en Odontología.

— EL LASER EN ODONTOLOGIA —

Serie de 12 artículos de Dental Tribune

Marta Pascual Palma, Profesora en el Máster de Periodoncia y Osteointegración de la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid, explica en este artículo un tópico que diferencia al láser de cualquier otro dispositivo odontológico: sus propiedades de Fotodesinfección. La autora describe desde el descubrimiento de los efectos bactericidas de la luz, a la combinación con agentes fotosensibles que permiten realizar tratamientos efectivos para la reducción microbiana en las infecciones de la cavidad oral.

Hace más de 3000 años que tenemos constancia en escritos egipcios, indios y chinos de la utilización de sustancias fotosensibles para la curación de enfermedades. Ya en el 1400 a.C. se describió en un libro hindú sagrado “Atharva Veda”, la utilización de productos vegetales para mejorar los resultados mediante la terapia con luz. Se trataba de la utilización de la planta del género psoralea corilifolia (Babchi) para tratar el vitíligo, aunque probablemente fuera la pitiriasis versicolor, decoloración de la piel producida por el hongo del género Malassezia. Se ha demostrado in vitroque el extracto de esta planta produce la inhibición del complejo mitocondrial I, incrementando el estrés oxidativo de la célula1.

Pero la era moderna de las reacciones fotosensibles no comienza hasta 1900, cuando un discípulo del farmacólogo austriaco Hermann von Tappeiner, Oscar Rabb, estudiando la toxicidad del compuesto orgánico acridina sobre los paramecios (organismos unicelulares), descubre que sus resultados diferían dependiendo de la hora del día en la que los realizaba, ya que a mediodía los resultados eran extraordinarios. Se dio cuenta que una de las variables importantes dentro del estudio era la cantidad de luz presente en el laboratorio, lo que demostró que la toxicidad de la acridina era más efectiva si las muestras tratadas se mantenían al lado de la ventana por donde entraba más luz del exterior, mientras que las que permanecían en la oscuridad no obtenían los mismos resultados. Demostró así que el fotosensibilizante absorbía las longitudes de onda de la luz y era entonces cuando se activaba y producía su efecto tóxico2.

Durante el mismo año Herman von Tappeiner, director del Instituto de Farmacología de la Universidad de Munich, le dio a este proceso el nombre de “acción fotodinámica” o “efecto fotodinámico”3.

En 1896, el médico de la Facultad de Medicina de Copenhague de origen danés Niels Ryberg Finsen fundó el Instituto Fototerapéutico en la capital danesa y en sus investigaciones observó que la luz de onda corta obtenida del sol o de una concentración de luces eléctricas, podía eliminar tanto a las bacterias en cultivo como a las que se desarrollaban sobre la piel. Alcanzó la fama por sus investigaciones sobre los efectos fisiológicos de la luz, ya que descubrió las propiedades estimulantes y bactericidas de los rayos actínicos (azul, violeta y ultravioleta). Desarrolló una lámpara eléctrica de arco voltaico conocida como luz de Finsen, o lámpara de Finsen, para el tratamiento del lupus tuberculoso y otras afecciones cutáneas similares. En 1903, obtuvo el Premio Nobel de Fisiología y Medicina.

Entre sus publicaciones más conocidas figuran una obra destinada a explicar la teoría general del efecto de la luz sobre el organismo vivo ("Sobre los efectos de la luz en la piel", 1893) y otra sobre el empleo médico del efecto químico de los rayos concentrados ("El uso de rayos de luz químicos concentrados en medicina", 1896).

En 1905, von Tappeiner aplicó por primera vez la terapia fotodinámica en el tratamiento de cáncer de piel. A seis pacientes con carcinoma de células basales, se le aplicó eosina al 1%, produciéndose la curación de 4 pacientes a los 12 meses3.

"La terapia fotodinámica antimicrobiana necesita de tres componentes esenciales para poder producir su acción: un fotosensibilizador, luz y oxígeno".

Más tarde, en 1912, el investigador alemán Meyer-Betz se inyectó 200 mg de hematoporfirina, comprobando así le reacción fotosensible que su cuerpo experimentaba ante la exposición del sol durante 2 meses, hasta que la sustancia se eliminó por completo de su organismo.

