Radikale metoder til inficerede implantater

Molekyler, der oftere er kendt for deres potentiale til at forårsage kræft, kan have en ny, sundhedsfremmende rolle. Forskere er nu ved at opdage, hvordan disse "radikaler" kan bruges til at forhindre infektioner og fremme den langsigtede succes med tandimplantater.

Selvom tandlæger anbefaler, at vi beholder vores egne tænder så længe som muligt, Flere og flere af os vil i sidste ende få brug for en eller flere tænder udskiftet med titaniumimplantater. Det gælder især de ældre generationer.

Imidlertid, tandimplantater viser sig ofte kun at være en delvis vellykket erstatning. Bakterier kan kolonisere området omkring et implantat. Bakterielle infektioner omkring et implantat kan i sidste ende føre til tab af den knogle, der understøtter implantatet, efterlader patienten med stort behov for omfattende behandling og generelt dårligere mundsundhed som følge heraf.

Hvis knoglen omkring et implantat bliver inficeret, der er en alvorlig risiko for, at patienten får behov for omfattende genoprettende tandbehandling og vedligeholdelse for at opretholde implantatets funktion og genoprette den tabte knogle, hvis det overhovedet er muligt. Følgelig, forskning i biomaterialer, der kan bruges til at øge og guide genvæksten af ​​tabt knogle, er blevet et førende område inden for tandforskning.

Biofilm på implantater

For at et tandimplantat kan fungere, det skal være fastgjort til kæbeknoglen. Det betyder, at knoglecellerne skal slå bakterierne i det såkaldte "kapløb om overfladen" af implantatet. Ved at vinde løbet, knoglecellerne vil danne nyt knoglevæv omkring implantatet, fastgørelse af implantatet i knoglen.

Imidlertid, det er ofte bakterierne, der vinder løbet. De danner en biofilm, et tyndt lag bakterier på implantatets overflade. – Biofilm er en smart måde for bakterier at kolonisere overflader på; det gør bakterierne stærkere, forklarer David Wiedmer, stipendiat ved Det Odontologiske Fakultet ved Universitetet i Oslo. Hvis bakterierne får overtaget på implantatets overflade, implantatet er tilbøjeligt til infektion, med potentielt alvorlige konsekvenser for patientens helbred.

Inficerede implantater behandles normalt med antibiotika. - Når bakterier danner en biofilm, antibiotika gør ofte ikke arbejdet, fordi bakterier er beskyttet i en biofilm. I lyset af den dramatiske stigning i antibiotika-resistente bakterier, der er et presserende behov for at finde alternative behandlinger, siger Wiedmer, som oprindeligt er maskiningeniør. Han begyndte at se på frie radikaler som et alternativ. Disse ustabile molekyler kan forårsage stress hos bakterier, hvilket igen kan skabe en antibakteriel effekt.

Meget reaktive radikalmolekyler

Frie radikaler er ustabile molekyler, fordi de har en uparret elektron. Dermed, de leder altid efter en anden elektron at parre sig med. Frie radikaler er kendt for at være skadelige og patogene molekyler, der kan forårsage ændringer i DNA, som igen kan skabe mutationer, der kan føre til kræft. Wiedmers hypotese var, at frie radikalers reaktivitet også kunne bruges til at dræbe bakterier.

Han baserede sin idé på en kendt kemisk proces, fotokatalyse:Når titaniumdioxid (TiO2) udsættes for ultraviolet lys, som findes i sollys, i nærvær af ilt, overfladen renser sig selv for organisk snavs, nedbryde det til vand og ilt. Denne renseproces er baseret på dannelsen af ​​frie radikaler, og det er den samme reaktion, som bruges i solceller til at producere energi.

Tandimplantater har også TiO2 på deres overflade. Næsten alle tandimplantater er lavet af titanium, og TiO2 dannes, når titan kommer i kontakt med ilt fra luften eller blodet, f.eks. når et implantat indsættes i munden.

Mørk katalyse til behandling og forebyggelse

Imidlertid, det er vanskeligt at producere fotokatalytiske reaktioner på implantater. Dette skyldes det åbenlyse problem med at tilføje det nødvendige sollys til reaktionen mellem TiO2 på implantatets overflade og ilten i blodet, når implantatet allerede er indsat i knoglen i din kæbe.

Af denne grund, Wiedmer har undersøgt behandling af bakterielle infektioner på implantater ved hjælp af en metode, han kalder "mørk katalyse". Ved at kombinere TiO og hydrogenperoxid (H2O2), i stedet for vand og sollys, han opnår en lignende effekt som fotokatalyse. Når H2O2 tilsættes på et implantat dækket af et lag af TiO2, frie radikaler frigives også - men denne gang i mørket.

På grund af de stærke antibakterielle egenskaber af de producerede frie radikaler, Wiedmer undersøgte mørk katalyse på TiO2 i to forskellige biomedicinske applikationer. Den første testede applikation var at behandle en eksisterende infektion omkring et implantat. Hans forskning undersøgte også, om metoden kunne have en forebyggende effekt på "stilladser", porøse rammer, der kan indsættes i kæbeknoglen for at støtte og guide knogleceller til at vokse og danne "ny" knogle.

Lovende, men svær at implementere

Wiedmer har grund til at være optimistisk, at det en dag måske bliver muligt at kontrollere bakterielle infektioner omkring tandimplantater og nemmere forhindre dem. Hans undersøgelser viste, at mørk katalyse er en lovende metode til at behandle infektioner, da den skaber radikaler, der hjælper med at bekæmpe bakterier.

Forskningen viste også, at mørk katalyse kunne videreudvikles og anvendes på knoglestilladser. Disse stilladser understøtter regenereringen af ​​tabt knoglevæv, hvori implantater derefter kan indsættes. I sine studier, Wiedmer fandt ud af, at radikaler dannet ved mørk katalyse kunne forhindre bakterier i at kolonisere overfladen af ​​porøse TiO2-stilladser.

"Den forebyggende effekt er faktisk vigtigere end deres anvendelse til behandling af allerede eksisterende infektioner. implantater, der forårsager problemer på grund af infektioner, kan, som en sidste udvej, blive udtrukket. Men du kan ikke nemt fjerne et porøst stillads, når først knogle allerede er vokset ind i porerne på stilladset, " forklarer han.

Imidlertid, der er meget mere forskning, der skal gøres, før mørk katalyse kan anvendes i tandoperationer. Wiedmer kunne ikke endegyldigt udelukke muligheden for, at radikalerne også kunne beskadige cellulært DNA, mens de bekæmper bakterierne. - Jeg håber, at denne nye strategi med at bruge frie radikaler til at dræbe bakterier kan hjælpe os med at finde alternative behandlinger til antibiotika. Selvom der stadig er et stykke vej igen, inklusive kliniske forsøg, dette projekt kan i sidste ende kaste noget mere lys ind i mørket, siger Wiedmer med et grin.