Ny nanopartikel-baseret tilgang detekterer og behandler oral plak uden medicin

Når de gode og dårlige bakterier i vores mund kommer i ubalance, de dårlige bakterier danner en biofilm (aka plak), som kan forårsage huller, og hvis det efterlades ubehandlet over tid, kan føre til kardiovaskulære og andre inflammatoriske sygdomme som diabetes og bakteriel lungebetændelse.

Et team af forskere fra University of Illinois har for nylig udtænkt en praktisk nanoteknologi-baseret metode til at opdage og behandle de skadelige bakterier, der forårsager plak og fører til huller i tænderne og andre skadelige tilstande.

Bioingeniørlektor Dipanjan Pan (siddende) og ph.d.-studerende Fatemeh Ostadhossein har demonstreret en medicinfri, nanoteknologi-baseret metode til at opdage og ødelægge de bakterier, der forårsager tandplak.

Oral plak er usynlig for øjet, så tandlæger visualiserer det i øjeblikket med afslørende midler, som de administrerer til patienter i form af en opløselig tablet eller en børstepind. Selvom det er nyttigt til at hjælpe patienter med at se omfanget af deres plak, disse metoder er ikke i stand til at identificere forskellen mellem gode og dårlige bakterier.

"I øjeblikket i klinikken, påvisning af tandplak er yderst subjektiv og afhænger kun af tandlægens visuelle vurdering, " sagde bioingeniørlektor Dipanjan Pan, leder af forskergruppen. "Vi har for første gang demonstreret, at tidlig påvisning af tandplak i klinikken er mulig ved hjælp af den almindelige intraorale røntgenmaskine, som kan opsøge skadelige bakteriepopulationer."

For at opnå dette, Fatemeh Ostadhossein, en bioingeniørstuderende i Pans gruppe, udviklet en plaquedetektionssonde, der fungerer sammen med almindelig røntgenteknologi, og som er i stand til at finde specifikke skadelige bakterier kendt som Streptococcus mutans (S. mutans) i et komplekst biofilmnetværk. Derudover de viste også, at ved at justere den kemiske sammensætning af sonden, det kan bruges til at målrette og ødelægge S. mutans-bakterierne.

Sonden består af nanopartikler lavet af hafniumoxid (HfO2), et ikke-giftigt metal, der i øjeblikket er under klinisk forsøg til intern brug hos mennesker. I deres undersøgelse, holdet demonstrerede effektiviteten af ​​sonden til at identificere biokemiske markører til stede på overfladen af ​​den bakterielle biofilm og samtidig ødelægge S. mutans. De udførte deres undersøgelse på Sprague Dawley-rotter.

I praksis, Pan forestiller sig, at en tandlæge anvender sonden på patientens tænder og bruger røntgenapparatet til nøjagtigt at visualisere omfanget af biofilmplakken. Hvis pladen vurderes at være alvorlig, derefter ville tandlægen følge op med administrationen af ​​de terapeutiske HfO2-nanopartikler i form af en tandpasta.

I deres undersøgelse, holdet sammenlignede deres nanopartiklers terapeutiske evne med klorhexidin, et kemikalie, der i øjeblikket bruges af tandlæger til at udrydde biofilm. "Vores HfO2 nanopartikler er langt mere effektive til at dræbe bakterierne og reducere biofilmbyrden både i cellekulturer af bakterier og i [inficerede] rotter, sagde Ostadhossein, bemærker, at deres nye teknologi også er meget sikrere end konventionel behandling.

Nanopartiklernes terapeutiske effekt skyldes, sagde Pan, til deres unikke overfladekemi, som giver en låse- og dræbningsmekanisme. "Denne mekanisme adskiller vores arbejde fra tidligere forfulgte nanopartikel-baserede tilgange, hvor den medicinske effekt kommer fra antibiotika indkapslet i partiklerne, " sagde Pan, også et fakultetsmedlem af Carle Illinois College of Medicine og Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "Dette er godt, fordi vores tilgang undgår problemer med antibiotikaresistens, og det er sikkert og meget skalerbart, hvilket gør det velegnet til eventuel klinisk oversættelse."

Ud over Pan og Ostadhossein, andre medlemmer af forskerholdet omfatter bioingeniør post-doc forsker Santosh Misra, gæsteforsker Indu Tripathi, bachelor Valeriya Kravchuk, gæsteforsker Gururaja Vulugundam; og Veterinærmedicin klinisk adjunkt Denae LoBato og adjungeret adjunkt Laura Selmic.

Deres arbejde er beskrevet i avisen, "Hafniumoxidnanopartikler med dobbelt formål tilbyder billeddannelse af Streptococcus mutans dental biofilm og bekæmper den in vivo via en medicinfri tilgang, " offentliggjort online den 30. juli, 2018, i journalen Biomaterialer .