DT News - Bulgaria - Малки, но ефикасни: Микророботи биха могли да подобрят ендодонтските лечения

Franziska Beier, Dental Tribune International

чт. 9 февруари 2023

запази

Филаделфия, САЩ: Нововъведения в дребномащабната роботика и нанотехнологиите предлагат неподозирани досега възможности за нови диагностични и терапевтични подходи. Тествайки употребата на микророботи за ендодонтски цели, учени от Факултета по дентална медицина към Университета в Пенсилвания и от неговия Център за иновации и прецизна дентална медицина са установили, че роботите могат да навлязат до труднодостъпни части от кореновия канал, да разкъсат биофилма, да вземат проби за диагностика и дори да доставят лекарства.

Основната причина за неуспех при ендодонтско лечение е непълната дезинфекция на кореновия канал, водеща до реинфектиране и периодонтит. Това се дължи на сложната кореново-канална анатомия, която затруднява ефективното отстраняване на биофилма, и към момента средствата за диагностика и оценка на ефикасността на дезинфекция са ограничени.

Системата от микророботи, представена в настоящото изследване, е резултат от продължаваща колаборация между Факултета по дентална медицина и Факултета по инженерни и приложни науки към същия университет. При предишно проучване на същия екип от учени беше изобретена система от микророботи, състояща се от наночастици, които едновременно могат да изтъркат зъбите, да почистят с конец и да изплакнат с едно движение, а това спомага за ефективното елиминиране на биофилма.

Ефективно и прецизно навигиране на микророботите

В скорошно изследване учените са разработили и тествали две различни платформи за микророботи. И при двете като изграждащи елементи на микророботите са използвали наночастици от железен оксид (IONPs), които имат каталитични и магнитни свойства.

На въпрос относно биосъвместимостта и безопасността на пациентите съавторът на проучването проф. Hyun Michel Koo от Катедрата по ортодонтия към денталния център Penn споделя: „IONPs намират широко приложение в наномедицината благодарение на минималната им цитотоксичност, отличните физико-химични свойства, стабилност във водни разтвори и биосъвместимост. Няколко IONP формули вече са одобрени от Агенцията за контрол на храните и лекарствата на САЩ за лечение на желязодефицитна анемия при хора“.

Той допълва: „Предишните ни хистопатологични анализи на гингивални, мукозни и други тъкани, включително на големи органи като черен дроб и бъбреци, не демонстрираха никакви белези на зловредно въздействие, доказвайки високата хистосъвместимост както на тестваните в нашето проучване IONP формули, така и на тези, одобрени от Американската агенция за контрол на храните и лекарствата“.

За да оценят ефективността на платформите за ендодонтски микророботи, учените са провели изследвания върху 3D принтирани зъбни реплики, заразени с биофилм, състоящ се от четири различни бактериални вида, срещащи се при инфектирани коренови канали.

При първата платформа, използвайки електромагнити, учените са концентрирали IONPs в микророяци и са ги контролирали магнитно, така че да разрушат биофилма и да донесат проби от него. Анализът на проби е установил наличие и на четирите бактериални вида. В допълнение при оглед под микроскоп е доказано, че всички наночастици са били премахнати от кореновия канал.

При втората платформа учените са създали 3D-принтирани миниатюрни роботи със спираловидна форма и са ги изпълнили с гел, съдържащ IONP. След което с помощта на магнитни полета са ги навигирали в кореновия канал и са установили, че те изключително ефикасно химично и механично разкъсват биофилма. Важно е да се отбележи, че е възможно тези спираловидни роботи да бъдат натоварени с лекарства, които насочено да бъдат освободени в апикалната трета на кореновия канал, където инфекцията е в непосредствена близост със заобикалящите тъкани.

„Ключовите ограничения пред настоящия експеримент идват от три страни: затруднения при прецизното таргетиране на биофилма, инфектиращ апикалната една трета, анатомично сложно устроената кореново-канална система, както и трудното извличане на проби от биофилма за диагностични цели. Доколкото ни е известно, към момента в ендодонтията не съществува друг подход, при който съществува възможността едновременно да бъдат взети проби и да се третират антимикробно засегнатите зони“, съобщава водещият автор на това проучване д-р Alaa Babeer от денталния център Penn, коментирайки релевантността на научните открития за ендодонтските нужди.

„Нашите открития доказват, че благодарение на многофункционалността на микророботите е възможно да бъдат третирани труднодостъпни зони от ендодонциума, да бъде унищожен биофилмът и да се вземат проби за микробиологичен анализ в реално време. Освен това демонстрирахме, че е приложимо проследяването на роботите вътре в кореновия канал, използвайки съвременни клинични образни методи“, допълва той.

Магнитно задвижвани 3D-принтирани роботи биват прецизно контролирани, така че невъзпрепятствано от заобикалящия периодонциум да достигнат до апикалната една трета на кореновия канал, както е визуализирано и проследено на CBCT. (Снимка: Университетът на Пенсилвания)

Бъдещи сфери на приложение и допълнителни проучвания

Учените предвиждат широк спектър от приложения на микророботите за целите на денталната и общата медицина. Според проф. Koo в областта на денталната медицина микророботите с IONP могат да комбинират няколко функционалности. Те включват автономно изчеткване и почистване с конец за ефективно премахване на биофилма, без да са нужни ръце, което може да е особено ценно при хора с увреждания или такива с недостатъчно добри мануални умения за поддържане на адекватна орална хигиена.

Въз основа на резултатите от настоящото проучване проф. Koo очаква платформите за микророботите „да позволят прецизни терапии за разкъсване на биофилма в труднодостъпни зони и за стимулиране на мекотъканна и костна регенерация“. Той допълва, че те могат също така да доставят лекарства или живи клетки в различни части на оралната кухина и лицево-челюстната област, варирайки от дълбоки пародонтални джобове и апикалната една трета на кореновия канал до темпоромандибуларната става, с цел подпомагане на оздравителния процес.

Относно биомедицинските възможности проф. Koo отбелязва, че „магнитно контролираните роботи имат разнообразни приложения, включително антиракова терапия, целево прилагане на лекарства, доставка на гени и стволови клетки, както и минимално инвазивни хирургични интервенции“.

Авторите на изследването заявяват, че бъдещите проучвания по темата могат допълнително да разширят сферата на приложение на роботите и да обхванат задачи като засичане, лечение и премахване на биофилм, свързан с други инфекциозни заболявания, и контаминиране на дентални и медицински приспособления и импланти.

Статията, посветена на проучването, със заглавие Microrobotics for precision biofilm diagnostics and treatment е публикувана в августовския брой на сп. Journal of Dental Research, 2022 г.