El Microambiente extracelular
La formación de esmalte sigue el proceso general de biomineralización mediada por la matriz orgánica, lo que significa que los componentes proteicos en el espacio extracelular controlan la iniciación, orientación y empaque de los cristales. El tiempo de expresión y secreción de las proteínas y proteinasas requeridas está bien controlado por varios genes y vías de señalización. Este proceso ocurre en un microambiente cerrado, aislado de la sangre circulante y ubicado en el espacio extracelular entre las células epiteliales cilíndricas (los ameloblastos) y la dentina subyacente formada por las células odontoblásticas. El desarrollo del esmalte (amelogénesis) es el resultado de una serie de actividades celulares complejas y programadas.2 Los eventos celulares, químicos y fisiológicos involucrados en la formación del esmalte dental son dinámicos y ocurren en varias etapas. Estos van desde la etapa secretora, cuando las células secretan la mayoría de las proteínas y proteinasas necesarias para la mineralización, hasta la etapa de maduración, cuando la degradación masiva de proteínas permite el crecimiento simultáneo de cristales para llenar el espacio que las proteínas dejan atrás. Estas dos etapas están separadas por la etapa de transición, cuando disminuye la secreción de proteínas y aumenta el crecimiento de cristales. Los eventos extracelulares críticos incluyen el autoensamblaje de proteínas, el procesamiento gradual de proteínas por enzimas específicas, el transporte de iones y el control del pH local.3 Estos eventos dinámicos transforman la matriz que es un 70% de agua y material orgánico (principalmente proteína) con solo un 30% de mineral en peso a una estructura altamente organizada que es más del 99% inorgánica (principalmente cristales de hidroxiapatita de calcio). Las unidades inorgánicas más pequeñas, los cristales de apatita, crecen en longitud en la etapa secretora y crecen principalmente en anchura y grosor en las etapas de transición y maduración.
La principal proteína estructural de la matriz orgánica es la amelogenina, que constituye más del 90% del contenido de proteína. La segunda proteína más abundante es la ameloblastina, que tiene propiedades de adhesión celular y lo más probable es que controle la diferenciación celular de los ameloblastos. Otra proteína que se encuentra en cantidades mucho más pequeñas es la esmelina, que también se cree que controla la nucleación y el crecimiento de la apatita junto con la amelogenina. Las proteinasas, como la metaloproteinasa de matriz MMP-20 y KLK4, funcionan para procesar y degradar la amelogenina y otras proteínas del esmalte en diferentes etapas de la amelogénesis.4
Además de calcio, fluoruro y fosfato, el ambiente extracelular contiene otros iones como sodio, magnesio, potasio, cloruro y bicarbonato. Estos iones entran de los vasos sanguíneos en la superficie de las células de los órganos del esmalte. A través de un movimiento controlado o tal vez facilitado, estos iones tienen que cruzar una distancia de 50 µm a 100 µm (dos o tres capas celulares diferentes) para viajar desde el torrente sanguíneo hasta la superficie del esmalte en desarrollo.
Los cristales de apatita esmaltada incorporan sodio, magnesio, potasio, fluoruro, carbonato e hidrógeno fosfato (HPO4)-3 en sus estructuras. Uno de los iones más importantes incorporados en la estructura de la apatita del esmalte es el fluoruro. El fluoruro sustituye a los iones hidroxilo en la apatita y estabiliza la red como resultado de enlaces de hidrógeno con iones OH – vecinos. La fluorohidroxiapatita resultante es menos soluble que la hidroaxiapatita, tiene mejor cristalinidad y es menos susceptible a la disolución ácida y la progresión de la caries. La absorción de fluoruro ocurre principalmente durante la etapa de transición / maduración y continúa después de que los ameloblastos cesan la secreción. La superficie del esmalte también absorbe el fluoruro del líquido del tejido circundante antes de la erupción del diente. Sin embargo, el consumo excesivo de fluoruro durante el desarrollo del esmalte resulta en la formación de esmalte fluorado o moteado.5 Dado que se genera una acidez significativa en el microambiente de la matriz extracelular del esmalte después de la precipitación de hidroxiapatita del esmalte, la función de amortiguación del pH en el sistema es crítica cuando se produce un crecimiento rápido y progresivo de cristales de esmalte durante la maduración del esmalte. El bicarbonato es otro componente esencial del líquido del esmalte que interviene en la amortiguación del entorno extracelular.
Durante todo el proceso de amelogénesis, que comienza en humanos durante el tercer trimestre del embarazo, los ameloblastos pasan por una serie de etapas de diferenciación caracterizadas por cambios en la morfología y función celular. Una vez que el esmalte está completamente mineralizado y la matriz orgánica se degrada y elimina, 6 meses después del nacimiento en los seres humanos, los ameloblastos dejan de funcionar y se someten a regresión. Se encogen drásticamente y en la cavidad oral pueden provocar caries y/o erosión dental.7 Tanto la caries como la erosión son el resultado de la pérdida de minerales del esmalte debido a un ambiente ácido, mientras que la formación de portadores implica específicamente la presencia de bacterias.
Además de la posibilidad de tal daño, la formación del esmalte también puede ser defectuosa desde las primeras etapas de desarrollo debido a mutaciones en productos de genes ameloblastos. El resultado es un mal funcionamiento de una de las proteínas o proteinasas que son responsables de controlar los procesos de formación de minerales y de la organización y procesamiento de la matriz orgánica. La mutación en cualquiera de los genes que codifican amelogenina, esmelina, MMP-20 o KLK4 conduce a una de una serie de enfermedades hereditarias de malformación del esmalte llamadas amelogénesis imperfecta.4 Dependiendo de la proteína afectada y de la etapa de desarrollo involucrada, el esmalte defectuoso podría ser delgado (hipoplásico) o tener un grosor normal, pero una estructura suave (hipomineralizada).