Tandplak er ikke match for katalytiske nanopartikler

Kombiner en diæt med højt sukkerindhold med dårlige mundhygiejnevaner og huller i tænderne, eller caries, vil sandsynligvis resultere. Sukkeret udløser dannelsen af ​​en sur biofilm, kendt som plak, på tænderne, eroderer overfladen. Caries i den tidlige barndom er en alvorlig form for huller i tænderne, der rammer et ud af hvert fjerde barn i USA og flere hundrede millioner mere globalt. Det er et særligt alvorligt problem i underprivilegerede befolkninger.

I en undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation denne uge, forskere ledet af Hyun (Michel) Koo fra University of Pennsylvania School of Dental Medicine i samarbejde med David Cormode fra Penns Perelman School of Medicine og School of Engineering and Applied Science brugte FDA-godkendte nanopartikler til effektivt at forstyrre biofilm og forhindre huller i tænderne i både en eksperimentel menneskeplak-lignende biofilm og i en dyremodel, der efterligner caries i den tidlige barndom.

Nanopartiklerne bryder tandplak gennem en unik pH-aktiveret antibiofilmmekanisme.

"Det udviser en spændende enzymlignende egenskab, hvorved den katalytiske aktivitet øges dramatisk ved sur pH, men 'slukkes' ved neutrale pH-forhold, " siger Koo, professor i Penn Dental Medicines afdeling for ortodonti og i afdelingerne for Pediatric Dentistry og Community Oral Health. "Nanopartiklerne fungerer som en peroxidase, aktivere brintoverilte, et almindeligt brugt antiseptisk middel, at generere frie radikaler, der potent afmonterer og dræber biofilm under patologiske sure forhold, men ikke ved fysiologisk pH, giver således en målrettet effekt."

Fordi den cariesfremkaldende plak er meget sur, den nye terapi er i stand til præcist at målrette områder af tænderne med patogene biofilm uden at skade det omgivende orale væv eller mikrobiota.

Den særlige jernholdige nanopartikel, der blev brugt i eksperimenterne, ferumoxytol, er allerede FDA-godkendt til behandling af jernmangel, en lovende indikation af, at en topisk anvendelse af den samme nanopartikel, anvendes i flere hundrede gange lavere koncentration, ville også være sikker til brug for mennesker.

Selvom nogle videnskabsmænd har stillet spørgsmålstegn ved, om belægninger brugt på ferumoxytol og andre nanopartikler, der bruges til medicinske anvendelser, ville gøre dem katalytisk inerte, Koo, Liu, og Cormode viste, at de opretholdt peroxidase-lignende aktivitet, aktiverende brintoverilte.

Efter at have testet ferumoxytol-hydrogenperoxid-kombinationen på et tandemaljelignende materiale, holdet gik videre til et eksperimentelt set-up, der nøjere replikerede betingelserne i den menneskelige mund.

"Vi brugte plakprøver fra caries-aktive forsøgspersoner til at rekonstruere disse højpatogene biofilm på ægte menneskelig tandemalje, " siger Koo. "Denne simulering viste, at vores behandling ikke kun forstyrrer biofilmen, men også forhindrer mineralødelæggelse af tandens overflade. Det gav meget stærke beviser for, at dette kunne fungere in vivo."

Yderligere undersøgelser i en gnavermodel, der nøje afspejler stadierne af cariesudvikling hos mennesker, viste, at skylninger to gange dagligt med ferumoxytol og hydrogenperoxid i høj grad reducerede sværhedsgraden af ​​caries på alle tændernes overflader og blokerede også fuldstændigt for dannelsen af hulrum i emaljen.

Som yderligere bevis på behandlingens målrettede effekt, forskerne fandt ingen signifikant ændring i mangfoldigheden af ​​mikrober i munden efter terapi og fandt ingen tegn på vævsskade.

"Denne terapi dræber ikke mikroorganismer vilkårligt, "Koo siger, "men snarere virker det kun, hvor den patologiske biofilm udvikler sig. En sådan præcis terapeutisk tilgang kan målrette de syge steder uden at forstyrre den økologiske balance i den orale mikrobiota, som er afgørende for en sund mund, samtidig med at man undgår infektion med opportunistiske patogener."

At inkorporere nanopartikler i et mundskyllemiddel eller tandpasta kan være en omkostningseffektiv måde at forbedre deres effektivitet markant på, siger Koo. Mange af disse produkter indeholder allerede hydrogenperoxid og vil kun kræve tilsætning af en lille mængde relativt billige nanopartikler. Med beviser, der understøtter denne tilgang i både en dyremodel og en menneskelignende model af karies, forskerholdet arbejder aktivt på at teste dens kliniske effekt.