Milliószámra ültetnek be fogimplantátumokat a világon, ami ugrásszerű fejlődést jelent a műfogsorokhoz vagy hidakhoz képest. Az implantátumok sokkal biztosabban illeszkednek, és úgy tervezték őket, hogy 20 évig vagy annál tovább is kitartsanak. Az implantátumok azonban gyakran mégsem érik el ezt az élettartamot, és 5-10 éven belül cserére szorulnak helyi gyulladás vagy ínybetegség miatt. Ez a páciensek számára igen költséges, ráadásul az invazív eljárás megismétlését teszi szükségessé.
"Ezzel a problémával akartunk foglalkozni, ezért egy új, innovatív implantátummal álltunk elő" - mondta az egyetem híroldalának Geelsu Hwang, a Pennsylvania Egyetem Fogorvosi Karának adjunktusa, aki mérnöki háttérét szájegészséggel kapcsolatos kutatásainál is kamatoztatja.
A szájmozgás termeli az áramot
Hwang szerint az új implantátum két kulcsfontosságú technológiát alkalmaz. Az egyik egy nanorészecskékkel telített anyag, amely ellenáll a baktériumok megtelepedésének. A másik pedig egy beágyazott fényforrás, amely a száj természetes mozgásaiból, például a rágásból vagy a fogmosásból "táplálkozik" és fényterápiát végez. Az ACS Applied Materials & Interfaces és az Advanced Healthcare Materials című folyóiratban megjelent tanulmányban Hwang és munkatársai ismertetik platformjukat, amely egy napon nemcsak a fogászati implantátumoknál, hanem más technológiáknál - például ízületi pótlásoknál- is segítséget nyújthat.
"A fényterápia sokféle egészségi problémát kezelhet. De ha már egyszer beültettek egy biomatériát, akkor nem praktikus kicserélni vagy feltölteni az akkumulátorát. Mi egy piezoelektromos anyagot használunk, amely a természetes szájmozgásokból képes elektromos energiát előállítani a fototerápiát végző fény ellátására, és úgy látjuk, hogy sikeresen meg tudja védeni az ínyszövetet a bakteriális problémáktól" - mondta a kutató.
A tanulmányban a vizsgált anyag a bárium-titanát (BTO) volt, amelynek piezoelektromos tulajdonságai vannak. Ezt olyan alkalmazásokban használják, mint a kondenzátorok és tranzisztorok, ám a fertőzésellenes beültethető biomatériák alapjaként még nem vizsgálták. A fogászati implantátumban való alkalmazás teszteléséhez a kutatócsoport először BTO nanorészecskékkel beágyazott korongokat használt, és azokat Streptococcus mutansnak, a fogszuvasodást okozó baktérium biofilm (plakk) elsődleges összetevőjének tették ki. Megállapították, hogy a korongok dózistól függően ellenálltak a plakkosodásnak. A magasabb BTO-koncentrációjú korongok jobban megakadályozták a biofilm megtapadását.
Eltaszítja a baktériumokat
Míg korábbi tanulmányok azt állították, hogy a BTO (a fénykatalizált vagy elektromos polarizációs reakciók által generált reaktív oxigén segítségével) egyenesen elpusztíthatja a baktériumokat, Hwang és munkatársai ezt nem találták igaznak a rövid ideig tartó hatás és a célon kívüli hatások miatt. Arra jutottak, hogy az anyag fokozott negatív felületi töltést hoz létre, amely taszítja a baktériumok negatív töltésű sejtfalát.
"Olyan implantátum-anyagot akartunk, ami hosszú ideig ellenáll a baktériumok szaporodásának, mivel a bakteriális kihívások nem egyszeri fenyegetést jelentenek" - mutatott rá Hwang. A tesztek során azt tapasztalták, hogy az anyag energiatermelő tulajdonsága tartósan fennmaradt, és nem szivárgott ki. Emellett a fogászati alkalmazásokban használt más anyagokhoz hasonló mechanikai szilárdságot mutatott. Ráadásul a BTO a kísérletek során nem károsította a normál ínyszövetet, ami alátámasztja azt az elképzelést, hogy a szájban káros hatás nélkül használható. Hwang kifejezte reményét, hogy az implantátumrendszert tovább tudják fejleszteni, és idővel kereskedelmi forgalomba is kerülhet a fogászati területen.
