Наночастицы оксида гафния помогут обнаружить и удалить зубной налет

Американские ученые синтезировали новый тип наночастиц на основе оксида гафния, который позволяет диагностировать и лечить зубной налет в рамках регулярного стоматологического осмотра. К поверхности этих части присоединяют органосилановые полимеры и олигопептиды, в результате чего они могут селективно присоединяться к болезнетворным клеткам в налете. Использование таких частиц позволяет обнаруживать бактерии стафилококка с помощью рентгенографических методов и в течение нескольких дней полностью от них избавиться, пишут ученые в Biomaterials.

Уже через несколько часов после чистки на поверхности зубов скапливаются бактерии, которые постепенно склеиваются в единую пленку зубного налета. Эта пленка содержит в своем составе несколько видов колоний бактерий, имеет довольно сложную пространственную организацию и может стать причиной развития кариеса. Основной участник этого процесса — стрептококковые бактерии вида Streptococcus mutans. Эти организмы превращают сахарозу в молочную кислоту, создавая таким образом в ротовой полости кислую среду. Это приводит к тому, что в структуре зубной эмали появляются полости и она становится уязвимой для разрушения. Чтобы эффективно бороться с этим видом стрептококковых бактерий, во-первых, нужно вовремя их обнаружить (это практически невозможно сделать на глаз), а во-вторых — селективно избавиться от лишних болезнетворных бактерий, восстанавливая при этом баланс микрофлоры ротовой полости.

Для повышения эффективности как обнаружения, так и лечения зубного налета, группа американских химиков под руководством Дипанджана Пана (Dipanjan Pan) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне предложила использовать наночастицы оксида гафния состава HfO2. Выбор оксида гафния был определен его потенциалом в качестве рентгеноконтрастного агента — известно, что из-за высокого атомного номера у гафния довольно большой коэффициент ослабления по отношению к рентгеновскому излучению. При этом, несмотря на то, оксид гафния еще и не токсичен, для повышения интенсивности рентгеновских изображений его до этого практически не использовали.

Чтобы исследовать возможность использования оксида гафния для обнаружения бактерий стафилококка на поверхности зубов, ученые синтезировали суспензию наночастиц размером около 5 нанометров. Оказалось, что эти частицы примерно на 30 процентов увеличивают контрастность по сравнению с йодсодержащими контрастными препаратами. Для дальнейшего использования оксидные частицы покрывались органосилановой оболочкой и соединялись с небольшим пептидом, способным селективно связываться с патогеном.

Ученые выяснили, что если поместить такие частицы на поверхность зуба, то они действительно связываются с нужными бактериями, и после этого их легко можно найти с помощью компьютерной томографии и рентгенографического сканирования. Эту методику ученые сначала проверили в условиях in vitro, а также ex vivo на вырванных человеческих зубах. При этом выяснилось, что наночастицы не только дают возможность обнаружить патоген на поверхности зубов, но и избавить зубы от налета. Так, бактериальную активность зубного налета возрастом в двое суток можно полностью подавить в течение всего 20 минут. По словам авторов работы, механизм снижения бактериальной активности основан на связывании наночастиц с клеточными мембранами, что приводит к постепенному лизису клеток.

Для подтверждения применимости методики и в условиях живого организма, подобный эксперимент ученые провели на зубах живой крысы. Препарат, содержащий наночастицы на основе оксида гафния, ученые давали крысам раз в день в виде водорастворимых таблеток. Оказалось, что в течение 8 суток от зубного налета удалось полностью избавиться, что не удалось сделать, например, с использованием традиционных антисептиков, таких как хлоргексидин.

На основе полученных данных, авторы работы разработали схему обнаружения конкретного штамма бактерий в зубном налете и его лечения в рамках регулярного стоматологического осмотра. Ученые отмечают, что в будущем аналогичный подход может быть использован не только в стоматологии, но для диагностики и лечения других заболеваний, вызванных бактериями.

Препараты на основе оксидных наночастиц довольно часто используют в стоматологии. Например, недавно химики синтезировали новый тип наночастиц, состоящих из оксида титана, покрытые слоем полидофамина, которые позволяют эффективно отбелить зубы, не нанося при этом повреждений зубной эмали.

Ранее ученые из Китая нашли новый способ безопасного отбеливания зубов.