Zapobieganie próchnicy za pomocą nanocząstek

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Badacze z Uniwersytetu Pensylwanii wykorzystali nanocząstki do rozbijania płytki nazębnej i zapobiegania próchnicy.

Naukowcy podkreślają, że bakterie żyjące w płytce ukrywają się w macierzy biofilmu, dlatego tak trudno do nich dotrzeć tradycyjnymi metodami. W ramach nowego podejścia Amerykanie zdecydowali się nie nakładać antybiotyku, tylko wykorzystać wrażliwe na pH, zawierające żelazo nanocząstki o właściwościach enzymów. Katalizują one aktywność nadtlenku wodoru. Aktywowany H₂O₂ wytwarza reaktywne formy tlenu (RFT), które jednocześnie degradują macierz biofilmu i zabijają bakterie w jego wnętrzu. W ten sposób znacznie zmniejszają płytkę nazębną i zapobiegają próchnicy.

Nawet przy użyciu bardzo małych stężeń nadtlenku wodoru zabieg niezwykle skutecznie zaburzał biofilm. Dodatek nanocząstek zwiększał skuteczność eliminowania bakterii aż 5000-krotnie - ujawnia prof. Hyun (Michel) Koo.

Najnowsze badania bazowały na przełomowych odkryciach zespołu Lizenga Gao z 2007 r. (wyniki ówczesnych prac ukazały się w Nature Nanotechnology), kiedy to wykazano, że nanocząstki, przez długi czas uznawane za biologicznie i chemicznie bierne, mają w rzeczywistości właściwości enzymów. Teraz Gao zademonstrował, że nanocząstki tlenku żelaza zachowują się podobnie do peroksydazy, enzymu katalizującego reakcje utleniania.

Gdy Gao dołączył w 2013 r. do laboratorium Koo, zaproponował, by posłużyć się nanocząstkami w jamie ustnej, ponieważ utlenienie nadtlenku wodoru da reaktywne formy tlenu, które mogą zabić bakterie. Kiedy powiedział mi o tym po raz pierwszy, byłem bardzo sceptyczny, bo reaktywne formy tlenu mogą także uszkadzać zdrowe tkanki. [Gao] odparł te zarzuty, mówiąc, że to inna sytuacja, bo aktywność nanocząstek zależy od pH.

Gao odkrył bowiem, że nanocząstki nie wykazują aktywności katalitycznej przy pH bliskim neutralnego (6,5 lub 7), a więc w warunkach fizjologicznych typowych dla krwi czy zdrowej jamy ustnej. Kiedy jednak pH staje się kwasowe, bliższe 5, bardzo się uaktywniają i szybko produkują RFT. To scenariusz idealny dla walki z płytką nazębną, bo występujące w niej bakterie przy dostępie do cukrów produkują uszkadzające szkliwo kwasy.

Gao i Koo zwrócili się do prof. Davida Cormode'a, by pomógł im zsyntetyzować, scharakteryzować i przetestować skuteczność nanocząstek.

W fazie testów in vitro biofilm wywołujących próchnicę Streptococcus mutans hodowano na przypominającym szkliwo podłożu. Podczas ekspozycji na cukier potwierdzono, że nanocząstki do niego przywierają. Zostają tam również później, gdzie skutecznie katalizują pożądaną reakcję.

Okazało się, że reakcja nanocząstek z 1% lub słabszym roztworem nadtlenku wodoru niezwykle skutecznie zabijała bakterie, uśmiercając w ciągu 5 minut ponad 99,9% S. mutans z biofilmu. To skuteczność ponad 5 tys. razy wyższa niż przy użyciu samego H₂O₂. Najbardziej obiecujący wydaje się protokół, w ramach którego najpierw na 30 s miejscowo nakłada się nanocząstki, a później również przez 30 s działa nadtlenkiem wodoru. Dzięki temu doprowadzano do rozkładu składników macierzy biofilmu, eliminując jego lepkie ochronne rusztowanie.

Podczas badań na modelu zwierzęcym nanocząstki i H₂O₂ stosowano miejscowo na zębach szczurów (zakażone S. mutans szczury zapadają na próchnicę jak ludzie). Okazało się, że w porównaniu do gryzoni kontrolnych poddawanych działaniu wyłącznie H₂O₂, u zwierząt, u których przez 3 tygodnie 2 razy dziennie wykonywano 1-min sesje z nanocząstkami i H₂O₂, odraczano początek próchnicy, w dodatku ubytków było mniej/były one drobniejsze. Nie zaobserwowano negatywnego wpływu na dziąsła i tkanki miękkie.

To bardzo obiecujące. Skuteczność i toksyczność muszą jeszcze być potwierdzone w kolejnych badaniach, ale dostrzegam potencjał [tej metody] - podkreśla Koo.

Jednym z plusów platformy jest stosunkowo nieduży koszt poszczególnych składników oraz niskie stężenia H2O2 (w systemach do wybielania zębów są one wyższe). Obecnie naukowcy pracują nad ulepszeniem swojej platformy.

« powrót do artykułu