Бактерии, которые обитают в зубном налёте и являются главной причиной разрушения зубов, научились избегать антибактериальной терапии, прячась внутри липкой полимерной биоплёнки на зубной эмали. Но теперь учёные разработали наночастицы, которые эффективно разрушают зубной налёт и предотвращают развитие кариеса.
Наночастицы, представленные командой из Пенсильванского университета, катализируют активность перекиси водорода — распространённого природного антисептика. Активированная перекись водорода представляет собой свободные радикалы, которые одновременно разрушают структуру биоплёнки и убивают бактерии.
В основе нового исследования лежит работа Лицзэна Гао, опубликованная в 2007 году в журнале Nature Nanotechnology. Он одним из первых показал, что наночастицы, до тех пор считавшиеся биологически и химически инертными, могут обладать свойствами ферментов (природных ускорителей). Например, учёный продемонстрировал, что наночастицы из оксида железа катализируют окислительные реакции подобно ферменту пероксидазе.
Когда в 2013 году Гао присоединился к лаборатории профессора Хюн Ко, он предложил использовать оксид железа для лечения бактериальных заболеваний полости рта.
«Когда он впервые представил свою идею, я был настроен очень скептически, ведь свободные радикалы могут повредить здоровые ткани, — рассказывает Ко. — Но Гао опроверг это, объяснив, что активность наночастиц зависит от pH».
Экспериментальным путём исследователь установил, что наночастицы не активны при нейтральном pH между 6,5 и 7. Именно эти значения характерны для крови и слизистой ротовой полости человека. Но в кислой среде, при pH около 5, активность частиц резко увеличивалась. Именно такие условия соответствуют зубному налёту, внутри которого в процессе переработки сахаров образуются кислоты.
Исследователи обратились за помощью к Дэвиду Кормоду, который имел богатый опыт работы с оксидом железа, и помог команде синтезировать и оценить эффективность наночастиц, некоторые формы которых уже были одобрены для клинических испытаний на человеке.
В ходе лабораторных экспериментов учёные выращивали биоплёнку, населённую бактериями стрептококками, аналогичными тем, что встречаются на зубной эмали. Затем они воздействовали на искусственно полученный зубной налёт сахарами, чтобы вызвать окисление среды. После этого исследователи вводили наночастицы, которые прилипали к биоплёнке и катализировали активацию перекиси водорода. Мало того, даже после курса «лечения» наночастицы оставались на месте и были готовы снова проявить свои каталитические свойства при последующем окислении среды.
Опыты показали, что наночастицы в сочетании с однопроцентным раствором перекиси водорода всего за пять минут уничтожают более 99,9% бактерий. Это в 5 тысяч раз эффективнее, лечения с использованием только перекиси водорода.
В ходе работы команда также обнаружила, что максимальный лечебный эффект наблюдается при 30-секундной обработке рта наночастицами с последующим 30-секундным курсом перекиси водорода.
Эксперименты на грызунах показали, что использование такой терапии на протяжении трёх недель значительно снижает поражение зубов кариесом по сравнению с контрольной группой, которая не получала лечения, и группой, которая получала только перекись водорода. Учёные не нашли никаких негативных последствий от использования наночастиц для дёсен и слизистой оболочки ротовой полости.
Одним из основных преимуществ новой системы является стоимость препарата. Компоненты системы просты в производстве, а для одного сеанса требуется всего пять миллилитров медикамента стоимостью несколько центов.
Кроме того, для терапии используется очень слабый раствор перекиси водорода, который гораздо безопаснее многих существующих средств, используемых для отбеливания зубов.
Сейчас учёные экспериментируют с формой и размером наночастиц, чтобы достичь максимально эффективной борьбы с зубным налётом и кариесом. Окончательную оценку новому способу лечения должны дать клинические испытания.
