Implanty stanowią skok postępu w stosunku do protez lub mostów, pasują znacznie bezpieczniej i są zaprojektowane tak, aby przetrwać 20 lat lub dłużej. Ale często implanty nie spełniają tych oczekiwań, zamiast tego wymagają wymiany w ciągu 5 do 10 lat z powodu miejscowego stanu zapalnego lub choroby dziąseł, co wymaga powtórzenia kosztownej i inwazyjnej procedury dla pacjentów. - Chcieliśmy rozwiązać ten problem, więc wymyśliliśmy innowacyjny nowy implant - mówi Geelsu Hwang, adiunkt w University of Pennsylvania School of Dental Medicine.
Nowy implant wykorzystuje dwie kluczowe technologie. Jedną z nich jest materiał z nanocząstek, który jest odporny na kolonizację bakteryjną. A drugi to wbudowane źródło światła do prowadzenia fototerapii, zasilane naturalnymi ruchami jamy ustnej, takimi jak żucie lub szczotkowanie zębów. - Fototerapia może rozwiązać zróżnicowany zestaw problemów zdrowotnych. Ale po wszczepieniu biomateriału wymiana lub naładowanie baterii nie jest praktyczne. Używamy materiału piezoelektrycznego, który może generować energię elektryczną z naturalnych ruchów jamy ustnej, aby dostarczyć światło, które może prowadzić fototerapię i odkrywamy, że może skutecznie chronić tkankę dziąsła przed wyzwaniem bakteryjnym - mówi Hwang.
W artykule materiałem zbadanym przez naukowców był tytanian baru (BTO), który ma właściwości piezoelektryczne, mające zastosowania takie jak kondensatory i tranzystory, ale nie został jeszcze zbadany jako podstawa dla przeciwzakaźnych wszczepialnych biomateriałów. Aby przetestować jego potencjał jako podstawy implantu dentystycznego, zespół najpierw wykorzystał dyski osadzone w nanocząsteczkach BTO i wystawił je na działanie Streptococcus mutans, głównego składnika biofilmu bakteryjnego odpowiedzialnego za próchnicę zębów powszechnie znaną jako płytka nazębna. Odkryli, że dyski były odporne na tworzenie się biofilmu w sposób zależny od dawki. Dyski o wyższych stężeniach BTO lepiej zapobiegały wiązaniu się biofilmów.
Podczas gdy wcześniejsze badania sugerowały, że BTO może zabijać bakterie bezpośrednio za pomocą reaktywnych form tlenu generowanych przez reakcje polaryzacji światłem lub elektrycznej, Hwang i współpracownicy nie uznali tego za przypadek ze względu na krótkotrwałą skuteczność i efekty poza celem tych podejść. Zamiast tego materiał generuje zwiększony ujemny ładunek powierzchniowy, który odpycha ujemnie naładowane ściany komórkowe bakterii. Jest prawdopodobne, że ten efekt odpychania byłby długotrwały, twierdzą naukowcy.
- Chcieliśmy materiału implantu, który mógłby wytrzymać wzrost bakterii przez długi czas, ponieważ wyzwania bakteryjne nie są jednorazowym zagrożeniem - mówi Hwang. Wykazano również poziom wytrzymałości mechanicznej porównywalny z innymi materiałami wykorzystywanymi w zastosowaniach dentystycznych. Wreszcie, materiał nie zaszkodził normalnej tkance dziąsłowej i można go stosować bez złego wpływu w jamie ustnej.
Rozwiązanie to zostało docenione w programie QED Proof-of-Concept. Jako jeden z 12 finalistów, Hwang i współpracownicy otrzymają wskazówki od ekspertów w dziedzinie komercjalizacji. Jeśli projekt zostanie jednym z trzech finalistów, grupa może otrzymać do 200 000 USD finansowania. - Mamy nadzieję na dalszy rozwój systemu implantologicznego i ostatecznie skomercjalizujemy go, aby można go było wykorzystać w stomatologii - mówi Hwang.
W przyszłych pracach zespół ma nadzieję kontynuować udoskonalanie "inteligentnego" systemu implantów dentystycznych, testując nowe rodzaje materiałów, a być może nawet stosując asymetryczne właściwości po każdej stronie komponentów implantu, takie, które zachęcają do integracji tkanek po stronie skierowanej w stronę dziąseł i takie, które są odporne na tworzenie się bakterii po stronie skierowanej do reszty jamy ustnej.
Więcej informacji na ten temat znajduje się tutaj:
- Dhall A, Islam S, Park M i wsp. Bimodal Nanocomposite Platform with Antibiofilm and Self-Powering Functionalities for Biomedical Applications. ACS Applied Materials & Interfaces. 2021; DOI: 10.1021/acsami.1c11791.
- Park M, Islam S, Kim H-E i wsp. Human Oral Motion-Powered Smart Dental Implant (SDI) for In Situ Ambulatory Photo-biomodulation Therapy. Advanced Healthcare Materials. 2020; DOI: 10.1002/adhm.202000658.
Źródło: https://medicalxpress.com/