Mecanismo de acción de la terapia fotodinámica antimicrobiana

La terapia fotodinámica antimicrobiana (TFDa) consiste en la aplicación de una sustancia fotosensible (fotosensibilizador) sobre las superficie de las células diana, que tras la aplicación de una fuente de luz a una determinada longitud de onda, y en presencia de oxígeno, produce oxígeno singlete y otras sustancias citotóxicas que causan un daño celular irreversible4. El resultado produce la fotooxidación de materiales biológicos con la subsiguiente muerte celular. Este oxígeno singlete, extremadamente tóxico para células y bacterias, causa diferentes efectos sobre los microorganismos como: daño de los lípidos de la membrana, destrucción de proteínas y canales iónicos, eliminación de enzimas metabólicas críticas, aglutinación de células e inhibición directa de factores de virulencia exógenos, como lipolisacáridos, colagenasas y proteasas5.

La terapia TFDa necesita de tres componentes esenciales para poder producir su acción: un fotosensibilizador (sustancia fotoactivable), luz y oxígeno.

Esquema 1. Esquema de la formación de oxígeno singlete6.

La molécula de la sustancia fotosensible absorbe la luz a una determinada longitud de onda. La molécula fotosensible pasa de estar en un estado energético inicial (S0) a un estado excitado (S1). En este estado la molécula tiene tres posibles actuaciones:

(I) Volver a su estado inicial (S1) tras el cese de la radiación (la energía de la luz se convierte en calor).

(II) Volver a su estado inicial produciendo fluorescencia (transferencia de energía).

(III) La molécula pasa de estar en un estado excitado a un estado intermedio denominado, estado de triplete T1 (intersystem crossing, ISC). En este estado las moléculas son capaces de permanecer más tiempo en comparación con el estado excitado S1, por lo que las células de oxígeno de alrededor pueden producir radicales libres de oxígeno, como los iones superóxido o los radicales libres hidroxil, (Tipo I) u oxígeno singlete (Tipo II; 1O2)6.

La molécula de oxígeno singlete es altamente reactiva y juega el papel más importante en la terapia fotodinámica antimicrobiana.

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El mecanismo de acción bactericida sobre la molécula puede explicarse mediante dos mecanismos distintos. Uno de los mecanismos produciría un daño sobre el ADN y el otro sobre la membrana citoplasmática de las bacterias. Parece ser que este último es el causante mayor de la destrucción bacteriana7.

La luz o el fotosensibilizador por sí solos no desencadenan efectos citotóxicos sobre las células bacterianas. Dependiendo de las células implicadas en cada infección que queramos tratar, utilizaremos un fotosensibilizador específico y una longitud de onda determinada, para poder activar esta sustancia y que actúe sobre la superficie de las células.

"La hemoglobina es una porfirina que absorbe todo el espectro de la luz visible, excepto el rojo, de ahí que veamos la sangre de color rojo".

Con pequeñas dosis de estas sustancias fotosensibles podemos producir muchos ciclos de reactivación del O2. Estos fotosensibilizadores son inocuos en sí, no producen su efecto hasta que no se activa la luz, y una vez que dejamos de emitir la fuente de luz el efecto termina.

Agentes fotosensibles (cromóforos)

La palabra cromóforo proviene del griego (chroma) color y (phorós), que quiere decir portador, y su significado según la Real Academia Española hace referencia a un agrupamiento químico, que causa la coloración de una sustancia.

Un cromóforo es la parte o conjunto de átomos de una molécula responsable de su color. También se puede definir como una sustancia que tiene muchos átomos capaces de absorber energía o luz visible, y excitarse para así emitir diversos colores, dependiendo de las longitudes de onda de la energía emitida por el cambio de nivel energético de los electrones, de estado excitado a estado fundamental o basal.

Cuando una molécula absorbe ciertas longitudes de onda de la luz visible y transmite o refleja otras, la molécula tiene un color. Un cromóforo es una región molecular donde la diferencia de energía entre dos orbitales atómicos moleculares cae dentro del rango del espectro visible. La luz visible que incide en el cromóforo puede también ser absorbida excitando un electrón a partir de su estado de reposo.

En las moléculas biológicas útiles para capturar o detectar energía lumínica, el cromóforo es la semimolécula que causa un cambio en la conformación del conjunto al recibir luz.

¿Cómo actúa el cromóforo?

Las zonas de la célula donde el fotosensibilizante es más activo son: el retículo endoplasmático, la mitocondria y los lisosomas. Una vez captada la sustancia fotosensible por estas partes de la célula, y tras la aplicación de la fuente lumínica, se desencadenan una serie de fenómenos que llevan a la muerte celular, de formas diferentes dependiendo de la zona donde se produzca8.

