Mali, ali moćni: Mikroroboti mogu poboljšati endodontske tretmane

Franziska Beier, Dental Tribune International

pon. 23 januar 2023

Podeli

Sačuvaj

FILADELFIJA, SAD: Novi razvoji u mikrorobotici i nanotehnologiji nude ranije nezamislive mogućnosti za nove dijagnostičke i terapijske pristupe. Prilikom testiranja upotrebe mikrorobota za endodontsku primenu, istraživači sa Stomatološkog fakulteta Univerziteta u Pensilvaniji i Centra za inovacije i preciznu stomatologiju otkrili su da su roboti mogli da pristupe teško dostupnim površinama kanala korena, da poremete biofilm, uzimaju uzorke za dijagnozu i čak aplikuju lekove.

Glavni uzrok neuspeha endodontskog lečenja je nepotpuna dezinfekcija kanala korena, što dovodi do endodontskih infekcija i parodontitisa. Jedan od razloga za to je složena anatomija sistema kanala korena, što otežava efikasno uklanjanje biofilma, a do sada su sredstva za dijagnostikovanje i procenu efikasnosti dezinfekcije bila ograničena.

Mikrorobotski sistem koji se koristi u ovoj studiji rezultat je stalne saradnje između Stomatološkog fakulteta i Univerzitetske škole za inženjerstvo i primenjene nauke. U prethodnoj studiji, saradnja je proizvela mikrorobotski sistem koji se sastoji od nanočestica koje mogu ne samo da četkaju, već i da peru zube koncem i ispiraju zube u jednom koraku, pomažući da se efikasno eliminiše biofilm iz zuba.

Efikasno i precizno vođenje mikrorobota

Istraživači su razvili i testirali dve različite mikrorobotske platforme u svojoj nedavno izvedenoj  studiji. Za oba su koristili nanočestice gvožđe oksida (IONP), koje dele katalitička i magnetna svojstva, kao gradivne blokove za mikrorobote.

Na pitanje o biokompatibilnosti i zabrinutosti za bezbednost pacijenata, koautor prof. Hiun Michel Koo sa Odeljenja za ortodonciju u Penn Dental Medicine, je odgovorio: „IONP se široko koriste u nanomedicini zbog svoje minimalne citotoksičnosti, odličnih fizičko-hemijskih svojstava, stabilnosti u vodenim rastvorima i biokompatibilnosit. Nekoliko IONP formulacija je već odobrila Američka administracija za hranu i lekove (FDA) za parenteralnu primenu kao tretman anemije zbog nedostatka gvožđa.

On je dodao: „Naša prethodna histopatološka analiza gingivalnog, mukoznog i drugih tkiva, uključujući glavne organe kao što su jetra i bubrezi, nije pokazala znakove štetnih efekata, što ukazuje na visoku histokompatibilnost i internih i FDA odobrenih IONP formulacija.“

Da bi procenili efikasnost endodontskih mikrorobotičkih platformi, istraživači su sproveli eksperimente koristeći 3D štampane replike zuba pripremljene sa biofilmom koji sadrži četiri različite endodontske bakterijske vrste.

Za prvu platformu, koristeći elektromagnete, istraživački tim je koncentrisao IONP u mikro-rojeve i magnetski ih kontrolisao da poremeti i povrati biofilm. Analizom prikupljenog uzorka pronađene su sve četiri vrste bakterija. Pored toga, pod mikroskopom se činilo da su sve nanočestice uklonjene iz kanala korena.

Za drugu platformu, istraživački tim je u 3D tehnologiji štampao minijaturne robote u obliku spirale i napunio ih gelom ugrađenim u IONP. Zatim su vodili robote unutar kanala korena koristeći magnetna polja i primetili da su hemijski i mehanički poremetili biofilm sa visokom efikasnošću. Posebno se ističe mogućnost punjenja robota u obliku spirale lekom za ciljanu isporuku tog leka u apikalni region kanala korena, gde je infekcija u neposrednoj blizini okolnog tkiva.

„Ključna ograničenja sadašnjih endodontskih strategija su trostruka: nedostatak preciznosti u ciljanju biofilma koji inficiraju apikalni region i anatomske složenosti kanala korena, kao i teškoća uzimanja uzoraka biofilma za dijagnozu. Koliko nam je poznato, ne postoji pristup koji je sposoban za istovremeno uzimanje uzoraka i antimikrobni tretman u endodonciji,” prokomentarisao je glavni autor dr Alaa Babeer iz Penn Dental Medicine relevantnost nalaza studije za endodontske tretmane.

„Naši nalazi pokazuju izvodljivost upotrebe svestranosti mikrorobotike za pristup teško dostupnim endodontskim površinama za izvršenje uništavanja, uklanjanja i uzimanja biofilma radi otkrivanja mikroba u realnom vremenu. Štaviše, mi demonstriramo izvodljivost praćenja robota unutar kanala koristeći trenutne modalitete kliničkog snimanja", nastavio je on.

Magnetno aktivirani 3D štampani roboti su kontrolisani precizno da ciljaju apikalni region kanala korena neprekinut od okolnog parodoncijuma - ovako se vizuelizuje i prati na CBCT. (Fotografija: University of Pennsylvania)

Buduća polja primene i dalja istraživanja

Istraživači predviđaju širok spektar primene mikrorobota u stomatologiji i opštoj medicini. Prema profesoru Koo, IONP mikroroboti bi mogli da kombinuju nekoliko funkcionalnosti u stomatologiji. To uključuje automatizovano četkanje (bez manuelnog četkanja) i čišćenje koncem za efikasno uklanjanje dentalnog biofilma, što može biti od pomoći osobama sa invaliditetom ili kojima nedostaje manuelna spretnost za obavljanje dobre oralne higijene, rekao je on.

Na osnovu rezultata trenutnih nalaza studije, prof. Koo očekuje da mikrorobotske platforme „omoguće precizno vođene terapije koje će da poremete biofilmove u teško dostupnim prostorima i promovišu regeneraciju mekih tkiva i kostiju“. Dodao je da bi mikroroboti mogli da vrše isporuku lekova ili živih ćelija na različitim oralnim i kraniofacijalnim mestima, u rasponu od dubokih parodontalnih džepova i apikalnog regiona kanala korena do temporomandibularnih prostora kako bi promovisali zarastanje.

Za biomedicinske primene, prof. Koo je primetio da su „magnetno kontrolisani mikroroboti pokazali različite primene, uključujući terapiju protiv raka, ciljanu aplikaciju lekova, isporuku gena i matičnih ćelija i minimalno invazivnu hirurgiju“.

Autori studije su naveli da buduća istraživanja mogu još više proširiti mogućnosti mikrorobotske primene na otkrivanje, lečenje i uklanjanje biofilma povezanih sa drugim zaraznim bolestima i bioobraštanjem zubnih i medicinskih uređaja ili implantata.

Ovo istraživanje pod nazivom “Microrobotics for precision biofilm diagnostics and treatment” objavljeno je u izdanju časopisa Journal of Dental Research za avgust 2022.