- Mikropługi sterowane magnetycznie niezwykle skutecznie niszczą drobnoustroje
- Technologia może mieć zastosowanie tam, gdzie powstaje błona bakteryjna
- Stomatolodzy współpracują z inżynierami nad zastosowaniem klinicznym wynalazku
Być może już niebawem nie będziesz musiał odwiedzać dentysty, żeby oczyścić zęby z osadu. Zmyślne mikroroboty, zawieszone w płynie do płukania, oczyszczą je z płytki nazębnej dokładniej, niż jakiekolwiek inne metody. Brzmi kosmicznie, a naukowcy na dodatek twierdzą, że opracowana przez nich technologia może o wiele więcej.
Nie tylko w buzi
Połączenie śliny, resztek jedzenia i drobnoustrojów atakuje zęby i uszkadza dziąsła. Zwarta struktura tzw. biofilmu czyli błony bakteryjnej, lepkich złogów z różnymi bakteriami, jest bardzo trudna do wyeliminowania. Dlatego codziennie je szczotkujemy, a dentystów odwiedzamy, żeby usunąć narastającą w niektórych miejscach płytkę nazębną, której następstwem jest kamień.
Za powstawanie biofilmu odpowiedzialne są wszędobylskie drobnoustroje. Doprowadzają do zakażeń m.in. w cewnikach, tworzą płytkę nazębną i wywołują infekcje dziąseł. Biofilm atakuje także soczewki kontaktowe, protezy kończyn, szwy chirurgiczne itp. Może doprowadzić do poważnych chorób, operacji lub sepsy. Teraz zespół inżynierów, stomatologów i biologów z Uniwersytetu Pensylwanii opracował mikroskopijną załogę czyszczącą.
Nanocząsteczki i pług
Badacze nazwali swój system katalitycznymi robotami przeciwdrobnoustrojowymi, czyli CAR, zdolnymi do degradacji i usuwania biofilmów. Pracę, opublikowaną w Science Robotics, nadzorowali Hyun (Michel) Koo ze Szkoły Medycyny Stomatologicznej i Edward Steager ze Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Pensylwanii. Niewielkie roboty, wykorzystujące nanocząsteczki tlenku żelaza jako elementy konstrukcyjne, są kontrolowane przez pole magnetyczne. To umożliwia swobodne sterowanie nimi.
Między kanałami
Inżynierowie zaprezentowali dwa sposoby użycia wynalazku. Pierwszy z nich polega na zawieszeniu nanocząsteczek tlenku żelaza w roztworze, który następnie może być kierowany przez magnesy w celu usunięcia biofilmu z danej powierzchni w sposób podobny do działania pługa. Drugi sposób polega na osadzaniu nanocząsteczek w formach żelowych. Użyto ich do zniszczenia biofilmów zatykających rury.
Naukowcy wyobrażają sobie precyzyjne kierowanie armii „mikropługów” w dowolne miejsce
Zespół dentystyczny, który zapoznał się z badaniami nad mikrorobotami, doszedł do wniosku, że cząstki tlenku żelaza mogą wywoływać reakcję, która aktywuje nadtlenek wodoru i uwalnia wolne rodniki. Zabija nawet najbardziej oporne na antybiotyki bakterie i rozkłada biofilmy. W dalszych badaniach i we współpracy z ekipą inżynierską udowodnili, że nie tylko są w stanie skutecznie oczyścić powierzchnię zębów, ale mogą również dotrzeć do mniej dostępnych obszarów, np. przestrzeni między kanałami korzeniowymi. Co więcej, po rozbiciu tych biofilmów rozpoczęcie tworzenia nowego osadu jest utrudnione.
Z kamerą wśród zębów?
Naukowcy wyobrażają sobie precyzyjne kierowanie armią „mikropługów” w dowolne miejsce. Twierdzą, że „zautomatyzowane systemy do usuwania biofilmów mogą być cenne w szerokim zakresie potencjalnych zastosowań, od utrzymania rur wodnych i cewników do zmniejszenia ryzyka próchnicy zębów, infekcji endodontycznych i zanieczyszczenia implantów”. Myślą już o mikrokamerach lub alternatywnych metodach obrazowania medycznego, które podpowiedzą użytkownikowi, gdzie skierować ekipę sprzątającą.
To śmiałe rozwiązanie, szczególnie teraz, kiedy bardziej niechętnie niż kiedyś korzystamy z antybiotyków, a drobnoustroje, mutując stają się coraz bardziej oporne na leki.
Aby innowację wdrożyć do zastosowań klinicznych, zespół wspiera Centrum Zdrowia, Urządzeń i Technologii Penn. To inicjatywa Szkoły Medycyny Penn’s Perelman Uniwersytetu w Pensylwanii, najstarszej w Stanach Zjednoczonych i jednej z najlepszych jednostek w dziedzinie badań medycznych.