Des microrobots pour éliminer la plaque dentaire

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Une étude publiée fin avril 2019 dans la revue américaine Science Robotics, propose une solution innovante pour nettoyer la plaque dentaire : des microrobots d’oxyde de fer pour décomposer les biofilms bactériens.

Une équipe d’ingénieurs, de dentistes et de biologistes de l’Université de Pennsylvanie, a mis au point une solution innovante pour éliminer la plaque dentaire. Des nanoparticules d’oxyde de fer à double action, magnétique et catalytique, permettent de décomposer la matrice d’exopolysaccharides des biofilms bactériens. « Nous avons conçu des robots antimicrobiens catalytiques qui tuent, dégradent et éliminent les biofilms avec précision, efficacité et contrôle », déclare Hyun Koo, qui a dirigé l’étude. Le Pr Koo avait précédemment observé comment les nanoparticules contenant de l’oxyde de fer peuvent catalyser une réaction qui active le peroxyde d’hydrogène pour libérer des radicaux libres capables de détruire les biofilms de manière ciblée (décomposition de la matrice d’exopolysaccharides), et de tuer les bactéries (même antibiorésistantes).
Le chercheur a ensuite collaboré avec ses collègues de l’école d’ingénierie et des sciences appliquées qui utilisaient ces mêmes nanoparticules de fer pour créer des microrobots dirigés au moyen d’un champ magnétique.

Deux types de robots antimicrobiens catalytiques (RAC) ont été développés. Le premier consiste à suspendre dans une solution des particules d’oxyde de fer, dirigée par des aimants dans toutes les aspérités des gencives et d’éliminer le tartre. Le second type va déposer un gel polymère, moulé en 3D dans une forme personnalisée, sur la dent et nettoyer l’ensemble. « Les RAC en forme d'ailettes conviennent aux courbes des tubes cylindriques, tandis que ceux en hélice peuvent percer un biofilm qui obstrue un canal », indique Koo. Les RAC ont pu dégrader et éliminer les biofilms bactériens non seulement à la surface des dents, mais aussi dans les endroits plus difficiles d’accès comme l'étroit corridor entre les canaux radiculaires, où se développent les bactéries. « Les traitements existants sont inefficaces car ils sont incapables de dégrader simultanément la matrice protectrice du biofilm, de tuer les bactéries incrustées et d'éliminer les résidus, explique Hyun Koo. Ces robots peuvent faire les trois en même temps, très efficacement, ne laissant aucune trace de biofilm ». Selon le chercheur, en éliminant les résidus dégradés, les risques de récidive diminuent considérablement.
De tels systèmes robotisés d’élimination des biofilms pourraient être utiles dans un large éventail d’applications, allant du nettoyage des canalisations et des cathéters, à la réduction des risques carieux, des infections endodontiques et des contaminations des implants.

Geelsu Hwang, Amauri J. Paula, Elizabeth E. Hunter, Yuan Liu, Alaa Babeer, Bekir Karabucak, Kathleen Stebe, Vijay Kumar, Edward Steager, Hyun Koo. « Catalytic antimicrobial robots for biofilm eradication », Science Robotics, 2019; 4 (29): eaaw2388 DOI: https://bit.ly/2vvuGzu
 

F.G