Нанотехнологии в лечении зубов

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Считается, что стартом для активного развития нанотехнологий явился доклад нобелевского лауреата, физика, Ричарда Фейнмана в 1959 году. Ученым был предложен метод поатомной (помолекулярной) сборки, суть которой состоит в изготовлении материалов и деталей из элементарных составных элементов вещества — атомов или молекул.

Нанотехнологии – это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Процессы нанотехнологий основаны на законах квантовой механики и содержат атомную сборку молекул, новые методы записи и считывания информации, локальную стимуляцию физических и химических реакций на молекулярном уровне и т.д.

Огромный потенциал использования свойств мельчайших частиц – наночастиц – объясняет значительный интерес современной науки в изучении их свойств и поиске новых направлений применения созданных на их основе материалов и технологий. Сегодня развитие нанотехнологий проводится в таких направлениях, как разработка и изготовление сложных машин и механизмов, электронных схем размером с молекулу, а также разработка технологий, основанных на контролируемом манипулировании (разделение, присоединение и т.д.) выделенными молекулами и атомами.

Несмотря на более чем полувековую историю развития нанотехнологий, применение их в реальной жизни стало возможным сравнительно недавно, немногим более десяти лет. И наиболее значимые успехи за это время были достигнуты в направлении создания наноматериалов, обладающих качественно новыми свойствами, задаваемыми им функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Медицина, и в том числе стоматология, стала одной из областей активно развивающегося и перспективного применения наноматериалов и нанотехнологий, в таких направлениях, как, диагностика, протезирование и имплантации, профилактика и лечение заболеваний полости рта и зубов.

Способность наноматериалов воспроизводить механические, физико-химические и эстетические свойства дентина и зубной эмали является значительным преимуществом для их применения при реставрации зубов. Некоторые композитные материалы, применяемые сегодня в стоматологии являются наноматериалами, в состав которых включаются керамические, кремниевые, сапфировые или даже алмазные наночастицы. Такие материалы сопоставимы с натуральными зубами по эстетическим показателям, но значительно превосходят их по прочности и твердости.

Преимущество наноматериалов по сравнению с традиционными композитами, обусловлено, прежде всего, оптическими свойствами наночастиц, их лучшей полируемости и сохранения полированной поверхности в течение длительного времени. Выделяют два основных вида стоматологических композитных материалов, содержащих наночастицы, это нанокомпозиты и наногибриды, различаемые по размерности содержащихся частиц. Так, в состав наногибридных композитов включаются наполнители различной величины, например, крупные частицы стекла (в среднем, около 2000 нм) в смеси с частицами размером около 10 нм, а в состав нанокомпозитов частицы более одинакового размера (частицы размером около 75 нм смешиваются с частицами размером от 5 до 25 нм).

Отдельным классом выделяют так называемые нанокластера — материалы с использованием отдельных наночастиц и свободно собранных наночастиц. Впервые, нанокластеры введенные в состав композитного материала выполняли роль макрочастиц, усиливающих механическую прочность материала. Созданные по такой технологии материалы помимо высоких эстетических показателей, обладают улучшенными механическими и физическими свойствами в сравнении с другими реставрационными материалами.

Усиленная наночастицами матрица имеет уникальный химический состав и гораздо более износоустойчивая, чем матрица свето- и самоотверждаемых материалов. Адгезив, призведенный с применением нанотехнологий позволяет нанонаполнителю оставаться равномерно распределенным в слое адгезива и проникать в межфибриллярные пространства, тем самым увеличивает толщину армирования адгезивного соединения.

Применение нанотехнологий в имплантологии возможно путем нанесения на поверхность имплантатов наночастиц, способных контролировать процессы адсорбции белков, дифферeнцировки клeток и адгeзии. Например, нанесенные на титановые имплантаты биологически активные нанокристаллы фосфата кальция стимулируют процесс остеоинтеграции, что значительно повышает долгосрочную эффективность имплантации. Поэтому сегодня все больше возрастает применение нанотехнологий, модифицирующих поверхность зубных имплантатов.

