Evaluación in vivo de la biocompatibilidad e histocompatibilidad de la aleación Ti-6Al-4V para aplicaciones ortodónticas en un modelo porcino

Abstract

Metal alloys have been fundamental in the evolution of orthodontics due to their mechanical strength, durability, and biocompatibility. The Ti-6Al-4V alloy is considered a viable option due to its low biological reactivity and good tolerance in soft tissues. However, its behavior in direct contact with oral mucosa still requires experimental validation. Therefore, the objective of this study was to evaluate the in vivo biocompatibility and histocompatibility of the Ti-6Al-4V alloy, used in orthodontic applications, through a porcine model. Twenty pigs were assigned to four groups: 1) negative control – pigs without alloy placement or oral mucosa biopsy; 2) positive control 1 – pigs with oral mucosa biopsy but without alloy placement; 3) positive control 2 – pigs with placement of stainless-steel alloy and mucosal biopsy; and 4) experimental group – pigs with Ti-6Al-4V alloy placement and mucosal biopsy. Local and systemic biological responses were compared. Blood samples and clinical evaluations were performed at 0, 12, 24, and 168 hours after alloy fragment placement. The analysis included hematological biomarkers (leukocytes, neutrophils, lymphocytes, monocytes, hematocrit, and hemoglobin), immunological markers (IL-6, TNF-α, and C-reactive protein), and histopathological evaluations (at the beginning and end of the study) of tissues adjacent to the alloy fragment. The results showed that Ti-6Al-4V elicited a transient inflammatory response of lower magnitude compared to stainless steel, with reduced inflammatory infiltrate, preservation of epithelial architecture, and appropriate tissue recovery. These findings support the acceptable biocompatibility of Ti-6Al-4V alloy, demonstrating its potential as a safe and effective material for use in orthodontic devices in contact with oral mucosa. The study also highlights the relevance of the pig as a preclinical model for validating biomaterials in dental applications.

Las aleaciones metálicas han sido fundamentales en la evolución de la ortodoncia, destacando por su resistencia mecánica, durabilidad y biocompatibilidad. La aleación Ti-6Al-4V se considera una opción viable por baja reactividad biológica y buena tolerancia en tejidos blandos. Sin embargo, su comportamiento en contacto directo con la mucosa oral aún requiere validación experimental. Por ello, el objetivo de este estudio fue evaluar in vivo la biocompatibilidad e histocompatibilidad de la aleación Ti-6Al-4V, utilizada en aplicaciones ortodónticas, mediante un modelo porcino. Para ello, se utilizaron 20 cerdos divididos en cuatro grupos: 1) control negativo, cerdos sin colocación de aleación ni biopsia de mucosa bucal; 2) control positivo-1, cerdos sin colocación de aleación, pero con biopsia de mucosa bucal; 3) control positivo-2, cerdos con colocación de aleación (acero inoxidable) y toma de biopsia de mucosa bucal y; 4) grupo experimental, cerdos con colocación de aleación (Ti-6Al-4V) y toma de biopsia de mucosa bucal. Se comparó la respuesta biológica local y sistémica inoxidable. Para ello, se realizaron evaluaciones y toma de muestras sanguíneas a las 0, 12, 24 y 168 horas posteriores de iniciada la evaluación (consolación de los fragmentos de aleación). El análisis incluyó biomarcadores hematológicos (leucocitos, neutrófilos, linfocitos, monocitos, hematocrito y hemoglobina), inmunológicos (IL-6, TNF-α y proteína C reactiva) e histopatológicos (al inicio y termino de la evaluación) de los tejidos adyacentes al fragmento. Los resultados demostraron que la aleación Ti-6Al-4V generó una respuesta inflamatoria transitoria de menor grado comparada con el acero inoxidable, con menor infiltrado inflamatorio, preservación de la arquitectura epitelial y recuperación tisular adecuada. Estos hallazgos respaldan la aceptable biocompatibilidad de la aleación Ti-6Al-4V, demostrando su potencial como material seguro y eficaz para su uso en dispositivos ortodónticos de contacto con mucosa bucal. El estudio también resalta la relevancia del cerdo como modelo preclínico experimental para la validación de biomateriales en aplicaciones odontológicas.