2021. 09. 14. - 10:30
Ellenállnak a baktérium-szaporodásnak az okos fogászati implantátumok
Kutatók okos fogászati implantátumot fejlesztettek ki, amelyek képesek ellenállni a baktériumok szaporodásának, saját áramtermeléssel.
Fogászati implantátummal igen sok ember rendelkezik ma már. A fogpótlások fogszuvasodás, ínybetegség vagy sérülés miatt elvesztett fog helyettesítésére szolgálnak. Az implantátumok azonban lényegesen nagy ugrást jelentenek a fogpótlásokhoz vagy hidakhoz képest - sokkal biztonságosabban illeszkednek és 20 évig, vagy annál is tovább tartanak.
Egyes esetekben azonban az implantátumok sem felelnek meg ennek az elvárásnak - 5-10 év múlva cserélni kell őket, mert helyi gyulladás vagy ínybetegség alakul ki. Emiatt szükségessé válik a költséges és invazív eljárás megismétlése a betegeknél.
„Komolyan foglalkoztatott minket ez a probléma, ezért innovatív új implantátummal álltunk elő" – mondta el Geelsu Hwang, a Pennsylvaniai Egyetem Fogorvosi Orvostudományi Egyetem adjunktusa, aki mérnöki háttérrel rendelkező szájhigiénés kutató.
Innovatív implantátummal álltak elő a kutatók, mely ellenáll a baktériumoknak
Mint kifejtette, az új implantátum két kulcsfontosságú technológiát valósít meg. Az egyik egy nanorészecskékkel átitatott anyag, mely ellenáll a baktériumok kolonizációjának. A második pedig egy beágyazott fényforrás, amely fototerápiát végez – mégpedig a száj természetes mozgásainak, például rágásnak vagy fogmosásnak köszönhetően.
Hwang és kollégái az ACS Applied Materials & Interfaces folyóiratban jelentették meg tanulmányukat. Az Advanced Healthcare Materials folyóiratban platformjukat is ismertették, melyet a jövőben nemcsak fogászati implantátumokba, hanem egyéb technológiákba is be lehet építeni.
„A fototerápia számos egészségügyi problémát kezelhet – mondta Geelsu Hwang. – Ha azonban egyszer beültetünk egy bioanyagot, nem célszerű kicserélni vagy újratölteni az akkumulátort. Piezoelektromos anyagot használunk, mely a természetes szájmozgásokból elektromos áramot termelhet. Olyan fényt bocsát ki, amely képes a fototerápiát lefolytatni. Úgy véljük, sikeresen képes megvédeni az ínyszövetet a baktériumok okozta kihívástól.”
Tanulmányukban a kutatók a bárium-titanát (BTO) anyagot vizsgálták, amely piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkezik – olyan alkalmazásoknál használják, mint a kondenzátorok és a tranzisztorok, de korábban nem vizsgálták meg fertőzésellenes, beültethető bioanyagok alapjaként.
A fogászati implantátum alapjaként a csapat először a BTO nanorészecskéibe ágyazott lemezeket használta fel, s tette ki őket a Streptococcus mutans-nak, azaz a fogszuvasodásért felelős bakteriális biofilm elsődleges összetevőjének – ennek általános neve fogászati lepedék. A nagyobb BTO-koncentrációjú lemezek hatékonyabban akadályozták meg a biofilmek kötődését.
S bár a korábbi tanulmányok azt sugallták, hogy a BTO a fénykatalizált vagy elektromos polarizációs reakciók által előidézett reaktív oxigénfajta segítségével elpusztíthatja a baktériumokat, Hwang és munkatársai ezt nem találták teljesen bizonyítottnak.
Ehelyett az anyag fokozott negatív felületi töltést generált, mely taszítja a baktériumok negatív töltésű sejtfalait. A kutatók szerint ez a taszító hatás valószínűleg tartós.
„Olyan implantátumot akartunk, amely hosszú ideig ellenállhat a baktériumok szaporodásának, hiszen azok nem csupán egyszeri veszélyt jelentenek” – mondta Hwang.
Mint kiderült, az anyag energiatermelő tulajdonsága megmaradt, s az idő múlásával végzett vizsgálatok során az anyag nem szivárgott ki. Sőt, demonstrálta, hogy a fogászati alkalmazásokban használt egyéb anyagokhoz hasonló mechanikai szilárdság áll rendelkezésre.
Az anyag nem károsította a normál ínyszövetet sem a kutatók kísérletei során, alátámasztva azt az elképzelést, hogy azt fel lehet használni a szájban, káros hatás nélkül.
A technológia döntős lett a Science Center kutatás-gyorsító programjában, s várhatóan a legjobb három közé kerül, amelyek támogatást kaphatnak a fejlesztéshez és majdan a kereskedelmi forgalomba hozatalhoz.
A kutatócsoport reméli, tovább finomíthatja az „intelligens” fogászati implantátumrendszert, sőt, új anyagtípusokat tesztelhet, s talán még aszimmetrikus tulajdonságokat is alkalmazhat az implantátum összetevőinek mindkét oldalán. Ezek ösztönzik a szövetek integrálását az íny felőli oldalon, s ellenállnak a baktériumképződésnek.
L.A.