Будущее стоматологии в этом направлении видится в синтезе применения нанотехнологий и биомиметического подхода (биомиметики – продукты, имитирующие естественную структуру и свойства биологических материалов), обеспечивающее возможность использования для восстановления поврежденной эмали с учетом биологического ответа.

Значительная роль в применении нанотехнологий в стоматологии принадлежит совершенствованию гигиенических средств для лечения и профилактики заболеваний полости рта. Стандартно применяемый набор для гигиены полости рта способен воздействовать лишь поверхностно. Тогда как средства с наноразмерными компонентами способно глубоко проникать внутрь органов и тканей ротовой полости. Что предоставляет возможность и значительно повышает эффективность воздействия на корни зубов и слои десен.

Очевидно, что эффективность применения нанотехнологий в стоматологии не подвергается сомнению. Однако, расширяя возможности создания наноматериалов, необходимо помнить о проведении дальнейших исследований, позволяющих оценивать токсичность таких материалов, оценивать их общее воздействие на полость рта.

Источники:

Асташина Н.Б., Анциферов В.Н., Рогожников Г.И., Каченюк М.Н., Казаков С.В., Мартюшева М.В. Перспективы использования наноматериалов и высоких технологий в ортопедической стоматологии. Часть I // Стоматология. – 2014. — № 1. С. 37 – 39.
Покровский В. Нанотехнологии в стоматологии: сегодня и завтра //Электронный ресурс: Espertise™ magazine. — 2013. — Режим доступа: https://multimedia.3m.com/mws/media/938197O/ espertise-magazine.pdf
Уханов М.М. Наноматериалы в стоматологии: обзор. Современная стоматология – эффективность профилактики и лечения. Нанотехнологии в стоматологии. [Электронный ресурс]: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 60- летию деятельности стоматологического факультета Тверской государственной медицинской академии на Тверской земле / Под ред. М.Н. Калинкина, В.А. Румянцева, И.А. Жмакина, Б.Н. Давыдова, К.Б. Баканова, В.В. Тетарчука, А.А. Артамонова. Тверь, 2014. – Режим доступа: https://repo.tvergma.ru

Источник

Термин «нанотехнологии» подразумевает область в прикладной науке и технике, имеющую дело с объектами, достигающими размера не более 100 нанометров. Изначально этот термин встречался только в квантовой физике и электронике, в наше время он проник и в другие отрасли – медицину, химическую промышленность, фармацию и др. Стоматология также не осталась в стороне. Внедрение нанотехнологий в современную стоматологию позволило применять новейшие принципы воздействия на десны и зубы.

Широкую популярность нанотехнологии в стоматологии получили в связи с активным развитием индустрии средств гигиены, применяемых для полости рта, которая невозможна без внедрения инновационных методов в получении продукции и сырья.

Лечебно-профилактические средства по уходу за полостью рта

Сегодня заболевания пародонта находятся в числе самых распространенных стоматологических заболеваний. Увеличивающаяся интенсивность и высокая распространенность данной группы заболеваний делает проблему профилактики пародонта актуальной.

В отличие от стандартных средств, используемых для гигиены полости рта, оказывающих лишь поверхностный эффект, активные компоненты инновационных средств, за счет наноразмеров и эффективного носителя способны глубоко проникать через естественные барьеры, положительно воздействуя на все слои десен и зубов. К примеру, для наиболее эффективной реминерализации зубов в состав зубных паст и гелей добавляют частицы гидроксиапатита. Благодаря этим частицам скорость восстановления эмали зубов значительно повышается.

В сферические полости можно заключать как гидрофильные, так и липофильные молекулы. При этом гидрофильные молекулы в виде водного раствора будут находиться внутри сферы, а липофильные – встраиваться в саму оболочку сферы.

В наше время хорошо зарекомендовал себя препарат «VIVAX Dent», который предлагает серию лечебно-профилактических средств, включающую:

бальзамы-ополаскиватели, содержащие аминокислотный комплекс, Алоэ-Вера, мумие;
противовоспалительные зубные пасты, содержащие аминокислотный комплекс, с Бисабололомом, с Бетулавитом;
гель с биоантиоксидантным и аминокислотным комплексом, Неовитин.

