Molekyler som oftare är kända för sin potential att orsaka cancer kan ha en ny, hälsofrämjande roll. Forskare upptäcker nu hur dessa "radikaler" kan användas för att förhindra infektioner och främja den långsiktiga framgången för tandimplantat.

Även om tandläkare rekommenderar att vi behåller våra egna tänder så länge som möjligt, allt fler kommer så småningom att behöva en eller flera tänder ersatta med titanimplantat. Detta gäller särskilt de äldre generationerna.

Dock, tandimplantat visar sig ofta bara vara en delvis framgångsrik ersättning. Bakterier kan kolonisera området runt ett implantat. Bakterieinfektioner runt ett implantat kan i slutändan leda till förlust av benet som stöder implantatet, lämnar patienten i stort behov av omfattande behandling och totalt sett sämre munhälsa som följd.

Om benet runt ett implantat blir infekterat, det finns en allvarlig risk att patienten kommer att behöva omfattande reparativ tandbehandling och underhåll för att bibehålla implantatets funktion och återställa det förlorade benet, om möjligt alls. Följaktligen, forskning om biomaterial som kan användas för att förstärka och styra återväxten av förlorat ben har blivit ett ledande område inom dental forskning.

Biofilmer på implantat

För att ett tandimplantat ska fungera, den måste fästas ordentligt på käkbenet. Detta innebär att bencellerna behöver slå bakterierna i implantatets så kallade "race for the surface". Genom att vinna loppet, bencellerna kommer att bilda ny benvävnad runt implantatet, fästa implantatet i benet.

Dock, det är ofta bakterierna som vinner loppet. De bildar en biofilm, ett tunt lager av bakterier på implantatets yta. – Biofilm är ett smart sätt för bakterier att kolonisera ytor; det gör bakterierna starkare, förklarar David Wiedmer, en forskare vid Odontologiska fakulteten vid Universitetet i Oslo. Om bakterierna får övertaget på implantatytan, implantatet är infektionsbenäget, med potentiellt allvarliga konsekvenser för patientens hälsa.

Infekterade implantat behandlas vanligtvis med antibiotika. – När bakterier bildar en biofilm, antibiotika gör ofta inte jobbet eftersom bakterier är skyddade i en biofilm. Mot bakgrund av den dramatiska ökningen av antibiotikaresistenta bakterier, det finns ett akut behov av att hitta alternativa behandlingar, säger Wiedmer, som ursprungligen är maskiningenjör. Han började titta på fria radikaler som ett alternativ. Dessa instabila molekyler kan orsaka stress hos bakterier, vilket i sin tur kan skapa en antibakteriell effekt.

Mycket reaktiva radikalmolekyler

Fria radikaler är instabila molekyler eftersom de har en oparad elektron. Således, de letar alltid efter en annan elektron att para sig med. Fria radikaler är kända för att vara skadliga och patogena molekyler som kan orsaka förändringar i DNA, vilket i sin tur kan skapa mutationer som kan leda till cancer. Wiedmers hypotes var att reaktiviteten hos fria radikaler också kunde användas för att döda bakterier.

Han baserade sin idé på en känd kemisk process, fotokatalys:När titandioxid (TiO2) utsätts för ultraviolett ljus, som finns i solljus, i närvaro av syre, ytan rengör sig själv från all organisk smuts, bryta ner det till vatten och syre. Denna reningsprocess bygger på bildandet av fria radikaler och det är samma reaktion som används i solceller för att producera energi.

Tandimplantat har också TiO2 på ytan. Nästan alla tandimplantat är tillverkade av titan, och TiO2 skapas när titan kommer i kontakt med syre från luften eller blodet, t.ex. när ett implantat sätts in i munnen.

Mörk katalys för behandling och förebyggande

Dock, det är svårt att producera fotokatalytiska reaktioner på implantat. Detta beror på det uppenbara problemet med att lägga till nödvändigt solljus i reaktionen mellan TiO2 på implantatytan och syret i blodet när implantatet redan är infört i benet i käken.

Av denna anledning, Wiedmer har studerat behandling av bakterieinfektioner på implantat med en metod som han kallar "mörk katalys". Genom att kombinera TiO och väteperoxid (H2O2), istället för vatten och solljus, han uppnår en liknande effekt som fotokatalys. När H2O2 läggs på ett implantat som täcks av ett lager TiO2, fria radikaler frigörs också — men den här gången i mörker.

Med tanke på de starka antibakteriella egenskaperna hos de producerade fria radikalerna, Wiedmer undersökte mörk katalys på TiO2 i två olika biomedicinska tillämpningar. Den första testade applikationen var att behandla en befintlig infektion runt ett implantat. Hans forskning undersökte också om metoden kunde ha en förebyggande effekt på "ställningar", porösa ramverk som kan sättas in i käkbenet för att stödja och styra benceller att växa och bilda "nytt" ben.

Lovande, men svårt att genomföra

Wiedmer har anledning att vara optimistisk att det en dag kan vara möjligt att kontrollera bakteriella infektioner runt tandimplantat och förhindra dem lättare. Hans studier visade att mörk katalys är en lovande metod för att behandla infektioner eftersom den skapar radikaler som hjälper till att bekämpa bakterier.

Forskningen visade också att mörk katalys kunde vidareutvecklas och tillämpas på benställningar. Dessa ställningar stödjer regenereringen av förlorad benvävnad i vilken implantat sedan kan sättas in. I sina studier, Wiedmer fann att radikaler som bildas av mörk katalys kunde förhindra bakterier från att kolonisera ytan på porösa TiO2-ställningar.

"Den förebyggande effekten är faktiskt viktigare än deras användning vid behandling av redan existerande infektioner. När allt kommer omkring, implantat som orsakar problem på grund av infektioner kan, som en sista utväg, extraheras. Men du kan inte enkelt ta bort en porös ställning när ben redan har växt in i ställningens porer, " han förklarar.

Dock, det finns mycket mer forskning att göra innan mörk katalys kan tillämpas i tandläkarmottagningar. Wiedmer kunde inte definitivt utesluta möjligheten att radikalerna också kan skada cellulärt DNA medan de bekämpar bakterierna. - Jag hoppas att den här nya strategin att använda fria radikaler för att döda bakterier kan hjälpa oss att hitta alternativa behandlingar mot antibiotika. Även om det fortfarande finns en bit kvar, inklusive kliniska prövningar, detta projekt kan så småningom kasta lite mer ljus i mörkret, säger Wiedmer med ett flin.