Las bacterias que viven en la placa dental y contribuyen a la caries dental a menudo resisten el tratamiento antimicrobiano tradicional. ya que pueden "esconderse" dentro de una matriz de biopelícula pegajosa, un andamio de polímero similar al pegamento.

Una nueva estrategia concebida por investigadores de la Universidad de Pensilvania adoptó un enfoque más sofisticado. En lugar de simplemente aplicar un antibiótico en los dientes, aprovecharon las propiedades sensibles al pH y similares a las enzimas de las nanopartículas que contienen hierro para catalizar la actividad del peróxido de hidrógeno, un antiséptico natural de uso común. El peróxido de hidrógeno activado produjo radicales libres que fueron capaces de degradar simultáneamente la matriz de la biopelícula y matar las bacterias en su interior. reduciendo significativamente la placa y previniendo la caries dental, o caries, en un modelo animal.

"Incluso utilizando una concentración muy baja de peróxido de hidrógeno, el proceso fue increíblemente eficaz para alterar la biopelícula, "dijo Hyun (Michel) Koo, profesor del Departamento de Ortodoncia de la Facultad de Medicina Dental de Penn y de las divisiones de Odontología Pediátrica y Salud Oral Comunitaria y autor principal del estudio, que fue publicado en la revista Biomateriales . "La adición de nanopartículas aumentó la eficiencia de la matanza bacteriana en más de 5, 000 veces ".

El autor principal del artículo fue Lizeng Gao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Koo. Los coautores fueron Yuan Liu, Dongyeop Kim, Yong Li y Geelsu Hwang, todo el laboratorio de Koo, así como David Cormode, un profesor asistente de radiología y bioingeniería con nombramientos en la Escuela de Medicina Perelman de Penn y en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, y Pratap C. Naha, becario postdoctoral en el laboratorio de Cormode.

El trabajo se basó en un hallazgo fundamental de Gao y sus colegas, publicado en 2007 en Nanotecnología de la naturaleza , mostrando que las nanopartículas, durante mucho tiempo se creyó que era biológica y químicamente inerte, de hecho, podría poseer propiedades similares a las de las enzimas. En ese estudio, Gao demostró que una nanopartícula de óxido de hierro se comportaba de manera similar a una peroxidasa, una enzima que se encuentra naturalmente y que cataliza reacciones oxidativas, a menudo usando peróxido de hidrógeno.

Cuando Gao se unió al laboratorio de Koo en 2013, propuso usar estas nanopartículas en un entorno oral, ya que la oxidación del peróxido de hidrógeno produce radicales libres que pueden matar bacterias.

"Cuando me lo presentó por primera vez, Yo era muy escéptico, "Koo dijo, "porque estos radicales libres también pueden dañar el tejido sano. Pero luego lo refutó y me dijo que esto es diferente porque la actividad de las nanopartículas depende del pH".

Gao había descubierto que las nanopartículas no tenían actividad catalítica a un pH neutro o casi neutro de 6,5 o 7, valores fisiológicos que se encuentran típicamente en la sangre o en una boca sana. Pero cuando el pH era ácido, más cerca de 5, se vuelven muy activos y pueden producir radicales libres rápidamente.

El escenario era ideal para apuntar a la placa, que puede producir un microambiente ácido cuando se expone a azúcares.

Gao y Koo se acercaron a Cormode, que tenía experiencia trabajando con nanopartículas de óxido de hierro en un contexto de imágenes radiológicas, para ayudarles a sintetizar, caracterizar y probar la eficacia de las nanopartículas, varias formas de las cuales ya están aprobadas por la FDA para la obtención de imágenes en humanos.

Comenzando con estudios in vitro, que implicó el crecimiento de una biopelícula que contiene la bacteria Streptococcus mutans que causa la caries en una superficie similar al esmalte de los dientes y luego exponerla al azúcar, los investigadores confirmaron que las nanopartículas se adhirieron a la biopelícula, se retuvieron incluso después de que se detuvo el tratamiento y pudieron catalizar eficazmente el peróxido de hidrógeno en condiciones ácidas.

También demostraron que la reacción de las nanopartículas con una solución de peróxido de hidrógeno al 1 por ciento o menos fue notablemente efectiva para matar bacterias. eliminar más del 99,9 por ciento de S. mutans en la biopelícula en cinco minutos, una eficacia superior a 5, 000 veces mayor que con el uso de peróxido de hidrógeno solo. Aún más prometedor, demostraron que el régimen de tratamiento, que implica un tratamiento tópico de 30 segundos de las nanopartículas seguido de un tratamiento de 30 segundos con peróxido de hidrógeno, podría descomponer los componentes de la matriz de la biopelícula, esencialmente quitando el andamio adhesivo protector.

Pasando a un modelo animal, aplicaron las nanopartículas y el peróxido de hidrógeno por vía tópica a los dientes de las ratas, que pueden desarrollar caries cuando se infectan con S. mutans al igual que los humanos. Dos veces al día, Los tratamientos de un minuto durante tres semanas redujeron significativamente la aparición y la gravedad de las lesiones cariosas. el término clínico para la caries dental, en comparación con el control o el tratamiento con peróxido de hidrógeno solo. Los investigadores no observaron efectos adversos en la encía o los tejidos blandos orales del tratamiento.

"Es muy prometedor, ", dijo Koo." La eficacia y la toxicidad deben validarse en estudios clínicos, pero creo que el potencial está ahí ".

Entre las características atractivas de la plataforma está el hecho de que los componentes son relativamente económicos.

"Si observa la cantidad que necesitaría para una dosis, estás viendo algo así como 5 miligramos, "Cormode dijo." Es una pequeña cantidad de material, y las nanopartículas se sintetizan con bastante facilidad, por lo que estamos hablando de un costo de centavos por dosis ".

Además, la plataforma utiliza una concentración de peróxido de hidrógeno, 1 por ciento, que es más bajo que muchos sistemas de blanqueamiento dental actualmente disponibles que utilizan concentraciones del 3 al 10 por ciento, minimizando la posibilidad de efectos secundarios negativos.

Mirando hacia el futuro, Gao, Koo, Cormode y sus colegas esperan seguir perfeccionando y mejorando la eficacia de la plataforma de nanopartículas para combatir las biopelículas.

"Estamos estudiando el papel de los recubrimientos de nanopartículas, composición, tamaño y así sucesivamente para que podamos diseñar las partículas para un rendimiento aún mejor, "Dijo Cormode.