Una visita al dentista generalmente implica un raspado lento y a veces desagradable con herramientas mecánicas para eliminar la placa de los dientes. ¿Qué pasaría si, en cambio, un dentista pudiera desplegar un pequeño ejército de pequeños robots para eliminar de manera precisa y no invasiva esa acumulación?
Un equipo de ingenieros, dentistas y biólogos de la Universidad de Pensilvania desarrolló un equipo de limpieza robótica microscópica. Con dos tipos de sistemas robóticos, uno diseñado para trabajar en superficies y el otro para operar dentro de espacios confinados, los científicos mostraronque los robots con actividad catalítica podrían destruir hábilmente biopelículas, amalgamaciones pegajosas de bacterias enredadas en un andamio protector. Estos sistemas robóticos de eliminación de biopelículas podrían ser valiosos en una amplia gama de aplicaciones potenciales, desde mantener limpias las tuberías de agua y los catéteres hasta reducir el riesgo decaries, infecciones endodónticas y contaminación del implante.
El trabajo, publicado en Ciencia robótica , fue dirigido por Hyun Michel Koo de la Escuela de Medicina Dental y Edward Steager de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
"Esta fue una interacción verdaderamente sinérgica y multidisciplinaria", dice Koo. "Estamos aprovechando la experiencia de microbiólogos y científicos clínicos, así como de ingenieros, para diseñar el mejor sistema de erradicación microbiana posible. Esto es importante para otros campos biomédicos que enfrentanbiopelículas resistentes a los medicamentos a medida que nos acercamos a una era posterior a los antibióticos ".
"El tratamiento de las biopelículas que se producen en los dientes requiere una gran cantidad de trabajo manual, tanto por parte del consumidor como del profesional", agrega Steager. "Esperamos mejorar las opciones de tratamiento y reducir la dificultad del cuidado".
Las biopelículas pueden surgir en superficies biológicas, como en un diente o en una articulación o en objetos, como tuberías de agua, implantes o catéteres. Dondequiera que se formen biopelículas, son notoriamente difíciles de eliminar, ya que la matriz pegajosa que contiene las bacteriasproporciona protección contra agentes antimicrobianos.
En un trabajo anterior, Koo y sus colegas han avanzado en la descomposición de la matriz de la biopelícula con una variedad de métodos innovadores. Una estrategia ha sido emplear nanopartículas que contienen óxido de hierro que funcionan catalíticamente, activando el peróxido de hidrógeno para liberarradicales libres que pueden matar bacterias y destruir biopelículas de manera específica.
Por casualidad, el equipo de Penn Dental Medicine descubrió que grupos de Penn Engineering dirigidos por Steager, Vijay Kumar y Kathleen Stebe estaban trabajando con una plataforma robótica que usaba nanopartículas de óxido de hierro muy similares como bloques de construcción para los microrobots. Los ingenieros controlan el movimientode estos robots usando un campo magnético, lo que permite una forma libre de ataduras para dirigirlos.
Juntos, el equipo interdisciplinario diseñó, optimizó y probó dos tipos de sistemas robóticos, que el grupo denomina robots antimicrobianos catalíticos, o CAR, capaces de degradar y eliminar biopelículas. El primero consiste en suspender nanopartículas de óxido de hierro en una solución, que luego se puede dirigir mediante imanes para eliminar las biopelículas en una superficie en forma de arado. La segunda plataforma implica incrustar las nanopartículas en moldes de gel en formas tridimensionales. Estos se utilizaron para apuntar y destruir biopelículas que obstruyen los tubos cerrados.
Ambos tipos de CAR mataron efectivamente a las bacterias, rompieron la matriz que las rodea y eliminaron los desechos con alta precisión. Después de probar los robots en biopelículas que crecen en una superficie de vidrio plana o en tubos de vidrio cerrados, los investigadores probaron un método másAplicación clínicamente relevante: eliminación de biopelículas de partes de un diente humano de difícil acceso.
Los CAR pudieron degradar y eliminar las biopelículas bacterianas no solo de la superficie del diente, sino también de una de las partes de un diente de más difícil acceso, el istmo, un pasillo estrecho entre los conductos radiculares donde comúnmente crecen las biopelículas.
"Los tratamientos existentes para biopelículas son ineficaces porque son incapaces de degradar simultáneamente la matriz protectora, matar las bacterias incrustadas y eliminar físicamente los productos biodegradados", dice Koo. "Estos robots pueden hacer los tres a la vez de manera muy eficaz, sin dejar ningúnrastro de biofilm en absoluto. "
Al arar los restos degradados de la biopelícula, dice Koo, la posibilidad de que se arraigue y vuelva a crecer disminuye sustancialmente. Los investigadores prevén dirigir con precisión a estos robots a donde sea que necesiten ir para eliminar las biopelículas, ya sea dentro deun catéter o una línea de agua o superficies dentales de difícil acceso.
"Pensamos en los robots como sistemas automatizados que toman acciones basadas en información recopilada activamente", dice Steager. En este caso, dice, "el movimiento del robot puede ser informado por imágenes de la biopelícula obtenidas de microcámaras u otros modosde imágenes médicas. "
Para llevar la innovación por el camino hacia la aplicación clínica, los investigadores están recibiendo apoyo del Centro Penn de Salud, Dispositivos y Tecnología, una iniciativa respaldada por la Facultad de Medicina Perelman de Penn, Penn Engineering y la Oficina del Vicerrector.para la Investigación. Penn Health-Tech, como se le conoce, premia a grupos interdisciplinarios selectos con apoyo para crear nuevas tecnologías de salud, y el proyecto de plataformas robóticas fue uno de los que recibieron apoyo en 2018.
"El equipo tiene una gran experiencia clínica en el lado dental y una gran experiencia técnica en el lado de la ingeniería", dice Victoria Berenholz, directora ejecutiva de Penn Health-Tech. "Estamos aquí para completarlos en el lado comercialRealmente han hecho un trabajo fantástico en el proyecto ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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