牙齿组织深处的热死细菌!科学家开发了一种新型牙科纳米机器人

牙疼是病,尤其是龋齿进一步发展成牙髓炎时,那疼起来是真的“要命”。当急性牙髓炎和慢性牙髓炎变得不可逆时,通常需要采取根管治疗。

根管治疗是口腔科常见的治疗方式。治疗过程包括移除牙齿内部被感染的软组织,即牙髓,并用抗生素或杀菌化学药品对根管空间进行消毒以减轻细菌负荷。据报道,全球至少有23亿人患有龋齿,每年有大量患者需要进行根管治疗。然而,超过10%的根管治疗以失败告终。一个主要原因是细菌在牙管深处持续存在,尤其是像口腔常见细菌粪肠球菌Enterococcus faecalis)这样的耐药细菌,很难通过传统抗生素或目前最先进的技术去除,这主要是由于牙本质组织的复杂和狭窄的结构导致的。

近日,发表在《Advanced Healthcare Materials》上的一项概念验证研究中,来自印度科学研究所(IISc)的研究人员开发了一种牙科螺旋磁性纳米机器人,可以在根管治疗期间到达目前临床治疗过程中不可能到达的深度,从而帮助彻底杀死牙本质小管深处的细菌,以提高根管治疗的成功率

牙本质组织构成了牙齿结构的主体,在牙冠和牙根上分别覆盖着牙釉质和牙骨质。牙本质的特点是存在中空且逐渐变细的牙本质小管,从根管内间隙向外釉质横贯。在这些错综复杂的牙本质小管网络内,由于缺乏局部血液供应,像粪肠球菌等一些常见口腔细菌不会受到宿主的防御系统影响。而且,根管治疗能到达的牙本质小管深度存在限制。

通常,牙医使用超声波或激光脉冲在液体中产生冲击波,用于清除口腔细菌和组织碎片,以提高根管治疗效率。但这些脉冲只能穿透800微米的距离,而且它们的能量消散得也很快。

在这项新研究中,研究人员设计了涂有铁的二氧化硅制成的螺旋形纳米机器人,它可以用一个产生低强度磁场的装置来控制。纳米机器人被注射到提取的牙齿样本中时,可以使用显微镜跟踪它的运动。关键是,纳米机器人能够穿透到2000微米的深度

随后,研究人员验证了主动操纵的纳米机器人在牙本质小管深处杀菌的潜力。

纳米机器人进入牙本质小管,绿色为活细菌

通过调整磁场频率,研究人员可以让纳米机器人随意移动,深入牙本质小管,达到目前临床实践中不可能达到的小管深度,并在完成工作后被取出

值得一提的是,研究人员能够操纵磁场,以使纳米机器人的表面产生热量,从而杀死附近的细菌。该团队表示,使用热能杀死细菌也提供了一种比抗生素或刺激性化学物质更安全的选择。而且,目前市场上还没有其他技术可以做到这一点。

牙本质小管深处被热死的细菌(红色)

该研究通讯作者、印度科学研究所纳米科学与工程中心Ambarish Ghosh博士说:“我们已经非常接近将这项技术应用于临床,这在三年前还被认为是难以置信的。”

该团队此前的研究已经证明,这种纳米颗粒可以利用光捕获来移动物体,使其在血液和活细胞中移动,并可以牢固地粘附在癌细胞上。这些研究表明,它们可以安全地用于生物组织。

研究人员已经在小鼠模型上测试了牙科纳米机器人的治疗效果,证实了安全性和有效性。他们还在开发一种新的医疗设备,该设备可以很容易地被放入口腔,从而让牙医在根管治疗期间在牙齿内部注射和操作纳米机器人。

总之,该研究验证了纳米机器人在口腔医学和纳米医学中的巨大潜力。

论文链接:

https://doi.org/10.1002/adhm.202200232

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