Шкідливі бактерії, що руйнують зубну емаль, захищаються від антимікробних засобів, формуючи біоплінку. Але нанотехнологіям є що протиставити захисним хитрощам мікробів.
Коли мова заходить про медичні нанотехнології, то зазвичай ми говоримо про найскладніші, найбільш проблемні області. Наприклад, про методи діагностики та лікування раку - дійсно, де ж ще застосовувати наночастинки, як не в онкології? Але ж ніхто не забороняє використовувати їх і в більш простих, «приземлених» областях біології та медицини.
Даніель Бенуа (Danielle S. W. Benoit) і її колеги з Рочестерського університету та Університету Пенсільванії запропонували «нанометод» захисту від карієсу. Як відомо, карієс розвивається через те, що бактерії порожнини рота, розщеплюючи вуглеводи, утворюють в якості побічного продукту кислоту, яка і руйнує зубну емаль. Від бактерій можна позбутися, почистивши зуби або поповоскавши рот якимось антибактеріальним засобом. Однак проблема в тому, що мікроби формують так звану біоплінку, яка, поступово наростаючи, утворює зубний наліт і зубний камінь. Біопленка являє собою суміш полімерів, за допомогою яких бактерії «приклеюють» себе до поверхні і захищаються від неприємних впливів середовища. Механічними зусиллями зчистити її важко, що ж до антибактеріальних засобів, то вони змиваються слиною до того, як встигають дістатися до бактерій.
Ідея дослідників полягала в тому, щоб зробити наночастинки зі складних метакрилатних полімерів, так, щоб вийшло два шари: зовнішній, за допомогою якого частинка закріпиться на поверхні зуба, і внутрішній, який буде утримувати антибактеріальний засіб. Зовнішній шар був позитивно заряджений і міцно прилипав до біоплівки. Внутрішній же був чутливий до кислотності середовища, і при низьких значеннях pH (тобто при підвищеній кислотності) частинка повинна була розкритися і звільнити фарнезол - особливий спирт з протимікробною дією.
Спочатку частинки випробували в модельному експерименті: шматок матеріалу, зробленого з тих же мінералів, що і зубна емаль, витримували разом з бактерією Streptococcus mutans, через яку зуби в основному і псуються. Наночастинки показали себе з прекрасного боку: після них з поверхні вдалося счистити в два рази більше бактеріального нальоту, ніж коли ту ж поверхні обробляли «голим» фарнезолом. Досліди на щурах зі S. mutans у роті показали, що якщо тваринам двічі давати такий нанопрепарат, то можна значно зменшити ймовірність карієсу. Знову ж таки, сам по собі фарнезол чинив не надто помітний ефект на здоров'ї щурячих зубів. Очевидно, завдяки своїй здатності закріплюватися на біоплівці наночастинки дійсно забезпечували більш тривалий контакт протимікробного з'єднання з «цільовою аудиторією». Про використання нанотехнологій для боротьби з бактеріальним нальотом (в тому числі, і на поверхні зубів) говорять давно, але це поки що перша робота, в якій ефективність такого методу показали на тваринах. Детально отримані результати описані в статті в ACS Nano.
У перспективі нову технологію можна використовувати також і для дезінфекції медичного обладнання: медики часто стикаються з проблемою міцних бактеріальних біоплінок на інструментах і деталях апаратів, причому проти бактерій не завжди буває можливо застосувати якісь жорсткі методи - оскільки є небезпека, що вони пошкодять сам матеріал, на якому сидять мікроби. Наночастинки здаються тут прекрасним виходом з положення. Втім, необхідно ще підтвердити їх безпеку, все-таки з рота вони рано чи пізно потраплять в шлунок і кишечник. І в шлунково-кишковому тракті, і в ротовій порожнині є багато корисних бактерій, яким добре б гарантувати безпеку від нанодезінфекції.
До речі кажучи, саме з корисними бактеріями ротової порожнини пов'язана інша ідея захисту зубів від карієсу: кілька років тому співробітники японського Національного інституту інфекційних хвороб запропонували використовувати для цього іншого стрептокока, Streptococcus salivarius, який теж живе в роті і пригнічує формування бактеріальних біоплінок шкідливого S. mutans. Корисному стрептококу може допомогти і Lactobacillus paracasei, яка теж здатна «відклеювати» шкідливих бактерій від зубної емалі.
Підготовлено за матеріалами Science.