Dans cette illustration, les nanoparticules se fixent ou sont absorbées par les cellules bactériennes. Pan et ses étudiants sont le premier groupe à démontrer qu'une détection précoce de la plaque dentaire en clinique est possible à l'aide d'un appareil à rayons X intra-oral ordinaire qui peut rechercher les populations de bactéries nocives. Crédit :Laboratoire des matériaux en médecine de l'Université de l'Illinois.
Lorsque les bonnes et les mauvaises bactéries dans notre bouche deviennent déséquilibrées, les mauvaises bactéries forment un biofilm (aka plaque), qui peut provoquer des caries, et si elle n'est pas traitée au fil du temps, peut entraîner des maladies cardiovasculaires et d'autres maladies inflammatoires comme le diabète et la pneumonie bactérienne.
Une équipe de chercheurs de l'Université de l'Illinois a récemment mis au point une méthode pratique basée sur la nanotechnologie pour détecter et traiter les bactéries nocives qui causent la plaque dentaire et conduisent à la carie dentaire et à d'autres conditions néfastes.
Le professeur agrégé de bio-ingénierie Dipanjan Pan (assis) et la doctorante Fatemeh Ostadhossein ont démontré une méthode basée sur la nanotechnologie pour détecter et détruire les bactéries qui causent la plaque dentaire.
La plaque buccale est invisible à l'œil, de sorte que les dentistes la visualisent actuellement avec des agents révélateurs, qu'ils administrent aux patients sous forme de comprimé soluble ou d'écouvillon pinceau. Bien qu'utile pour aider les patients à voir l'étendue de leur plaque, ces méthodes sont incapables d'identifier la différence entre les bonnes et les mauvaises bactéries.
« Actuellement à la clinique, la détection de la plaque dentaire est très subjective et ne dépend que de l'évaluation visuelle du dentiste, " a déclaré le professeur agrégé de bio-ingénierie Dipanjan Pan, chef de l'équipe de recherche. "Nous avons démontré pour la première fois qu'une détection précoce de la plaque dentaire en clinique est possible à l'aide de la machine à rayons X intra-orale ordinaire qui peut rechercher les populations de bactéries nocives."
Dipanjan Pan, professeur agrégé de bio-ingénierie à l'Université de l'Illinois (assis) et la doctorante Fatemeh Ostadhossein ont démontré une méthode basée sur la nanotechnologie pour détecter et détruire les bactéries qui causent la plaque dentaire. Crédit :Heather Coit/Université de l'Illinois College of Engineering
Pour y parvenir, Fatemeh Ostadhossein, un étudiant diplômé en bio-ingénierie dans le groupe de Pan, a développé une sonde de détection de plaque qui fonctionne en conjonction avec la technologie de rayons X commune et qui est capable de trouver des bactéries nocives spécifiques connues sous le nom de Streptococcus mutans (S. mutans) dans un réseau de biofilm complexe. En outre, ils ont également démontré qu'en ajustant la composition chimique de la sonde, il peut être utilisé pour cibler et détruire la bactérie S. mutans.
La sonde est constituée de nanoparticules d'oxyde d'hafnium (HfO2), un métal non toxique qui fait actuellement l'objet d'essais cliniques pour un usage interne chez l'homme. Dans leur étude, l'équipe a démontré l'efficacité de la sonde pour identifier les marqueurs biochimiques présents à la surface du biofilm bactérien et détruire simultanément S. mutans. Ils ont mené leur étude sur des rats Sprague Dawley.
En pratique, Pan envisage un dentiste appliquant la sonde sur les dents du patient et utilisant l'appareil à rayons X pour visualiser avec précision l'étendue de la plaque du biofilm. Si la plaque est jugée grave, le dentiste suivrait ensuite l'administration des nanoparticules thérapeutiques de HfO2 sous la forme d'une pâte dentaire.
Dans leur étude, l'équipe a comparé la capacité thérapeutique de leurs nanoparticules avec la Chlorhexidine, un produit chimique actuellement utilisé par les dentistes pour éradiquer le biofilm. "Nos nanoparticules de HfO2 sont beaucoup plus efficaces pour tuer les bactéries et réduire la charge de biofilm à la fois dans les cultures cellulaires de bactéries et chez les rats [infectés], " dit Ostadhossein, notant que leur nouvelle technologie est également beaucoup plus sûre que le traitement conventionnel.
L'effet thérapeutique des nanoparticules est dû, dit Pan, à leur chimie de surface unique, qui fournit un mécanisme de verrouillage et de mise à mort. "Ce mécanisme distingue notre travail des approches à base de nanoparticules précédemment poursuivies où l'effet médicinal provient d'antibiotiques encapsulés dans les particules, " dit Pan, également membre du corps professoral du Carle Illinois College of Medicine et du Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "C'est bien car notre approche évite les problèmes de résistance aux antibiotiques et elle est sûre et hautement évolutive, ce qui le rend bien adapté à une éventuelle traduction clinique. »
En plus de Pan et Ostadhossein, les autres membres de l'équipe de recherche comprennent Santosh Misra, chercheur postdoctoral en bio-ingénierie, chercheur invité Indu Tripathi, premier cycle Valeriya Kravchuk, chercheur invité Gururaja Vulugundam; et le professeur adjoint clinique de médecine vétérinaire Denae LoBato et le professeur adjoint auxiliaire Laura Selmic.
Leur travail est décrit dans le document, "Les nanoparticules d'oxyde d'hafnium à double usage offrent une imagerie du biofilm dentaire de Streptococcus mutans et le combattent In vivo via une approche sans médicament, " publié en ligne le 30 juillet, 2018, dans la revue Biomatériaux .