Основой средств, предназначенных для ухода за полостью рта, являются короткие пептиды, которые состоят из соединенных между собой аминокислот, и представляют собой информационных носителей для каждой клетки, в особенности для поврежденной.

Короткие пептиды вызывают активность генов, отвечающих за синтез белков в поврежденной клетке. Это способствует нормализации жизнедеятельности клетки, что благоприятствует нормализации функции сосудов.

Применение лечебно-профилактических средств на основе нанотехнологий, предназначенных для ухода за полостью рта, способствуют сохранению функции тканей слизистой оболочки ротовой полости и пародонта на оптимальном уровне.

При использовании специализированных зубных паст и бальзамов-ополаскивателей:

нормализуется кровообращение, восстанавливается трофика сосудов, укрепляются стенки сосудов;
устраняется кровоточивость;
устраняются жжение и зуд, напряжение в десне;
уменьшается подвижность зубов;
устраняется неприятный запах;
устраняется гиперчувствительность эмали;
улучшается минеральный обмен в твердых тканях.

Также благодаря зубной пасте и бальзаму-ополаскивателю:

замедляются деструктивные процессы в пародонтальных тканях;
эффективно решаются проблемы профилактики кариеса;
сглаживаются микротрещины эмали;
повышается местный иммунитет.

Системная энзимотерапия

Нанотехнологии помогают не только в профилактике, но и в лечении десен.

Клиническая картина пародонтита общеизвестна – наличие пародонтальных карманов, кровоточивость и отечность десен и т.д. Причем синдром кровоточивости десен при пародонтите проявляется одним из первых.

Системная энзимотрапия (СЭТ) – перспективное направление в комплексном терапевтическом лечении десен с применением ферментов на основе нанотехнологий. В наше время СЭТ является современным методом лечения, который основывается на комплексном воздействии смесей протеолитических ферментов (гидролазов), оказывающих воздействие на весь организм.

Препараты СЭТ, влияя на патологические процессы в организме, обладают противоотечным, иммуномодулирующим, противовоспалительным и вторично анальгезирующим действием. Это влияет на улучшение в зоне повреждения микроциркуляции и уменьшение локального отека.

Источник

Качество изделия определяют даже самые незаметные детали. Это правило в прямом смысле можно применить к сфере нанотехнологий, в центре внимания которой – мельчайшие частицы. Сегодня нанотехнологии используют в самых разных областях – от разработки «умных» тканей (способных эффективно сохранять тепло) до исследования новых способов лечения рака. Нанотехнологии нашли свое применение и в стоматологии. Так, наноматериалы используют для производства пломбировочных материалов для стоматологических реставраций, эндодонтических процедур и др. В сфере зубной имплантологии наноматериалы применяют для регенерации тканей, в качестве материалов для производства имплантатов, а также для модификации поверхностей имплантатов, которые будут способствовать лучшей остеоинтеграции.

Как нанотехнологии совершенствуют свойства поверхностей зубных имплантатов

Автор концепции нанотехнологий, или как его называют «отец нанотехнологий» — доктор Эрик Дрекслер. В 1981 году он опубликовал работу, описывающую основные принципы молекулярной инженерии и направления научной мысли для становления нанотехнологий. Нанотехнологию определили как науку создания и применения материалов, наименьшие частицы которых составляют не менее нанометра. Технологии начали активно применять в медицинских исследованиях, поэтому вскоре на нее обратили внимание и стоматологи. По словам д-ра Катаржины Гуржавска, преподавателя дисциплин по челюстно-лицевой хирургии в стоматологической школе Университета Бирмингем, основателем исследований в области наностоматологии стал Роберт Фрейтас. В 2000 году он опубликовал статью о потенциальном использовании нанороботов для ортодонтии и регенерации дентина, применении наноматериалов в продуктах для гигиены полости рта. «Несмотря на то, что большинство идей Фрейтаса – не более чем научная фантастика, некоторые из них уже были реализованы», — говорит К. Гуржавска.

