DT News - Italy - Piccoli ma potenti: i microrobot possono migliorare i trattamenti endodontici

Franziska Beier, Dental Tribune International

mer. 31 maggio 2023

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PHILADELPHIA, USA: I nuovi sviluppi nella robotica su piccola scala e nelle nanotecnologie offrono opportunità inimmaginabili per nuovi approcci diagnostici e terapeutici. Nel testare l’uso di microrobot per applicazioni endodontiche, i ricercatori della Scuola di Medicina Odontoiatrica dell’Università della Pennsylvania e del suo Centro per l’Innovazione e la Precisione Odontoiatrica hanno scoperto che i robot erano in grado di accedere ad aree dei canali radicolari difficili da raggiungere, distruggere il biofilm, recuperare campioni per la diagnosi e persino somministrare farmaci.

La causa principale del fallimento del trattamento endodontico è la disinfezione incompleta del canale radicolare, con conseguente infezioni endodontiche e parodontite. Uno dei motivi è la complessa anatomia del canale radicolare, che rende difficile l'efficace rimozione del biofilm, e finora i mezzi per diagnosticare e valutare l'efficacia della disinfezione sono stati limitati.

Il sistema microrobotico utilizzato nel presente studio è il risultato di una collaborazione continua tra la scuola odontoiatrica e la Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate dell’Università. In uno studio precedente, la collaborazione ha prodotto un sistema microrobotico composto da nanoparticelle in grado non solo di spazzolare ma di applicare il movimento del filo interdentale e di risciacquare i denti in un unico passaggio, contribuendo a eliminare efficacemente il biofilm dai denti.

Guidare e controllare efficacemente i microrobot
I ricercatori hanno sviluppato e testato due diverse piattaforme microrobotiche nel loro recente studio. Per entrambi, hanno utilizzato nanoparticelle di ossido di ferro (IONPs), che condividono proprietà catalitiche e magnetiche, come elementi costitutivi dei microrobot.

Alla domanda sui problemi di biocompatibilità e sicurezza per i pazienti, il coautore Prof. Hyun Michel Koo del Dipartimento di Ortodonzia della Penn Dental Medicine, ha risposto: «Gli IONP sono ampiamente utilizzati nella nanomedicina grazie alla loro citotossicità minima, alle eccellenti proprietà fisico-chimiche, alla stabilità nelle soluzioni acquose e alla biocompatibilità. Diverse formulazioni IONP sono già state approvate dalla Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti per la somministrazione parenterale nel trattamento dell’anemia da carenza di ferro».

Ha aggiunto: «La nostra precedente analisi istopatologica dei tessuti gengivali, delle mucose e di altri tessuti, compresi i principali organi come il fegato e i reni, non ha mostrato segni di effetti dannosi, indicando un’elevata istocompatibilità sia delle formulazioni IONP in-house che approvate dalla FDA». Per valutare l'efficacia delle piattaforme microrobotiche endodontiche, i ricercatori hanno condotto esperimenti utilizzando repliche dentali stampate in 3D preparate con un biofilm contenente quattro diverse specie batteriche endodontiche.

Per la prima piattaforma, utilizzando elettromagneti, il team di ricerca ha concentrato gli IONP in micro-sciami e li ha controllati magneticamente per distruggere e recuperare il biofilm. L'analisi del campione raccolto ha trovato tutte e quattro le specie batteriche. Inoltre, al microscopio, tutte le nanoparticelle sono sembrate essere state rimosse dal canale radicolare.

Per la seconda piattaforma, il team di ricerca ha stampato in 3D robot miniaturizzati a forma di elica e li ha riempiti con un gel incorporando gli IONP. Hanno poi guidato i robot all'interno del canale radicolare utilizzando campi magnetici osservando come gli stessi abbiano distrutto il biofilm chimicamente e meccanicamente con alta efficienza. Particolarmente degna di nota è la possibilità di caricare i robot a elica per la somministrazione mirata di farmaci nella regione apicale del canale radicolare, dove l'infezione si trova nelle immediate vicinanze del tessuto circostante.

«I principali limiti delle attuali strategie endodontiche sono triplici: la mancanza di precisione nel targeting dei biofilm che infettano la regione apicale e la complessità anatomica del canale radicolare, nonché la difficoltà di reperire campioni di biofilm per la diagnosi. Per quanto ne sappiamo, non esiste un approccio in grado di effettuare contemporaneamente il prelievo di campioni e il trattamento antimicrobico in endodonzia», ha commentato l'autore principale il Dr. Alaa Babeer della Penn Dental Medicine, sulla pertinenza dei risultati dello studio nei trattamenti endodontici. «I nostri risultati dimostrano la fattibilità di utilizzare la versatilità dei microrobot per accedere a superfici endodontiche difficili da raggiungere per eseguire l’uccisione, la rimozione e il recupero di biofilm per il rilevamento microbico in tempo reale. Inoltre, dimostriamo la fattibilità del tracciamento robotico all’interno del canale utilizzando le attuali modalità di imaging clinico», ha proseguito.

I robot stampati in 3D ad azionamento magnetico sono controllati con precisione per colpire la regione apicale del canale radicolare ininterrotta dal parodonto circostante, come visualizzato e tracciato dal CBCT (Image: University of Pennsylvania).

Futuri campi di applicazione e ulteriori ricerche
I ricercatori prevedono una vasta gamma di applicazioni per i microrobot in odontoiatria e in medicina generale. Secondo il Prof. Koo, i microorobot IONP potrebbero combinare diverse funzionalità in odontoiatria. Questi includono la spazzolatura automatica a mani libere e l’azione del filo interdentale per una rimozione efficace dei biofilm dentali, che può essere utile per le persone con disabilità o che difettano di destrezza manuale nell’eseguire una buona igiene orale, ha detto.

Sulla base dei risultati dello studio attuale, il Prof. Koo si aspetta che le piattaforme microrobotiche «permettano terapie guidate con precisione per interrompere i biofilm in spazi difficili da raggiungere e promuovere la rigenerazione dei tessuti molli e delle ossa». Ha inoltre aggiunto che i microrobot possono somministrare farmaci o cellule vive in diversi siti orali e craniofacciali, che vanno dalle profonde tasche parodontali alle regione apicale del canale radicolare fino agli spazi temporomandibolari con lo scopo di favorire la guarigione. Per le applicazioni biomediche, il Prof. Koo ha osservato che «i microrobot magneticamente controllati hanno mostrato la loro adattabilità a diverse applicazioni, tra cui la terapia anti-cancro, la somministrazione di farmaci mirati, la consegna di geni e cellule staminali e l’applicabilità in chirurgia minimamente invasiva».

Gli autori dello studio hanno affermato che la futura ricerca potrebbe ampliare ulteriormente le possibilità di applicazione robotica al rilevamento, al trattamento e alla rimozione di biofilm associati ad altre malattie infettive e alla biofouling di dispositivi odontoiatrici, medicali e agli impianti.

Lo studio, intitolato “Microrobotics for precision biofilm diagnostics and treatment”, è stato pubblicato nel numero di agosto 2022 del Journal of Dental Research.

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