Las bacterias que viven en la placa dental y contribuyen a la caries dental a menudo resisten el tratamiento antimicrobiano tradicional, ya que pueden "esconderse" dentro de una matriz de biopelícula pegajosa, un andamio de polímero similar al pegamento.
Una nueva estrategia concebida por investigadores de la Universidad de Pensilvania adoptó un enfoque más sofisticado. En lugar de simplemente aplicar un antibiótico a los dientes, aprovecharon las propiedades sensibles al pH y similares a las enzimas de las nanopartículas que contienen hierro para catalizar la actividad deEl peróxido de hidrógeno, un antiséptico natural de uso común. El peróxido de hidrógeno activado produjo radicales libres que fueron capaces de degradar simultáneamente la matriz de biopelícula y matar las bacterias dentro, reduciendo significativamente la placa y evitando la caries dental, o caries, en un modelo animal.
"Incluso usando una concentración muy baja de peróxido de hidrógeno, el proceso fue increíblemente efectivo para interrumpir la biopelícula", dijo Hyun Michel Koo, profesor del Departamento de Ortodoncia de la Facultad de Medicina Dental de Penn y las divisiones de Odontología Pediátrica y Comunidady Oral Health y el autor principal del estudio, que fue publicado en la revista Biomateriales . "Agregar nanopartículas aumentó la eficiencia de la destrucción bacteriana más de 5,000 veces"
El autor principal del artículo fue Lizeng Gao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Koo. Los coautores fueron Yuan Liu, Dongyeop Kim, Yong Li y Geelsu Hwang, todos del laboratorio de Koo, así como David Cormode, profesor asistente de radiología y bioingeniería concitas en Penn's Perelman School of Medicine y School of Engineering and Applied Science, y Pratap C. Naha, becario postdoctoral en el laboratorio de Cormode.
El trabajo se basó en un hallazgo seminal de Gao y sus colegas, publicado en 2007 en Nature Nanotechnology, que muestra que las nanopartículas, que durante mucho tiempo se creyó que eran biológicamente y químicamente inertes, podrían poseer propiedades similares a las enzimas. En ese estudio, Gao demostró queuna nanopartícula de óxido de hierro se comportó de manera similar a una peroxidasa, una enzima que se encuentra naturalmente que cataliza reacciones oxidativas, a menudo usando peróxido de hidrógeno.
Cuando Gao se unió al laboratorio de Koo en 2013, propuso usar estas nanopartículas en un entorno oral, ya que la oxidación del peróxido de hidrógeno produce radicales libres que pueden matar las bacterias.
"Cuando me lo presentó por primera vez, era muy escéptico", dijo Koo, "porque estos radicales libres también pueden dañar el tejido sano. Pero luego lo refutó y me dijo que esto es diferente porque la actividad de las nanopartículas depende depH "
Gao descubrió que las nanopartículas no tenían actividad catalítica a un pH neutro o casi neutro de 6.5 o 7, valores fisiológicos que generalmente se encuentran en la sangre o en una boca sana. Pero cuando el pH era ácido, más cercano a 5, se volvieron muy activosy puede producir rápidamente radicales libres.
El escenario era ideal para apuntar a la placa, que puede producir un microambiente ácido cuando se expone a azúcares.
Gao y Koo contactaron a Cormode, que tenía experiencia trabajando con nanopartículas de óxido de hierro en un contexto de imágenes radiológicas, para ayudarlos a sintetizar, caracterizar y probar la efectividad de las nanopartículas, varias formas de las cuales ya están aprobadas por la FDA para imágenes enhumanos
Comenzando con estudios in vitro, que incluyeron el crecimiento de una biopelícula que contiene la bacteria que causa la cavidad Streptococcus mutans en una superficie similar al esmalte de los dientes y luego la exponen al azúcar, los investigadores confirmaron que las nanopartículas adheridas a la biopelícula se conservaron inclusodespués de que el tratamiento se detuvo y podría catalizar efectivamente el peróxido de hidrógeno en condiciones ácidas.
También mostraron que la reacción de las nanopartículas con una solución de peróxido de hidrógeno al 1 por ciento o menos fue notablemente efectiva para matar bacterias, eliminando más del 99.9 por ciento de S. mutans en la biopelícula en cinco minutos, una eficacia de más de 5,000 vecesmayor que el uso de peróxido de hidrógeno solo. Aún más prometedor, demostraron que el régimen de tratamiento, que implica un tratamiento tópico de 30 segundos de las nanopartículas seguido de un tratamiento de 30 segundos con peróxido de hidrógeno, podría descomponer los componentes de la matriz de biopelículas, eliminando esencialmente elandamio adhesivo protector.
Pasando a un modelo animal, aplicaron las nanopartículas y el peróxido de hidrógeno por vía tópica a los dientes de las ratas, que pueden desarrollar caries cuando se infectan con S. mutans al igual que los humanos. Dos veces al día, tratamientos de un minuto para tresLas semanas redujeron significativamente la aparición y la gravedad de las lesiones cariosas, el término clínico para la caries dental, en comparación con el control o el tratamiento con peróxido de hidrógeno solo. Los investigadores no observaron efectos adversos en las encías o los tejidos blandos orales del tratamiento.
"Es muy prometedor", dijo Koo. "La eficacia y la toxicidad deben validarse en estudios clínicos, pero creo que el potencial está ahí".
Entre las características atractivas de la plataforma está el hecho de que los componentes son relativamente económicos.
"Si observa la cantidad que necesitaría para una dosis, está observando algo así como 5 miligramos", dijo Cormode. "Es una pequeña cantidad de material y las nanopartículas se sintetizan con bastante facilidad, así que estamoshablando de un costo de centavos por dosis "
Además, la plataforma usa una concentración de peróxido de hidrógeno, 1 por ciento, que es más baja que muchos sistemas de blanqueamiento dental disponibles actualmente que usan concentraciones de 3 a 10 por ciento, minimizando la posibilidad de efectos secundarios negativos.
Mirando hacia el futuro, Gao, Koo, Cormode y sus colegas esperan continuar refinando y mejorando la efectividad de la plataforma de nanopartículas para combatir las biopelículas.
"Estamos estudiando el papel de los recubrimientos de nanopartículas, composición, tamaño, etc. para poder diseñar las partículas para un rendimiento aún mejor", dijo Cormode.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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