Нанотехнологии в сфере зубной имплантации

Нанотехнологии все чаще применяют для разработки новых типов поверхностей зубных имплантатов. Поверхность изделия играет важную роль для его надежной и долговременной фиксации в костной ткани. Поверхности, модифицированные наночастицами, способствуют значительно лучшей остеоинтеграции, лучшему формированию кости, а также обладают противомикробными свойствами. «По результатам исследований in vivo и in vitro было показано, что наноструктуры воздействуют на формирования костной ткани и активность костных клеток, способствуя лучшей адгезии и пролиферации этих клеток. В конечном итоге, именно от данных показателей зависит успешность имплантации», — говорит проф. Анн Веннерберг, преподающая на факультете зубного протезирования в академии Сахлгренска при шведском Университете Гетеборга.

Известный швейцарский производитель имплантатов – компания Straumann заявила, что первый имплантат с модифицированной поверхностью был создан 14 лет назад: «Имплантаты SLActive отличаются более быстрым приживлением и прогнозируемым результатом лечения. Сегодня изделия широко применяется в сложных клинических случаях, когда необходима максимальная интеграция имплантата».

По словам д-ра Гуржавска, механизм действия наночастиц на поверхности имплантата не до конца понятен. «Однако ученые полагают, что наночастицы повторяют естественную структуру молекул человека, что стимулирует рост костных клеток вокруг имплантата».

На сегодняшний день разработаны несколько типов нанопокрытий для поверхностей зубных имплантатов: алмазное покрытие, покрытие с гидроксиапатитом, покрытие из металлокерамики. Только несколько производителей выпускают имплантаты с обработкой поверхности наночастицами. В ряде лабораторных и доклинических исследований было доказано, что результаты фиксации имплантатов с наномодифицированной поверхностью намного выше, по сравнению с обычными имплантатами. Тем не менее, на данный момент не проводилось масштабных рандомизированных клинических исследований, которые могли бы подтвердить высокие показатели приживаемости и долговечности имплантатов с поверхностью, обработанной наночастицами.

Популярность нанотехнологий у производителей стоматологических изделий

Наиболее известные производители стоматологических изделий с использованием нанотехнологий: Nobel Biocare, Dentsply Sirona, Straumann, 3M, Danaher, Ivoclar, Heraeus Kulzer и Zimmer Biomet Dental. Компании активно инвестируют в развитие проектов, связанных с наномодификацией поверхностей зубных имплантатов, чтобы сохранить высокие объемы продаж на рынке в будущем.

Согласно экспертным отчетам, спрос на имплантаты с наномодифицированной поверхностью будет расти в ближайшие годы, что вызвано результатами исследований, подтверждающих преимущества данного продукта. Также росту объемов продаж будет способствовать рост числа пожилых людей с адентией в западных странах и повышение доходов людей в странах Азии, Африки и Южной Америки. Кроме того, медицинское сообщество широко популяризует информацию о важности поддержания здоровья зубов и десен и связи болезней ротовой полости с другими системными заболеваниями. Все эти факторы приведут к росту продаж на рынке имплантатов с нанопокрытием. На данный момент большинство продаж приходится на страны Европы и Северной Америки, причем прогрессирующий рост наблюдается с момента экономического кризиса 2009 года.

Представители компании Straumann рассказали, что первые исследования в области нанотехнологий для стоматологии начали проводить еще в 2010 году. Первые работы специалистов компании вышли в 2012 и 2013 годах. «Имплантаты SLActive активно устанавливают в странах Европы, Северной и Латинской Америки, в 40 странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Наибольшее число продаж приходится на Европу, США, Бразилию и Японию. На данный момент было продано более 6,5 миллионов имплантатов».

Компания Nobel Biocare производит абатменты с наноструктурированной поверхностью Xeal, представленные на рынке в Европе, Канаде, Гонконге, Австралии и Новой Зеландии, Хорватии, Турции, Греции, Индии и Вьетнама. Nobel Biocare занимались разработкой анодированных поверхностей Xeal и TiUltra на протяжении 5 лет. В 2019 году были опубликованы клинические исследования продуктов, которые продолжатся в течение еще нескольких лет.

