Исследователи разрабатывают умный зубной имплантат, который противостоит росту бактерий и вырабатывает собственное электричество посредством жевания и чистки зубов, а свет, в свою очередь, питает ткань с целью омоложения. Это нововведение может продлить срок службы имплантата.
Но часто имплантаты не оправдывают этих ожиданий, вместо этого нуждаются замене уже через 5-10 лет из-за местного воспаления или заболевания десен, что требует повторения дорогостоящей и инвазивной процедуры для пациентов.
"Нам захотелось решить эту проблему, и поэтому мы разработали инновационный новый имплантат", - говорит Гилсу Хванг, доцент Школы стоматологии Пенсильванского университета, который имеет инженерное образование, которое он привносит в свои исследования по проблемам здоровья полости рта
По словам Хвана, новый имплантат будет реализовывать две ключевые технологии. Одна из них - материал, наполненный наночастицами, который сопротивляется бактериальной колонизации. А вторая - встроенный источник света для проведения фототерапии, питаемый естественными движениями рта, такими как жевание или чистка зубов. В одной статье Хванг и его коллеги описывают свою платформу, которая в один прекрасный день может быть интегрирована не только в зубные имплантаты, но и в другие технологии, такие как замена суставов.
"Фототерапия может решить целый ряд проблем со здоровьем", - говорит Хван. "Но как только биоматериал имплантирован, нецелесообразно заменять или заряжать батарею. Мы используем пьезоэлектрический материал, который может генерировать электрическую энергию от естественных движений полости рта для подачи света, который может проводить фототерапию, и мы обнаружили, что он может успешно защитить десневую ткань от бактериальной инфекции".
Исследованным материалом был титанат бария (BTO), который обладает пьезоэлектрическими свойствами, которые используются в конденсаторах и транзисторах, но еще не исследован в качестве основы для противоинфекционных имплантируемых биоматериалов. Чтобы проверить его потенциал в качестве основы для зубного имплантата, команда сначала использовала диски, в которые были встроены наночастицы BTO, и подвергла их воздействию мутантных стрептококков, основных компонентов бактериальной биопленки, ответственной за кариес, широко известные как зубной налет. Они обнаружили, что диски сопротивлялись образованию биопленки в дозо-зависимой манере. Диски с более высокой концентрацией BTO лучше предотвращали связывание биопленок.
В то время как более ранние исследования предполагали, что BTO может убивать бактерии напрямую, используя активные формы кислорода, генерируемые реакциями, катализируемыми светом или электрической поляризацией, Хванг и коллеги не обнаружили, что это так из-за кратковременной эффективности и побочных эффектов этих подходов. Вместо этого материал генерирует повышенный отрицательный поверхностный заряд, который отталкивает отрицательно заряженные клеточные стенки бактерий. Вполне вероятно, что этот эффект отталкивания будет длительным, говорят исследователи.
"Мы хотели получить материал для имплантата, который мог бы противостоять бактериальному росту в течение длительного времени, потому что бактериальные проблемы не являются разовой угрозой", - говорит Хван.
Энергетические свойства материала были сохранены и в ходе испытаний с течением времени материал не выщелачивался. Он также продемонстрировал уровень механической прочности, сопоставимый с другими материалами, используемыми в стоматологии.
Наконец, материал не повредил здоровой ткани десен в экспериментах исследователей, подтверждая идею о том, что его можно использовать без вредных последствий для полости рта.
Технология явилась финалистом программы научных исследований Научного центра, программы подтверждения концепции QED. Как один из 12 финалистов, Хван и его коллеги получат рекомендации от экспертов в области коммерциализации. Если проект станет одним из трех финалистов, группа может получить финансирование в размере до 200 000 долларов.
В будущей работе команда надеется продолжить совершенствование "умной" системы зубных имплантатов, тестируя новые типы материалов и, возможно, даже используя ассиметрические свойства с каждой стороны компонентов имплантата, которые способствуют интеграции тканей со стороны, обращенной к деснам, и сопротивляются образованию бактерий со стороны, обращенной к остальной части рта.
"Мы надеемся продолжить разработку системы имплантатов и в конечном итоге увидеть ее коммерциализацию, чтобы ее можно было использовать в стоматологии", - говорит Хван.
