Nanozymterapi forhindrer opbygning af skadelig tandplak

En voksende mængde af beviser peger på en sammenhæng mellem jernmangelanæmi og alvorligt huller i tænderne. Om sammenhængen er korrelativ eller kausativ er ukendt, selvom begge tilstande er forbundet med dårlige kostvaner og er mere almindelige hos mennesker, der lever i fattige miljøer og med underliggende medicinske tilstande.

Nu tyder forskning fra University of Pennsylvania i samarbejde med Indiana University på, at en FDA-godkendt behandling for jernmangelanæmi også lover at behandle, forebygge og endda diagnosticere tandforfald. Det terapeutiske middel, en kombination af en jernoxid-nanopartikelholdig opløsning kaldet ferumoxytol og hydrogenperoxid, blev påført ægte tandemalje placeret i et tandprotese-lignende apparat og båret af forsøgspersonerne.

Undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Nano Letters , fandt ud af, at en to gange daglig påføring af ferumoxytol, som aktiverede hydrogenperoxid indeholdt i en opfølgende skylning, reducerede opbygningen af ​​skadelig tandplak signifikant og havde en målrettet effekt på de bakterier, der i vid udstrækning var ansvarlige for huller i tænderne. Disse typer af nanopartikler med enzymlignende egenskaber er nogle gange kendt som "nanozymer" og bliver i stigende grad udforsket for deres potentiale i biomedicinske og miljømæssige applikationer.

"Vi fandt ud af, at denne tilgang er både præcis og effektiv," siger Hyun (Michel) Koo, professor ved University of Pennsylvania School of Dental Medicine. "Det forstyrrer biofilm, især dem, der dannes af Streptococcus mutans , som forårsager caries, og det reducerede også omfanget af emaljehenfald. Dette er den første undersøgelse, vi kender til, udført i et klinisk miljø, der viser den terapeutiske værdi af nanozymer mod en infektionssygdom."

Værket er en forlængelse af et papir fra 2018 udgivet i Nature Communications , hvor Koo og kolleger, herunder David Cormode fra Penns Perelman School of Medicine, viste, at behandlingen med jernoxid nanopartikel-brintoverilte kunne forhindre biofilmakkumulering og huller i tænderne i en eksperimentel model og en dyremodel.

I det nuværende arbejde ønskede forskerne at tage det næste logiske skridt, at arbejde i mennesker. I en randomiseret undersøgelse fik de 15 deltagere til at bruge en aftagelig, protese-lignende enhed med ægte tandemalje påsat, en metode udviklet og grundigt testet af Domenick T. Zero fra Indiana University, en co-korresponderende forfatter på det aktuelle papir.

Undersøgelsesdeltagerne påførte en sukkerholdig opløsning på apparatet fire gange om dagen, og efterlignede måltider med højt sukkerindhold og snacks indtaget i løbet af dagligdagen. Deltagerne blev bedt om ikke at børste emaljeprøverne, men i stedet for at skylle apparatet to gange om dagen. Deltagerne blev opdelt i tre grupper, hvor én brugte ferumoxytol og derefter hydrogenperoxidskylning, én med en opløsning, der giver de inaktive ingredienser i ferumoxytol, og en tredje med vand alene.

Efter 14 dage analyserede forskerne de biofilm, der akkumulerede på emaljeprøverne. De fandt ud af, at den eksperimentelle behandling kraftigt reducerede væksten af ​​biofilm indeholdende S. mutans og kunne dræbe denne bakterie med høj specificitet. Andre kommensale bakterier, der normalt findes i munden, blev ikke påvirket af ferumoxytol-hydrogenperoxidbehandlingen.

Resultaterne og sikkerheden af ​​tilgangen blev understøttet af tidligere arbejde, som har vist, at jernoxidnanopartiklerne ikke binder sig til slimhindevævet i munden og ikke forårsager cytotoksicitet eller ændringer i det orale mikrobiom i en dyremodel.

"Denne behandling ser ikke ud til at have skadelige virkninger uden for målet," siger Koo.

Årsagen til denne præcision er tredobbelt. Reaktionen for at katalysere brintoverilte sker kun i et meget surt miljø, såsom det, der opstår, når cariesfremkaldende bakterier er til stede og aktive. Behandlingen får også den klæbrige matrix af kulhydrater til at nedbrydes, nedbryder biofilmen og blotlægger mikroberne. Og ferumoxytol kan specifikt binde til receptorer på S. mutans cellemembran, hvilket letter dens drab.

I en sidste fase af undersøgelsen tilføjede forskerne en markør, der bliver blå, når den udsættes for reaktive oxygenarter, som dem, der genereres af katalyse af hydrogenperoxid af ferumoxytol nanopartikler. Og faktisk fandt holdet, at intensiteten af ​​blå mærkning svarede til sure biofilm indeholdende S. mutans .

På grund af denne "detektions"-evne, bemærker Koo, at den eksperimentelle behandling har potentiale til at blive det, der er kendt som en "theranostic", det vil sige et lægemiddel, der kan bruges til både at diagnosticere en tilstand og behandle den. "Det kan også bruges derhjemme," siger Koo. "Du kan skylle med det, se, hvor meget hulrumsfremkaldende plak, der er, og derefter behandle med opløsningen eller konsultere en tandlæge for opfølgende behandling." + Udforsk yderligere

Tandplak er ikke match for katalytiske nanopartikler