Combineer een dieet met veel suiker met slechte mondhygiëne en tandholten, of cariës, zal waarschijnlijk resulteren. De suiker veroorzaakt de vorming van een zure biofilm, bekend als plaque, op de tanden, het oppervlak eroderen. Cariës in de vroege kinderjaren is een ernstige vorm van tandbederf die één op de vier kinderen in de Verenigde Staten en honderden miljoenen meer wereldwijd treft. Het is een bijzonder ernstig probleem bij kansarme bevolkingsgroepen.

In een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie deze week, onderzoekers onder leiding van Hyun (Michel) Koo van de University of Pennsylvania School of Dental Medicine in samenwerking met David Cormode van Penn's Perelman School of Medicine en School of Engineering and Applied Science gebruikten door de FDA goedgekeurde nanodeeltjes om biofilms effectief te verstoren en tandbederf te voorkomen in beide een experimentele menselijke plaque-achtige biofilm en in een diermodel dat cariës in de vroege kinderjaren nabootst.

De nanodeeltjes breken tandplak af via een uniek pH-geactiveerd antibiofilmmechanisme.

"Het vertoont een intrigerende enzymachtige eigenschap waarbij de katalytische activiteit dramatisch wordt verhoogd bij zure pH, maar wordt 'uitgeschakeld' bij neutrale pH-omstandigheden, " zegt Ko, professor in de afdeling Orthodontie van Penn Dental Medicine en in de afdelingen Pediatrische Tandheelkunde en Community Oral Health. "De nanodeeltjes werken als een peroxidase, waterstofperoxide activeren, een veelgebruikt antisepticum, om vrije radicalen te genereren die biofilms krachtig ontmantelen en doden in pathologisch zure omstandigheden, maar niet bij fysiologische pH, dus een gericht effect.”

Omdat de tandplak die cariës veroorzaakt zeer zuur is, de nieuwe therapie is in staat om gebieden van de tanden met pathogene biofilms nauwkeurig aan te pakken zonder de omliggende orale weefsels of microbiota te beschadigen.

Het specifieke ijzerhoudende nanodeeltje dat in de experimenten werd gebruikt, ferumoxytol, is al door de FDA goedgekeurd om ijzertekort te behandelen, een veelbelovende indicatie dat een plaatselijke toepassing van hetzelfde nanodeeltje, gebruikt in een honderdvoudig lagere concentratie, zou ook veilig zijn voor menselijk gebruik.

Hoewel sommige wetenschappers zich afvroegen of coatings die worden gebruikt op ferumoxytol en andere nanodeeltjes die voor medische toepassingen worden gebruikt, ze katalytisch inert zouden maken, Koo, Liu, en Cormode toonden aan dat ze een peroxidase-achtige activiteit behielden, waterstofperoxide activeren.

Na het testen van de ferumoxytol-waterstofperoxide-combinatie op een tandglazuurachtig materiaal, het team ging verder met een experimentele opstelling die de omstandigheden van de menselijke mond beter nabootste.

"We gebruikten plaquemonsters van cariës-actieve personen om deze zeer pathogene biofilms op echt menselijk tandglazuur te reconstrueren, ", zegt Koo. "Deze simulatie toonde aan dat onze behandeling niet alleen de biofilm verstoort, maar ook minerale vernietiging van het tandoppervlak voorkomt. Dat bood zeer sterk bewijs dat dit in vivo zou kunnen werken."

Verdere studies in een knaagdiermodel dat nauw aansluit bij de stadia van de ontwikkeling van cariës bij mensen, toonden aan dat tweemaal daags spoelen met ferumoxytol en waterstofperoxide de ernst van cariës op alle oppervlakken van de tanden aanzienlijk verminderde en ook de vorming van tandsteen volledig blokkeerde. gaatjes in het glazuur.

Als verder bewijs van het gerichte effect van de behandeling, de onderzoekers vonden geen significante verandering in de diversiteit van microben in de mond na therapie en vonden geen tekenen van weefselbeschadiging.

"Deze therapie doodt niet lukraak micro-organismen, "Ko zegt, "maar het werkt alleen daar waar de pathologische biofilm zich ontwikkelt. Een dergelijke precieze therapeutische benadering kan zich richten op de zieke plaatsen zonder het ecologische evenwicht van de orale microbiota te verstoren, wat essentieel is voor een gezonde mond, terwijl ook infectie door opportunistische pathogenen wordt vermeden."

Het opnemen van nanodeeltjes in een mondspoeling of tandpasta kan een kosteneffectieve manier zijn om hun effectiviteit aanzienlijk te verbeteren, zegt Ko. Veel van deze producten bevatten al waterstofperoxide en zouden slechts een kleine hoeveelheid relatief goedkope nanodeeltjes moeten toevoegen. Met bewijs dat deze benadering ondersteunt in zowel een diermodel als een mensachtig model van tandbederf, het onderzoeksteam werkt actief aan het testen van de klinische werkzaamheid ervan.