Разработано покрытие для восстановления зубной эмали.
Зубная эмаль постоянно страдает от микроорганизмов. Особенно опасны бактерии рода Streptococcus, которые участвуют в образовании налета на поверхности зуба, повреждая его. В стоматологии для защиты эмали от разрушения микробами применяют фторсодержащие препараты и защитные покрытия, но они не всегда надежны, быстро смываются и вообще плохо держатся. Кроме того, не обладают бактерицидными свойствами. Поэтому ученые ищут новые методы, которые одновременно восстанавливают структуру эмали и защищают зубы от патогенных бактерий.
Исследователи из Воронежского государственного университета предложили использовать для этих целей нанокомпозитное покрытие, состоящее из производных органического растворителя хинолина и нанокристаллического гидроксиапатита - основного минерального компонента эмали. Созданное вещество не только имитирует природную структуру зуба, но и подавляет развитие бактерий, вызывающих кариес. Новый материал, сформированный из производных хинолина, который легко полимеризуется, образуя стабильные пленки, и наногидроксиапатита - вещества, воспроизводящего состав иморфологию натуральной эмали, может лечь в основу профилактики и лечения заболеваний полости рта. Смесь наносят на поверхность зуба, спустя 30 минут она застывает и образует пленку, которая полностью покрывает эмаль, воспроизводя ее структуру и повышая устойчивость к микробному воздействию.Чтобы создать покрытие, ученые задействовали полученные с использованием яичной скорлупы нанокристаллы гидроксиапатита и соединили их с хинолиновыми соединениями, обладающими антимикробной активностью. В результате получилась тонкая пленка, которая при нанесении на эмаль имитирует природную минерализацию зубов.
Как рассказал «Поиску» руководитель работ завкафедрой физики твердого тела и наноструктур ВГУ, главный научный сотрудник учебно-научной лаборатории нитрид-галлиевой и кремниевой электроники, доктор физико-математических наук Павел СЕРЕДИН, над решением задачи трудился большой международный коллектив. В ВГУ продумали концепцию разработки: методологию проведения синтез биомиметических покрытий и исследование их комплексом структурно-спектроскопических методов, изучение антимикробной активности и минерализующих свойств.
Сотрудники Воронежского государственного медицинского университета им. Н.Н.Бурденко предоставили образцы зубной ткани и участвовали в определении антимикробной активности нового вещества. В Бразильской синхротронной лаборатории совместно с доктором Раулем Фрейтасом (Raul Freitas) сделали синхротронную ИК-наноскопию материала. Коллеги из Университета Аль-Азхар (Египет) и Национального исследовательского центра этой же страны под руководством доктора Иман Махди (Iman Mahdy) взяли на себя проведение морфологических исследований. А сотрудники лаборатории ускорителей в Пхохане (Южная Корея), которой руководит доктор Бокнам Чэ (Boknam Chae), провели ИК-наноскопию.
Сканирующая электронная микроскопия показала, что покрытие плотно прилегает к эмали и повторяет ее естественную текстуру. Кристаллы гидроксиапатита в пленке выстраиваются упорядоченно, как в настоящем зубе. Испытания на прочность показали, что новое покрытие по микротвердости лишь на 10-20% уступает здоровой эмали.
Кроме восстановления структуры материал активно подавляет рост бактерий Streptococcus spp, провоцирующих кариес. Антибактериальное действие достигается за счет хинолиновых соединений, которые повреждают бактериальные клетки и препятствуют образованию налета.
Работа эта была выполнена большим коллективом благодаря тому, что проект «Разработка методики персонализированной диагностики начальных стадий кариеса и уровня кариес-резистентности зубов на основе спектроскопически-регистрируемых в биологических жидкостях ротовой полости и зубной биопленке маркеров» поддержал Российский научный фонд.
– Что нового, Павел Владимирович? За время выполнения проекта удалось узнать исследователям о кариесе? Какие результаты позволили вам опубликоваться в журнале Biomaterials Science?
– В упомянутой вами статье описана лишь часть исследований, которые проведены в рамках проекта РНФ. Они относятся к способам профилактики, упреждения развития кариеса и регуляции состава зубной биопленки человека. В целом проект обширен по тематике и включает целый ряд исследований, касающихся фундаментальных представлений о развитии заболевания. Например, мы изучали ранние этапы патологии, - рассказал ученый. - В частности, провели идентификацию химических превращений в апатите эмали при развитии фиссурного кариеса на наноуровне с использованием синхротронного излучения. - Обнаруженные в ходе масштабного исследования инфракрасные колебательные сигнатуры (с использование инфракрасной спектроскопии и синхротронного источника широкополосного излучения) позволили установить градиентные изменения химического состава (фазовые превращения), происходящие в эмалевых дорожках на уровне нанокристаллов апатита, образующих призму. А также удалось оценить изменения коэффициента кристалличности и доли кислых фосфатов, глубину залегания продуктов метаболизма бактерий (кислотную инвазию). Сравнительные исследования данной методики показали, что сочетание ИК-спектрометра, сопряженного с атомно-силовым микроскопом и синхротронным широкополосным источником, обеспечивает превосходную химическую чувствительность, достаточную для проведения химической идентификации фазовых превращений с улучшенным пространственным разрешением ~25 нм.
– Что это дает на практике?
– Новые стратегии регистрации начальных недиагностируемых визуально кариесогенных процессов, а также найдены подходы к получению материалов с антимикробной активностью позволят разработать методики эффективной профилактики на самых ранних этапах развития кариеса. Разработанная технология формирования стоматологических биомиметических слоев с одновременным антибактериальным и минерализующим эффектами имеет потенциал для будущих клинических применений как с точки зрения восстановления утраченных слоев эмали, так и профилактики патологии. Она позволяет имитировать механические свойства природной эмали, достигая близкого значения микротвердости.
– Кто-то уже заинтересовался разработкой?
– Судя по полученным в последнее время письмам с запросами на участие в клинических исследованиях, полученный нами результат привлек внимание в первую очередь отечественных государственных медицинских учреждений, лабораторий, вузов и частных клиник Москвы и Санкт-Петербурга. Много предложений о проведении «клинических исследований», по сбору данных от практикующих специалистов. Есть отклики и из зарубежья. Нашей работой заинтересовались в Оксфордском университете, Национальном исследовательском центре Египта, Институте биологических исследований Болоньи (Франция), Национальном исследовательском университете Бразилии, Университете здоровья и инженерии Стамбула (Турция).
Полученные результаты открывают путь к созданию новых стоматологических материалов: безопасных, биосовместимых и эффективных. Их можно будет использовать для защиты зубов после отбеливания, при лечении кариеса и в детской стоматологии.
Андрей СУББОТИН
Фото предоставил П.Середин