Таким образом, очевидно, что современные технологии активно применяются для разработки продуктов, которые широко используются врачами-стоматологами. Например, как заявляют представители Nobel Biocare, наиболее популярными продуктами стали имплантаты с новыми поверхностями — NobelActive и NobelParallel.

Проф. Веннерберг ответила на вопрос о том, приходилось ли ей использовать новые типы имплантатов: «да, мы работаем с продукцией нескольких производителей, например, TiUnite от Nobel Biocare, OsseoSpeed от Dentsply Sirona и SLActive от Straumann, NanoTite с покрытием, содержащим фосфат кальция, от Zimmer Biomet».

Размер наночастиц – в чем проблема?

Несмотря на широкое применение нанотехнологий, в ряде случаев это может нести определенные риски. Наноматериалы обладают более высокой активностью, высокой проницаемостью через кожу, легкие и пищеварительный тракт. Поэтому постоянное применение таких материалов может привести к их попаданию через кровоток к разным органом и последующему накоплению в органах. В результате могут возникать воспалительные процессы и даже мутации генов.

«Действие наночастиц на организм остается неизученным. Кроме того, сложно отделить действие наночастиц от других факторов, которые влияют на клинический результат. Высвобождение частиц в кровоток рассматривают как фактор риска воспалительного процесса. Тем не менее, на сегодня нет данных о негативном влиянии наночастиц, доказанных научно», — говорит проф. Веннерберг.

В апреле 2017 года Европейский парламент ввел правила, касающиеся применения медицинских изделий, в том числе, речь шла и о нанотехнологиях. Поставили необходимость составить унифицированное описание всех наноматериалов, чтобы гарантировать безопасность их применения, законное использование материалов производителями. В регламенте ввели понятие наноматериалов как «природных, вторичных или произведенных материалов, содержащих частицы в свободном или связанном состоянии, 50% которых или более имеют внешние размеры от 1 до 100 нм».

Весной 2020 года появятся новые правила Европейского парламента, касающиеся медицинских изделий, включающие особые требования к изделиям, содержащим наноматериалы. В данном регламенте будут приведены требования снизить риски проникновения наночастиц в организм человека. Медицинские изделия, произведенные с применением наноматериалов, будут отнесены к 3 Классу безопасности – классу наиболее опасных устройств.

Д-р Гуржавска прокомментировала грядущие изменения: «я считаю, что медицинские изделия следует тщательно проверять на безопасность, они должны соответствовать стандартам ISO. Однако касательно наноматериалов стандарты ISO проработаны не до конца, поэтому необходимы лабораторные и клинические исследования, прежде чем новое изделие поступит в продажу».

Помимо вопросов, касающихся безопасности наноматериалов, их производство включает ряд других трудностей: инженерных, биологических и социальных. Во-первых, из-за мельчайшего размера, трудно осуществлять правильную компоновку частиц по заданному плану. Во-вторых, наноматериалы – пирогенны, что вызывает проблему экологичности. Третья проблема связана с тем, как общество воспримет новые типы материалов.

Время покажет

Стоматологические наноматериалы – новая область исследований, в которой преимущества и риски еще не известны. Для их оценки требуются длительные клинические исследования. Несмотря на это, имплантаты с наномодифицированной поверхностью со временем будут более популярны, что связано с текущими выдающимися результатами их установки. Большое число пожилых людей с адентией и рост благосостояния населения в ряде регионов в мире придет к росту продаж таких изделий. Некоторые исследователи утверждают, что нанотехнологии достигли такого уровня, что в будущем с их помощью можно будет полностью восстанавливать поврежденные зубы. Будем ждать, может эта невероятная идея однажды станет реальностью.

Д-р Гуржавска считает, что нанотехнологии станут применять для создания «умных» биоматериалов, позволяющих транспортировать органические и неорганические соединения, которые будут напрямую стимулировать или блокировать клетки для регенерации тканей и профилактики воспаления.

Источник