Sustancias fotosensibles naturales

La porfirina es una sustancia sensible a la luz que transforma moléculas de oxígeno activo en oxígeno reactivo. La hemoglobina es una porfirina que presenta una molécula de hierro (Fe2+) en su interior, que absorbe todo el espectro de la luz visible, excepto el rojo, de ahí que veamos la sangre de color rojo.

La clorofila también es una porfirina, pero su átomo central está compuesto por magnesio y absorbe todo el espectro de luz visible excepto el verde, por eso vemos las hojas de las plantas de color verde.

Sustancias fotosensibles químicas
Algunos de los fotosensibilizantes que podemos encontrar en el mercado son:

Primera generación de fotosensibilizantes
Fotoporfirinas.

Segunda generación de fotosensibilizantes
La hematoporfirina presenta fundamentalmente dos inconvenientes: uno es que se mantiene en el cuerpo hasta diez semanas y produce una grave reacción de fotosensibilidad en la piel, y la segunda es que presenta una absorción en un rango muy amplio de longitudes de ondas comprendidas entre 400-650 nm, siendo la más efectiva la λ de 630 nm. Por lo que no se puede exponer el paciente a ninguna luz dentro del espectro visible, hasta ser eliminada toda la sustancia del organismo.

"Para poder tratar adecuadamente las infecciones bacterianas, es necesario utilizar una fuente de luz adecuada y el sensibilizador específico que pueda unirse al microorganismo diana donde queremos producir el efecto".

Algunos de los fotosensibilizantes de segunda generación son: azul de metileno, ácido 5-aminolevulínico (ALA), verteporfirin, tin etiopurpurin, temoporfin (Foscan), texaphyrins (Lutrin), phthalocyanines, n-aspartil chlorin e6, rhadomines, porfhycenes.

Sería absurdo pensar que con un solo fotosensibilizante podemos tratar cualquier tipo de patología, lo que nos hace seguir estudiando o analizando más sustancias fotosensibles específicas para cada tratamiento en concreto.

En 1990, Moan estableció las características que debe de tener un fotosensibilizante ideal9:

  • Pureza química.
  • Acumulación específica en el tejido neoplásico.
  • Intervalo corto de tiempo entre la administración de la sustancia y su acumulación máxima en el tumor (o tejido).
  • Vida media corta y rápido aclaramiento del tejido sano.
  • Activación de longitud de onda con óptima penetración tisular.
  • Alta capacidad de producción de oxígeno singlete.
  • Carecer de toxicidad en ausencia de luz. 

Sustancias fotosensibles orales

En la cavidad oral existen diferentes cromóforos capaces de absorber la energía de la luz dependiendo de la longitud de onda del láser que utilicemos. La mayoría de los cromóforos de los patógenos orales necesitan para poder activarlos fotonsensibilizadores con carga catiónica como el azul de Toluidina, el azul de metileno y los conjugados de poli-l-lisina cloro-e6.

Derivados de la fenotiazinas

• Azul de metileno: fue el primer colorante sinterizado de las fenotiazinas patentado por Heinrich Caro en 1870. Presenta una alta absorción dentro del espectro rojo (λ 600-680 nm). Tiene carga positiva y es capaz de producir los mecanismos Tipo I y Tipo II de la oxidación.

• Azul de toluidina: presenta las mismas características que el Azul de metileno. Ambas se han estudiado para la destrucción de microorganismos del biofilm como: Actinomyces israelii, Fusobacterium nucleatum, Prevotella intermedia y Porphyromonas gingivalis, entre otros.

Safranine O: consiste en la misma molécula de fenotiacina donde se sustituye el átomo de nitrógeno por un átomo de sulfuro.

Derivados de la porfirina, la clorina y la ftalocianinas

Estructuralmente estas moléculas son comparables. Las bacterias orales que pueden sintetizar pigmentos negros son las Porphyromonas gingivalis, Prevotella ssp. y el Aggregatibacter actinomycetencomitans. Estas bacterias se pueden inactivar simplemente con la aplicación de luz irradiada.

Se acepta la hipótesis de que las porfirinas endógenas unidas a otras sustancias pueden actuar como potentes fotosensibilizadores. Presentan una intensa absorción en λ de onda entre 405-500 nm. Actúan produciendo oxígeno singlete (TipoII).

Eosina, Eritrosina y Rosa de Bengala

Son tintes rojos, a excepción del Rosa de Bengala, que adquiere una tonalidad más rosada. Todos presentan una alta absorción a longitudes de onda entre 480-550 nm. Actúan produciendo oxígeno singlete (TipoII).

