Parodontit drabbar nästan hälften av amerikaner i åldrarna 30 och äldre, och i dess avancerade stadier, det kan leda till tidig tandlossning eller värre. Nyligen genomförda studier har visat att parodontit också kan öka risken för hjärtsjukdomar och Alzheimers sjukdom.

Ett team av UCLA-forskare har utvecklat metoder som kan leda till mer effektiv och tillförlitlig behandling för tandlossning – sådana som främjar regenerering av tandköttsvävnad och ben med biologiska och mekaniska egenskaper som kan justeras utifrån behandlingsbehov. Studien publiceras online i ACS Nano .

Parodontit är en kronisk, destruktiv sjukdom som inflammerar tandköttet som omger tanden och så småningom försämrar strukturen som håller tanden på plats, bildar infekterade fickor som leder till ben- och tandförlust. Aktuella behandlingar inkluderar metoder för att bekämpa infektioner; applicering av molekyler som främjar vävnadstillväxt, även känd som tillväxtfaktorer; och guidad vävnadsregenerering, som anses vara den optimala standarden för vård för behandling av parodontit.

Guidad vävnadsregenerering, vid parodontit, innebär användning av ett membran eller en tunn film som kirurgiskt placeras mellan det inflammerade tandköttet och tanden. Membran, som kommer i icke biologiskt nedbrytbara och biologiskt nedbrytbara former, är avsedda att fungera inte bara som barriärer mellan infektionen och tandköttet, men också som ett leveranssystem för droger, antibiotika och tillväxtfaktorer till tandköttsvävnaden.

Tyvärr, resultat från guidad vävnadsregenerering är inkonsekventa. Nuvarande membran saknar förmågan att regenerera tandköttsvävnad direkt och kan inte behålla sin struktur och stabilitet när de placeras i munnen. Membranet kan inte heller stödja förlängd läkemedelstillförsel, vilket är nödvändigt för att hjälpa till att läka infekterad tandköttsvävnad. För icke biologiskt nedbrytbara membran, flera operationer behövs för att ta bort membranet efter att något läkemedel har släppts – vilket äventyrar läkningsprocessen.

"Med tanke på de nuvarande nackdelarna med guidad vävnadsregenerering, vi såg behovet av att utveckla en ny klass av membran, som har vävnads- och benregenererande egenskaper tillsammans med en flexibel beläggning som kan fästa på en rad biologiska ytor, " sa Dr Alireza Moshaverinia, huvudförfattare till studien och biträdande professor i protetik vid UCLA School of Dentistry. "Vi har också hittat ut ett sätt att förlänga läkemedelsleveransens tidslinje, vilket är nyckeln till effektiv sårläkning."

Teamet började med en FDA-godkänd polymer - en storskalig syntetisk molekyl som vanligtvis används i biomedicinska tillämpningar. Eftersom polymerens yta inte är lämplig för cellvidhäftning vid parodontalbehandling, forskarna introducerade en polydopaminbeläggning – en polymer som har utmärkta vidhäftningsegenskaper och kan fästa på ytor under våta förhållanden. Den andra fördelen med att använda en sådan beläggning är att den påskyndar benregenerering genom att främja mineralisering av hydroxiapatit, som är mineralet som utgör tandemaljen och ben.

Efter att ha identifierat en optimal kombination för deras nya membran, forskarna använde elektrospinning för att binda polymeren med polydopaminbeläggningen. Elektrospinning är en produktionsmetod som samtidigt snurrar två ämnen i snabb hastighet med positiva och negativa laddningar, och smälter samman dem för att skapa ett ämne. För att förbättra deras nya membrans yta och strukturella egenskaper, forskarna använde mallar av metallnät i samband med elektrospinningen för att skapa olika mönster, eller mikromönster, liknande ytan på gasväv eller en våffla.

"Genom att skapa ett mikromönster på membranets yta, vi kan nu lokalisera celladhesion och manipulera membranets struktur, " sa medförfattaren Paul Weiss, UC presidentordförande och framstående professor i kemi och biokemi, bioteknik, och materialvetenskap och teknik vid UCLA. "Vi kunde härma den komplexa strukturen av parodontala vävnader och, när den placeras, vårt membran kompletterar den korrekta biologiska funktionen på varje sida."

För att testa säkerheten och effektiviteten hos deras nya membran, forskarna injicerade råttmodeller med tandköttshärledda mänskliga stamceller och mänskliga parodontala ligamentstamceller. Efter åtta veckors utvärdering av nedbrytningen av membranen och vävnadens svar, de observerade att den mönstrade, polydopaminbelagt polymermembran hade högre nivåer av benförstärkning jämfört med modeller utan membran eller ett membran utan beläggning.

För att passa ett brett utbud av medicinska och dentala tillämpningar, forskarna kom också på ett sätt att justera hastigheten med vilken deras membran bryts ned när de fördes in i deras modeller. De gjorde detta genom att lägga till och subtrahera olika oxidativa medel eller använda lättare polymerbaser innan de gick igenom elektrospinningsprocessen. Möjligheten att vända nedbrytningshastigheten upp eller ner hjälpte forskarna att kontrollera tidpunkten för leveransen av läkemedel till de önskade områdena.

"Vi har bestämt att våra membran kunde bromsa periodontal infektion, främja ben- och vävnadsregenerering, och stanna på plats tillräckligt länge för att förlänga leveransen av användbara läkemedel, "Sade Moshaverinia. "Vi ser att denna applikation expanderar bortom parodontitbehandling till andra områden som behöver snabb sårläkning och förlängd läkemedelstillförsel."

Forskarnas nästa steg är att utvärdera om deras membran kan leverera celler med tillväxtfaktorer i närvaro eller frånvaro av stamceller.