研究将微型机器人技术应用于牙髓治疗诊断

由于其不规则性和解剖结构的复杂性，根管系统是口腔中最具临床挑战性的空间之一。因此，未从根管角落和缝隙中完全清除的生物膜仍然是治疗失败和持续牙髓感染的主要原因，并且诊断或评估消毒效果的手段有限。有一天，临床医生可能会拥有一种新工具，以微型机器人的形式克服这些挑战。

在一项概念验证研究中，PennDentalMedicine及其创新与精密牙科中心(CiPD)的研究人员表明，微型机器人可以以可控的精度进入难以触及的根管表面，处理和破坏生物膜和甚至可以检索样本进行诊断，从而制定更加个性化的治疗计划。Penn团队在8月份的《牙科研究杂志》上分享了他们关于使用两种不同的微型机器人平台进行牙髓治疗的发现。

“该技术可以使多模态功能在难以到达的空间中实现生物膜的可控、精确定位，获得微生物样本，并进行靶向药物输送，”该研究的主要作者、宾夕法尼亚大学牙科医学中心的AlaaBabeer博士说牙科科学博士(DScD)和牙髓病学毕业生，现在在CiPD联合主任MichelKoo博士的实验室内。

在这两个平台中，微型机器人的构建块都是氧化铁纳米颗粒(NPs)，它具有催化和磁活性，并已被FDA批准用于其他用途。在第一个平台中，磁场用于将NP集中在聚集的微群中，并通过磁力控制它们到牙齿的根尖区域，以通过催化反应破坏和回收生物膜。第二个平台使用3D打印制造嵌入氧化铁纳米粒子的微型螺旋形机器人。这些螺旋体在磁场的引导下在根管内移动，运输可在现场释放的生物活性物质或药物。

“这项技术提供了在各个层面推进临床护理的潜力，”该研究的共同通讯作者、宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的高级研究研究员EdwardSteager博士说。

“一个重要方面是具有诊断和治疗应用的能力。在微群平台中，我们不仅可以去除生物膜，还可以检索它，使我们能够确定是什么微生物引起了感染。此外，符合与目前使用的锉刀和器械技术相比，根管内狭窄且难以到达的空间可以进行更有效的消毒。”

协作系统

这个微型机器人系统是PennDentalMedicine和PennEngineering之间多年合作工作的产物。在ACSNano最近的一项独立研究中，Koo博士及其同事构建了电磁控制微型机器人的平台，在这种情况下，使氧化铁纳米粒子的微群能够采用不同的配置并在现场释放抗菌剂，从而有效地治疗和去除牙菌斑。牙齿。

“我们看到微型机器人系统在家庭口腔护理和牙科诊所中的潜在应用，为临床医生提供更精确和有效的工具，”Koo博士说。

为了确定牙髓微型机器人系统破坏和回收根管生物膜的有效性，研究人员与宾夕法尼亚大学牙科医学系牙髓病学系主任BekirKarabucak博士合作，在垂直放置的3D打印牙齿复制品中进行了实验。在牙齿复制品内部制备含有牙髓细菌(戈登链球菌、粪肠球菌、具核梭杆菌和以色列放线菌)的混合物种生物膜，并将NP悬浮液引入根管。使用电磁体，创建并精确控制微群NP以破坏生物膜。在对收集到的生物膜进行分析后，他们发现所有四种物种都被检测到，并且使用显微镜，所有纳米颗粒似乎都从根管中去除了。

打破模具

测试的第二个系统利用氧化铁纳米粒子作为构建块的灵活性，并涉及创建模制机器人系统。螺旋体形式的软螺旋状模具(两个螺旋围绕中心轴缠绕)被3D打印并填充有NP嵌入的凝胶。使用磁场，螺旋体被证明可以高效地穿过运河，以实现生物膜的化学和机械破坏。特别值得注意的是，在感染与周围组织非常接近的根管顶端区域，增加了用治疗剂加载螺旋体的能力，用于靶向药物递送。

此外，研究团队还展示了使用现有成像技术(如口内扫描仪、牙科X射线和锥形束计算机断层扫描)实时跟踪微型机器人的独特能力，这些技术能够在完整的牙管中定位螺旋体.

“重要的是，我们在体外模型中证明了机器人可以由磁场控制，而不会受到牙齿周围软硬组织的干扰。此外，它们从根管的顶部到底部显示出巨大的可操作性，”指出Karabucak博士解释说，测试的两种牙髓系统的磁场将由口腔中的一个小装置产生。

广泛的应用

除了增强牙髓治疗和组织再生的潜力外，研究人员还认为这项技术可以在医学和工业领域具有广泛的应用。

“从对导管等医疗设备进行消毒到确保清洁水线，这项技术具有改变牙科医学以外领域的潜力，”Koo博士补充道。“它可能会破坏当前跨学科的模式。”

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