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Aplicaciones en odontología

Para poder tratar adecuadamente las infecciones bacterianas, es necesario utilizar una fuente de luz adecuada y el sensibilizador específico que pueda unirse al microorganismo diana donde queramos producir el efecto.

La fuente de luz más utilizada para este fin suele ser el láser de baja potencia por las siguientes características:

  1. Presenta una banda espectral estrecha que permite una interacción más específica con los fotosensibilizadores.
  2. Se pueden acoplar fibras ópticas de diferentes tamaños para acceder al área que deseamos tratar.
  3. No causan un aumento en la temperatura hística de la zona irradiada.

La terapia fotodinámica presenta varias ventajas frente a otros tratamientos antimicrobianos convencionales, ya que favorece la destrucción microbiana de forma más rápida en la zona a tratar, al contrario que los antisépticos o los antibióticos.

Beneficios de la TFDa

La mayoría de los procedimientos odontológicos diarios tienen un objetivo común que consiste en la eliminación de microorganismos, sobre todo en los conductos radiculares o en el periodonto de los dientes.

El aumento de la temperatura debido a la irradiación de los láseres de alta intensidad produce la destrucción de los microorganismos por la desnaturalización de las proteínas, descontaminando así toda la zona radiada. Los láseres de baja potencia combinados con fotosensibilizantes han demostrado la reducción microbiana durante el tratamiento convencional periodontal, endodóntico, tratamiento restaurador e implantológico10.

La TFDa presenta varias ventajas frente a otros tratamientos antimicrobianos convencionales, ya que favorece la destrucción microbiana de forma más rápida en la zona a tratar, sin necesitar concentraciones elevadas de los fotosensibilizadores, al contrario que los antisépticos o los antibióticos. Estos últimos actúan a nivel de todo el cuerpo mientras que el fotosensibilizador actúa exclusivamente en la zona de aplicación.

Esta terapia antimicrobiana no daña ni altera las estructuras adyacentes, como el tejido periodontal y periapical11.

Secuencia de aplicación de terapia fotodinámica antimicrobiana en bolsas periodontales:

Foto 1. Aplicación sustancia fotosensible.

Foto 2. Esperamos 60 segundos.

Foto 3. Ayuda de sonda para distribuir bien el producto.

Foto 4. Utilización de la punta perio en el interior de la bolsa 60 segundos.

Foto 5. La punta plana del láser ayuda a la reducción de la inflamación y la eliminación de patógenos en infecciones de la cavidad oral.

Conclusiones

La efectividad del uso de la terapia fotodinámica ha sido demostrada en muchos estudios que han comprobado la reducción de la inflamación y de la proliferación de bacterias de forma localizada, así como la eliminación de patógenos en infecciones de la cavidad oral, como la mucosa oral, los dientes, bolsas periodontales, periimplantitis o abscesos.

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La Dra. Marta Pascual Palma es Licenciada en Odontología por la Universidad Europea de Madrid, Máster en Láser en Odontología por la Universidad de Barcelona, European Master Degree in Oral Laser Applications (EMDOLA), profesora en el Máster de Periodoncia y Osteointegración de la Universidad Rey Juan Carlos y práctica privada en Periodoncia e Implantología en Las Rozas de Madrid. Contacto:mpascual@clinicadentall.com.

Ver Bibliografía debajo

Serie de artículos de Edición Especial sobre Láser en Odontología

01. Beneficios del uso del láser — Javier de Pisón
02. Introducción al uso del láser — Antoni España
03. Aplicaciones del láser en Cirugía Bucal — Antoni España
04. Rejuvenecimiento del labio superior — Kathrin Trelles y Mario Trelles
05. Utilización del láser en Implantología  Daniel Abad
06. El uso del láser en Periodoncia  Alfredo Aragüés
07. Terapia Fotodinámica — Marta Pascual
08. Láser en Odontología Conservadora — Josep Arnabat
09. Láser en Endodoncia — Jaime Donado
10. Láser en Prótesis Dental — Hernán Giraldo
11. Fotobiomodulación en odontología — María Pérez
12. Láser en Ortodoncia - Diana Montoya
 

13. EDICIÓN ESPECIAL de DENTAL TRIBUNE sobre Láser en Odontología

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Bibliografía

    1. Tang SY, Gruber J, Wong KP, Halliwell B. Psoralea corylifolia L. inhibits mitochondrial complex I and proteasome activities in SH-SY5Y cells. Ann N Y Acad Sci. 2007 Apr; 1100:486-96.

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