In questa illustrazione, le nanoparticelle si attaccano o vengono assorbite dalle cellule batteriche. Pan e i suoi studenti sono il primo gruppo a dimostrare che la diagnosi precoce della placca dentale in clinica è possibile utilizzando la normale macchina a raggi X intraorale che può individuare popolazioni di batteri nocivi. Credito:Laboratorio per i materiali in medicina dell'Università dell'Illinois.
Quando i batteri buoni e cattivi della nostra bocca si squilibrano, i batteri cattivi formano un biofilm (aka placca), che può causare carie, e se non trattata nel tempo, può portare a malattie cardiovascolari e altre malattie infiammatorie come il diabete e la polmonite batterica.
Un team di ricercatori dell'Università dell'Illinois ha recentemente ideato un pratico metodo basato sulla nanotecnologia per rilevare e trattare i batteri nocivi che causano la placca e portano alla carie e ad altre condizioni dannose.
Il professore associato di bioingegneria Dipanjan Pan (seduto) e la studentessa di dottorato Fatemeh Ostadhossein hanno dimostrato una metodo basato sulla nanotecnologia per rilevare e distruggere i batteri che causano la placca dentale.
La placca orale è invisibile all'occhio, quindi i dentisti attualmente la visualizzano con agenti rivelatori, che somministrano ai pazienti sotto forma di compressa solubile o tampone a spazzola. Sebbene sia utile per aiutare i pazienti a vedere l'estensione della loro placca, questi metodi non sono in grado di identificare la differenza tra batteri buoni e cattivi.
"Attualmente in clinica, il rilevamento della placca dentale è altamente soggettivo e dipende solo dalla valutazione visiva del dentista, ", ha affermato il Professore Associato di Bioingegneria Dipanjan Pan, capo del gruppo di ricerca. "Abbiamo dimostrato per la prima volta che la diagnosi precoce della placca dentale in clinica è possibile utilizzando la normale macchina a raggi X intraorale che può individuare popolazioni di batteri nocivi".
Il Professore Associato di Bioingegneria dell'Università dell'Illinois Dipanjan Pan (seduto) e la studentessa di dottorato Fatemeh Ostadhossein hanno dimostrato una metodo basato sulla nanotecnologia per rilevare e distruggere i batteri che causano la placca dentale. Credito:Heather Coit/Università dell'Illinois College of Engineering
Per realizzare ciò, Fatemeh Ostadhossein, uno studente laureato in Bioingegneria nel gruppo di Pan, ha sviluppato una sonda per il rilevamento della placca che funziona in combinazione con la comune tecnologia a raggi X ed è in grado di trovare batteri nocivi specifici noti come Streptococcus mutans (S. mutans) in una complessa rete di biofilm. Inoltre, hanno anche dimostrato che modificando la composizione chimica della sonda, può essere usato per colpire e distruggere i batteri di S. mutans.
La sonda è composta da nanoparticelle di ossido di afnio (HfO2), un metallo non tossico attualmente in fase di sperimentazione clinica per uso interno nell'uomo. Nel loro studio, il team ha dimostrato l'efficacia della sonda per identificare i marcatori biochimici presenti sulla superficie del biofilm batterico e distruggere contemporaneamente S. mutans. Hanno condotto il loro studio sui ratti Sprague Dawley.
In pratica, Pan immagina che un dentista applichi la sonda sui denti del paziente e utilizzi la macchina a raggi X per visualizzare con precisione l'estensione della placca del biofilm. Se la targa è ritenuta grave, poi il dentista avrebbe proseguito con la somministrazione delle nanoparticelle terapeutiche di HfO2 sotto forma di pasta dentale.
Nel loro studio, il team ha confrontato la capacità terapeutica delle loro nanoparticelle con la clorexidina, una sostanza chimica attualmente utilizzata dai dentisti per sradicare il biofilm. "Le nostre nanoparticelle di HfO2 sono molto più efficienti nell'uccidere i batteri e ridurre il carico di biofilm sia nelle colture cellulari di batteri che nei ratti [infetti], " disse Ostadhossein, notando che la loro nuova tecnologia è anche molto più sicura del trattamento convenzionale.
L'effetto terapeutico delle nanoparticelle è dovuto, disse Pan, alla loro chimica superficiale unica, che fornisce un meccanismo di latch and kill. "Questo meccanismo distingue il nostro lavoro dagli approcci basati sulle nanoparticelle precedentemente perseguiti in cui l'effetto medicinale deriva da antibiotici incapsulati nelle particelle, " disse Pan, anche membro di facoltà del Carle Illinois College of Medicine e del Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "Questo è positivo perché il nostro approccio evita problemi di resistenza agli antibiotici ed è sicuro e altamente scalabile, rendendolo adatto per un'eventuale traduzione clinica."
Oltre a Pan e Ostadhossein, altri membri del gruppo di ricerca includono il ricercatore post-dottorato in bioingegneria Santosh Misra, studioso in visita Indu Tripathi, studentessa Valeriya Kravchuk, studioso in visita Gururaja Vulugundam; e l'assistente professore di medicina veterinaria Denae LoBato e l'assistente professore aggiunto Laura Selmic.
Il loro lavoro è descritto nel documento, "Le nanoparticelle di ossido di afnio a doppio scopo offrono l'imaging del biofilm dentale di Streptococcus mutans e lo combattono in vivo attraverso un approccio privo di farmaci, " pubblicato online il 30 luglio, 2018, nel diario Biomateriali .
