Гилсу Хван из Пенсильванского университета и его коллеги разрабатывают умный зубной имплант, который сопротивляется росту бактерий и вырабатывает собственное электричество при жевании и чистке щеткой, чтобы обеспечить омолаживающий ткани свет, - пишет eurekalert.org.
Более 3 миллионов человек в Америке имеют зубные имплантаты, которые используются для замены зуба, потерянного в результате кариеса, заболевания десен или травмы. Имплантаты - это шаг вперед по сравнению с зубными протезами или мостами, они намного надежнее устанавливаются и рассчитаны на срок службы 20 и более лет.
Но часто имплантаты не оправдывают ожиданий, и замена требуется уже через 5-10 лет из-за местного воспаления или заболевания десен, что требует повторения дорогостоящей и инвазивной процедуры для пациентов.
«Мы хотели решить эту проблему, и поэтому мы придумали инновационный новый имплант», - говорит Гилсу Хван, доцент Школы стоматологической медицины Пенсильванского университета, имеющий инженерный опыт.
По словам Хвана, в новом имплантате будут реализованы две ключевые технологии. Первая - это материал, содержащий наночастицы, который сопротивляется бактериальной колонизации. А второй - это встроенный источник света для фототерапии, питаемый естественными движениями рта, такими как жевание или чистка зубов.
«Фототерапия может помочь в решении самых разных проблем со здоровьем, - говорит Хван. - Но после того, как биоматериал имплантирован, заменять или перезаряжать батарею становится непрактично. Мы используем пьезоэлектрический материал, который может генерировать электрическую энергию от естественных движений полости рта, чтобы обеспечить свет, который может проводить фототерапию, и мы обнаружили, что он может успешно защитить ткань десны от бактериального заражения».
В этой статье исследователи изучали материал титаната бария, который обладает пьезоэлектрическими свойствами, которые используются в конденсаторах и транзисторах, но еще не использовался в качестве основы для противоинфекционных имплантируемых биоматериалов. Чтобы проверить его потенциал в качестве основы для зубного имплантата, команда сначала использовала диски с наночастицами титаната бария и подвергла их воздействию Streptococcus mutans - основного компонента бактериальной биопленки, ответственной за разрушение зубов, обычно известного как зубной налет. Они обнаружили, что диски сопротивлялись образованию биопленок в зависимости от дозы. Диски с более высокими концентрациями титаната бария лучше предотвращали связывание биопленок.
В то время как более ранние исследования предполагали, что титанат бария может убивать бактерии напрямую, используя реактивные формы кислорода, генерируемые световыми катализаторами или реакциями электрической поляризации, Хван и его коллеги не обнаружили, что это так из-за кратковременной эффективности и нецелевых эффектов этих подходы. Вместо этого материал генерирует повышенный отрицательный поверхностный заряд, который отталкивает отрицательно заряженные клеточные стенки бактерий. Исследователи говорят, что этот эффект отталкивания будет продолжительным.
«Нам был нужен материал для имплантата, который мог бы противостоять росту бактерий в течение длительного времени, потому что бактериальные инфекции не являются разовой угрозой», - говорит Хван.
Электроэнергетические свойства материала были сохранены, и в ходе испытаний материал не выщелачивался. Он также продемонстрировал уровень механической прочности, сопоставимый с другими материалами, используемыми в стоматологии.
Наконец, в экспериментах исследователей материал не повредил нормальную ткань десны, что подтверждает идею о том, что его можно использовать без вредного воздействия на полость рта.
В будущей работе команда надеется продолжить совершенствование «умной» системы дентальных имплантатов, тестируя новые типы материалов и, возможно, даже используя асимметричные свойства компонентов на каждой стороне имплантата: один способствует интеграции тканей на стороне, обращенной к деснам, а другой препятствует образованию бактерий на стороне, обращенной ко рту.
«Мы надеемся на дальнейшее развитие системы имплантатов и, в конечном итоге, на коммерциализацию ее, чтобы ее можно было использовать в стоматологической сфере», - говорит Хван.
Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
