Les bactéries qui vivent dans la plaque dentaire et contribuent à la carie dentaire résistent souvent aux traitements antimicrobiens traditionnels, car ils peuvent "se cacher" dans une matrice de biofilm collant, un échafaudage polymère semblable à de la colle.

Une nouvelle stratégie conçue par des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie a adopté une approche plus sophistiquée. Au lieu d'appliquer simplement un antibiotique sur les dents, ils ont profité des propriétés de sensibilité au pH et de type enzymatique des nanoparticules contenant du fer pour catalyser l'activité du peroxyde d'hydrogène, un antiseptique naturel couramment utilisé. Le peroxyde d'hydrogène activé a produit des radicaux libres capables de dégrader simultanément la matrice du biofilm et de tuer les bactéries à l'intérieur, réduire considérablement la plaque dentaire et prévenir la carie dentaire, ou des cavités, dans un modèle animal.

"Même en utilisant une très faible concentration de peroxyde d'hydrogène, le processus était incroyablement efficace pour perturber le biofilm, " a déclaré Hyun (Michel) Koo, professeur au département d'orthodontie de la Penn School of Dental Medicine et aux divisions de dentisterie pédiatrique et de santé bucco-dentaire communautaire et auteur principal de l'étude, qui a été publié dans la revue Biomatériaux . "L'ajout de nanoparticules a augmenté l'efficacité de la destruction des bactéries de plus de 5, 000 fois."

L'auteur principal de l'article était Lizeng Gao, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Koo. Les coauteurs étaient Yuan Liu, Dongyeop Kim, Yong Li et Geelsu Hwang, tout le labo de Koo, ainsi que David Cormode, professeur adjoint de radiologie et de bio-ingénierie avec des nominations à la Penn's Perelman School of Medicine et à la School of Engineering and Applied Science, et Pratap C. Naha, un stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de Cormode.

Le travail s'appuie sur une découverte fondamentale de Gao et de ses collègues, publié en 2007 dans Nature Nanotechnologie , montrant que les nanoparticules, longtemps considéré comme biologiquement et chimiquement inerte, pourrait en fait posséder des propriétés enzymatiques. Dans cette étude, Gao a montré qu'une nanoparticule d'oxyde de fer se comportait de manière similaire à une peroxydase, une enzyme naturellement présente qui catalyse les réactions oxydatives, utilisant souvent du peroxyde d'hydrogène.

Lorsque Gao a rejoint le laboratoire de Koo en 2013, il a proposé d'utiliser ces nanoparticules dans un cadre buccal, car l'oxydation du peroxyde d'hydrogène produit des radicaux libres qui peuvent tuer les bactéries.

"Quand il me l'a présenté pour la première fois, J'étais très sceptique, " Koo a dit, "Parce que ces radicaux libres peuvent également endommager les tissus sains. Mais il a ensuite réfuté cela et m'a dit que c'était différent car l'activité des nanoparticules dépend du pH."

Gao avait découvert que les nanoparticules n'avaient aucune activité catalytique à un pH neutre ou presque neutre de 6,5 ou 7, valeurs physiologiques généralement trouvées dans le sang ou dans une bouche saine. Mais quand le pH était acide, plus proche de 5, ils deviennent très actifs et peuvent produire rapidement des radicaux libres.

Le scénario était idéal pour cibler la plaque, qui peut produire un microenvironnement acide lorsqu'il est exposé aux sucres.

Gao et Koo ont contacté Cormode, ayant une expérience de travail avec des nanoparticules d'oxyde de fer dans un contexte d'imagerie radiologique, pour les aider à synthétiser, caractériser et tester l'efficacité des nanoparticules, dont plusieurs formes sont déjà approuvées par la FDA pour l'imagerie chez l'homme.

En commençant par des études in vitro, qui impliquait la croissance d'un biofilm contenant la bactérie Streptococcus mutans causant la carie sur une surface semblable à de l'émail dentaire, puis son exposition au sucre, les chercheurs ont confirmé que les nanoparticules adhéraient au biofilm, étaient conservés même après l'arrêt du traitement et pouvaient catalyser efficacement le peroxyde d'hydrogène dans des conditions acides.

Ils ont également montré que la réaction des nanoparticules avec une solution de peroxyde d'hydrogène à 1% ou moins était remarquablement efficace pour tuer les bactéries, éliminant plus de 99,9 pour cent des S. mutans dans le biofilm en cinq minutes, une efficacité supérieure à 5, 000 fois plus qu'avec du peroxyde d'hydrogène seul. Encore plus prometteur, ils ont démontré que le régime de traitement, impliquant un traitement topique de 30 secondes des nanoparticules suivi d'un traitement de 30 secondes avec du peroxyde d'hydrogène, pourrait décomposer les composants de la matrice du biofilm, enlever essentiellement l'échafaudage collant protecteur.

Passer à un modèle animal, ils ont appliqué les nanoparticules et le peroxyde d'hydrogène par voie topique sur les dents de rats, qui peuvent développer des caries dentaires lorsqu'elles sont infectées par S. mutans comme le font les humains. Deux fois par jour, des traitements d'une minute pendant trois semaines ont considérablement réduit l'apparition et la gravité des lésions carieuses, le terme clinique pour la carie dentaire, par rapport au témoin ou au traitement au peroxyde d'hydrogène seul. Les chercheurs n'ont observé aucun effet indésirable sur la gencive ou les tissus mous buccaux du traitement.

"C'est très prometteur, " a déclaré Koo. " L'efficacité et la toxicité doivent être validées dans des études cliniques, mais je pense que le potentiel est là."

Parmi les caractéristiques intéressantes de la plate-forme, il y a le fait que les composants sont relativement peu coûteux.

« Si vous regardez la quantité dont vous auriez besoin pour une dose, vous regardez quelque chose comme 5 milligrammes, " dit Cormode. " C'est une infime quantité de matière, et les nanoparticules se synthétisent assez facilement, nous parlons donc d'un coût en centimes par dose. »

En outre, la plate-forme utilise une concentration de peroxyde d'hydrogène, 1 pour cent, ce qui est inférieur à de nombreux systèmes de blanchiment des dents actuellement disponibles qui utilisent des concentrations de 3 à 10 pour cent, minimiser le risque d'effets secondaires négatifs.

Regarder vers l'avant, Gao, Koo, Cormode et ses collègues espèrent continuer à affiner et à améliorer l'efficacité de la plate-forme de nanoparticules pour lutter contre les biofilms.

"Nous étudions le rôle des revêtements de nanoparticules, composition, taille et ainsi de suite afin que nous puissions concevoir les particules pour des performances encore meilleures, " dit Cormode.