Νέα τεχνολογία πολυμερούς με αντιβακτηριακές ιδιότητες προλαμβάνει δευτερογενείς κοιλότητες
Η σειρά “Basic to Breakthrough” αναδεικνύει πώς οι επενδύσεις από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) έχουν οδηγήσει σε νέες τεχνολογίες που αλλάζουν τον κόσμο μας. Ένας Βραζιλιάνος οδοντίατρος, ενώ δίδασκε στην Οκλαχόμα, άρχισε να αναπτύσσει την ιδέα του για μια νέα τεχνολογία που τον οδήγησε στην ανατολική Τενεσί. Εκεί, είχε πρόσβαση στην επιστημονική εμπειρία και τις παγκόσμιας κλάσης ερευνητικές εγκαταστάσεις του Εθνικού Εργαστηρίου Oak Ridge (ORNL) του DOE. Χρησιμοποίησε αυτούς τους πόρους για να αναπτύξει και να δοκιμάσει την καινοτομία του: την πρώτη μακράς διάρκειας αντιβακτηριακή κόλλα ρητίνης για οδοντιατρικές αποκαταστάσεις.
Η καινοτομία του Φερνάντο Λουίς Εστεμπάν Φλόρες
Ο Φερνάντο Λουίς Εστεμπάν Φλόρες, αναπληρωτής καθηγητής και ερευνητής στο Κολέγιο Οδοντιατρικής του Πανεπιστημίου της Οκλαχόμα, εργάζεται για την πρόληψη της δευτερογενούς τερηδόνας που προκαλούν τα βακτήρια γύρω από τις άκρες των οδοντιατρικών αποκαταστάσεων, όπως είναι οι σφραγίδες και οι θήκες. Αυτές οι δευτερογενείς κοιλότητες είναι ο λόγος που οι περισσότερες αποκαταστάσεις χρειάζονται αντικατάσταση κατά μέσο όρο κάθε πέντε έως επτά χρόνια.
«Η ιδέα μου ήταν να αναπτύξω οδοντιατρικές κόλλες που θα παρέχουν μακροχρόνια προστασία από τα στοματικά βακτήρια», δήλωσε ο Εστεμπάν Φλόρες, κύριος εφευρέτης.
Η σημασία της νέας τεχνολογίας
Μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες, μια μακράς διάρκειας αντιβακτηριακή οδοντιατρική κόλλα θα μπορούσε να βοηθήσει στην πρόληψη περισσότερων από 60 εκατομμύρια οδοντιατρικές διαδικασίες ετησίως και να εξοικονομήσει στους ασθενείς πάνω από 5 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως. Ωστόσο, ως οδοντίατρος με περιορισμένη εκπαίδευση στην επιστημονική έρευνα, η ανάπτυξη και η δοκιμή της ιδέας του για αντιβακτηριακά νανοσωματίδια και η ενσωμάτωσή τους σε ένα κλινικό προϊόν φάνταζε ανέφικτη.
Ο Εστεμπάν Φλόρες και ο Σαρούχ Κατζότια, αναπληρωτής κοσμήτορας του Κολεγίου για έρευνα και καινοτομία και συν-εφευρέτης, ενημερώθηκαν για τις εγκαταστάσεις χρηστών του Υπουργείου Ενέργειας. Αυτές οι 28 εγκαταστάσεις, που βρίσκονται σε Εθνικά Εργαστήρια σε όλη τη χώρα, παρέχουν σύγχρονες ερευνητικές εγκαταστάσεις στην παγκόσμια επιστημονική κοινότητα με ελάχιστο ή καθόλου κόστος για τους χρήστες. Ο Εστεμπάν Φλόρες και ο Κατζότια υπέβαλαν πρόταση χρήστη στο ORNL για να συνεργαστούν με επιστήμονες στο Κέντρο Νανοφάσεων Υλικών (CNMS) και τον Αντιδραστήρα Υψηλής Ροής Ισοτόπων (HFIR).
«Είμαι ευγνώμον για το πρόγραμμα χρηστών του DOE, το οποίο μου επέτρεψε, ως οδοντίατρος χωρίς προχωρημένη επιστημονική εκπαίδευση, να αποκτήσω πρόσβαση στην κορυφαία εμπειρία και τους πόρους του Εργαστηρίου Oak Ridge. Με αυτό, εξοικονόμησα έξι έως οκτώ χρόνια χρόνου ανάπτυξης», δήλωσε ο Εστεμπάν Φλόρες.
Με τη βοήθεια των κορυφαίων ερευνητών σε αυτές τις εγκαταστάσεις νανοϋλικών και νετρονικής επιστήμης, οι συν-εφευρέτες δημιούργησαν πολυλειτουργικά νανοσωματίδια με μακροχρόνιες αντιμικροβιακές ιδιότητες. Αυτά τα νανοσωματίδια μπορούν να προστεθούν σε ρητίνες και άλλα πολυμερή που χρησιμοποιούνται στην ιατρική, την οδοντιατρική, τη δημόσια υγεία και την μηχανική. Η ομάδα τροποποίησε νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου που παράγουν εξαιρετικά αντιδραστικές χημικές ουσίες, γνωστές ως αντιδραστικά είδη οξυγόνου, που μπορούν να σκοτώσουν βακτήρια, ιούς και άλλους μικροοργανισμούς. Σε αντίθεση με τα αντιβιοτικά, οι μικροοργανισμοί δεν μπορούν να αναπτύξουν αντοχή σε αυτές τις χημικές ουσίες.
Τα νανοσωματίδια διασκορπίστηκαν στη συνέχεια σε μια κόλλα ρητίνης που χρησιμοποιείται συνήθως από τους οδοντιάτρους. Οι ερευνητές εξέτασαν δείγματα της πειραματικής κόλλας ρητίνης χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο ήλιου-ηλίου στο CNMS και μικρής γωνίας νετρονική διάσπαση χρησιμοποιώντας το όργανο Bio-SANS στο HFIR. Με αυτά τα εργαλεία, καθόρισαν το βέλτιστο σχήμα σωματιδίων, τις τροποποιήσεις και τη μέθοδο διάσπασης.
«Το πλεονέκτημα της χρήσης του Bio-SANS είναι ότι μας επέτρεψε να δούμε πώς οι πρωτεΐνες συνδέθηκαν με τα νανοσωματίδια και πόσο καλά διασκορπίστηκαν τα σωματίδια μέσα στη ρητίνη πολυμερούς», δήλωσε ο Κατζότια.
Σύμφωνα με τον Εστεμπάν Φλόρες, τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι για πρώτη φορά στην οδοντιατρική, τα νανοσωματίδια διασκορπίστηκαν χωρίς να συσσωρεύονται και λειτουργούσαν καλά μέσα σε ένα πολυμερές, επιδεικνύοντας ισχυρές αντιβακτηριακές ιδιότητες χωρίς φωτεινή ακτινοβολία.
«Αυτή τη στιγμή μιλάμε με μια κορυφαία εταιρεία οδοντιατρικών προϊόντων για την εμπορευματοποίηση αυτής της κατοχυρωμένης τεχνολογίας για μια ευρεία γκάμα προϊόντων», δήλωσε ο Εστεμπάν Φλόρες. «Αυτή η εξαιρετικά ευέλικτη αντιβακτηριακή τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να επαναστατήσει την οδοντιατρική φροντίδα».