Исследователи разрабатывают умный зубной имплантат, который противостоит росту бактерий и вырабатывает собственное электричество посредством жевания и чистки зубов, а свет, в свою очередь, питает ткань с целью омоложения. Это нововведение может продлить срок службы имплантата.
Но часто имплантаты не оправдывают этих ожиданий, вместо этого нуждаются замене уже через 5-10 лет из-за местного воспаления или заболевания десен, что требует повторения дорогостоящей и инвазивной процедуры для пациентов.
"Нам захотелось решить эту проблему, и поэтому мы разработали инновационный новый имплантат", - говорит Гилсу Хванг, доцент Школы стоматологии Пенсильванского университета, который имеет инженерное образование, которое он привносит в свои исследования по проблемам здоровья полости рта
По словам Хвана, новый имплантат будет реализовывать две ключевые технологии. Одна из них - материал, наполненный наночастицами, который сопротивляется бактериальной колонизации. А вторая - встроенный источник света для проведения фототерапии, питаемый естественными движениями рта, такими как жевание или чистка зубов. В одной статье Хванг и его коллеги описывают свою платформу, которая в один прекрасный день может быть интегрирована не только в зубные имплантаты, но и в другие технологии, такие как замена суставов.
"Фототерапия может решить целый ряд проблем со здоровьем", - говорит Хван. "Но как только биоматериал имплантирован, нецелесообразно заменять или заряжать батарею. Мы используем пьезоэлектрический материал, который может генерировать электрическую энергию от естественных движений полости рта для подачи света, который может проводить фототерапию, и мы обнаружили, что он может успешно защитить десневую ткань от бактериальной инфекции".
Исследованным материалом был титанат бария (BTO), который обладает пьезоэлектрическими свойствами, которые используются в конденсаторах и транзисторах, но еще не исследован в качестве основы для противоинфекционных имплантируемых биоматериалов. Чтобы проверить его потенциал в качестве основы для зубного имплантата, команда сначала использовала диски, в которые были встроены наночастицы BTO, и подвергла их воздействию мутантных стрептококков, основных компонентов бактериальной биопленки, ответственной за кариес, широко известные как зубной налет. Они обнаружили, что диски сопротивлялись образованию биопленки в дозо-зависимой манере. Диски с более высокой концентрацией BTO лучше предотвращали связывание биопленок.
В то время как более ранние исследования предполагали, что BTO может убивать бактерии напрямую, используя активные формы кислорода, генерируемые реакциями, катализируемыми светом или электрической поляризацией, Хванг и коллеги не обнаружили, что это так из-за кратковременной эффективности и побочных эффектов этих подходов. Вместо этого материал генерирует повышенный отрицательный поверхностный заряд, который отталкивает отрицательно заряженные клеточные стенки бактерий. Вполне вероятно, что этот эффект отталкивания будет длительным, говорят исследователи.
"Мы хотели получить материал для имплантата, который мог бы противостоять бактериальному росту в течение длительного времени, потому что бактериальные проблемы не являются разовой угрозой", - говорит Хван.
Энергетические свойства материала были сохранены и в ходе испытаний с течением времени материал не выщелачивался. Он также продемонстрировал уровень механической прочности, сопоставимый с другими материалами, используемыми в стоматологии.
Наконец, материал не повредил здоровой ткани десен в экспериментах исследователей, подтверждая идею о том, что его можно использовать без вредных последствий для полости рта.
Технология явилась финалистом программы научных исследований Научного центра, программы подтверждения концепции QED. Как один из 12 финалистов, Хван и его коллеги получат рекомендации от экспертов в области коммерциализации. Если проект станет одним из трех финалистов, группа может получить финансирование в размере до 200 000 долларов.
В будущей работе команда надеется продолжить совершенствование "умной" системы зубных имплантатов, тестируя новые типы материалов и, возможно, даже используя ассиметрические свойства с каждой стороны компонентов имплантата, которые способствуют интеграции тканей со стороны, обращенной к деснам, и сопротивляются образованию бактерий со стороны, обращенной к остальной части рта.
"Мы надеемся продолжить разработку системы имплантатов и в конечном итоге увидеть ее коммерциализацию, чтобы ее можно было использовать в стоматологии", - говорит Хван.
Читайте также:
Статьи от брендов
0 комментариев