Исследователи представят свой прогресс в достижении этой цели сегодня на виртуальной встрече и выставке Американского химического общества (ACS) осенью 2020 года.
По словам Рассела Песавенто, во рту обитает более 700 видов бактерий.D.S., Ph.D., главный исследователь проекта. В их состав входят полезные бактерии, которые помогают переваривать пищу или сдерживают другие микробы.
Они также включают вредные виды стрептококков, в том числе Streptococcus mutans. Вскоре после чистки эти бактерии прилипают к зубам и начинают размножаться. С сахаром в качестве источника энергии и строительного блока микробы постепенно образуют плотную пленку, которую нелегко удалить щеткой. Поскольку бактерии продолжают метаболизировать сахар, они производят кислотные побочные продукты, которые растворяют зубную эмаль, открывая путь к образованию кариеса.
Стоматологи и потребители могут бороться с помощью продуктов, включая фторид олова для подавления образования зубного налета, а также нитрат серебра или фторид диамина серебра, чтобы остановить существующий кариес. Исследователи также изучили наночастицы из оксида цинка, оксида меди или серебра для лечения стоматологических инфекций.
По словам Песавенто из Иллинойского университета в Чикаго, хотя такие бактерицидные агенты нашли свое место в стоматологии, их повторное применение может привести как к окрашиванию зубов, так и к бактериальной резистентности. «Кроме того, эти агенты не являются селективными, поэтому они убивают многие виды бактерий во рту, даже самые полезные», – объясняет он.
Итак, Песавенто хотел найти альтернативу, которая не убивала бы без разбора бактерии во рту и которая помогала бы предотвратить кариес, а не лечить кариес постфактум. Он и его исследовательская группа обратились к наночастицам оксида церия.
Другие группы исследовали влияние различных типов наночастиц оксида церия на микробы, хотя лишь немногие из них изучали их влияние на клинически значимые бактерии в начальных условиях образования биопленки. Те, кто сделал это, приготовили свои наночастицы с помощью окислительно-восстановительных реакций или реакций осаждения за счет pH или купили наночастицы из коммерческих источников.
По его словам, эти предыдущие составы либо не оказывали эффекта, либо даже способствовали росту биопленок в лабораторных испытаниях.
Но Песавенто упорствовал, потому что свойства и поведение наночастиц зависят, по крайней мере частично, от того, как они приготовлены. Его команда произвела свои наночастицы путем растворения нитрата церия и аммония или сульфатных солей в воде.
Другие исследователи ранее создавали частицы таким образом, но не тестировали их влияние на биопленки. Когда исследователи засеяли полистирольные пластины с S. mutans в питательной среде и скармливали бактериям сахар в присутствии раствора наночастиц оксида церия, они обнаружили, что состав уменьшал рост биопленок на 40% по сравнению с пластинами без наночастиц, хотя они не могли вытеснить существующие биопленки.
В аналогичных условиях нитрат серебра – известное средство против кариеса, используемое стоматологами – не оказал никакого влияния на рост биопленки.
«Преимущество нашего лечения в том, что оно менее вредно для бактерий полости рта, во многих случаях не убивая их», – говорит Песавенто.
Вместо этого наночастицы просто предотвращали прилипание микробов к полистирольным поверхностям и образование прилипающих биопленок. Кроме того, токсичность и метаболические эффекты наночастиц в клетках ротовой полости человека в чашках Петри были меньше, чем у нитрата серебра.
Песавенто, которому в июле был выдан патент, хотел бы объединить наночастицы с фторидом, укрепляющим эмаль, в рецептуре, которую стоматологи могли бы нанести на зубы пациента. Но, отмечает он, необходимо проделать большую работу, прежде чем эта концепция может быть реализована.
На данный момент команда экспериментирует с покрытиями для стабилизации наночастиц при нейтральном или слегка щелочном pH – более близком к pH слюны и более полезном для зубов, чем нынешний кислотный раствор. Его команда также начала работать с бактериями, связанными с развитием гингивита, и нашла одну конкретную наночастицу с покрытием, которая превзошла фторид олова в ограничении образования прилипающих биопленок в аналогичных условиях.
Песавенто и его команда продолжат тестировать лечение в присутствии других бактериальных штаммов, обычно присутствующих во рту, а также проверять его влияние на человеческие клетки нижних отделов пищеварительного тракта, чтобы лучше понять общую безопасность для пациентов.