پیشرفت و تحولات جدید در رباتیک و فناوری نانو، فرصت های بی نظیری را برای رویکردهای جدید تشخیصی و درمانی فراهم نموده است. در آزمایش استفاده از میکروربات ها برای درمان های اندو، محققان دانشکده دندانپزشکی دانشگاه پنسیلوانیا و مرکز نوآوری و دندانپزشکی دقیق در این دانشگاه، دریافتند که این ربات های بسیار ریز قادر به دسترسی به سطوحی در کانال ریشه هستند که دسترسی به آن با ابزار معمول بسیار دشوار است. همچنین مشاهده گردید که این ربات های کوچک قادر به تخریب بیوفیلم، انجام نمونه گیری برای تشخیص و حتی تحویل دارو هستند. یکی از دلایل اصلی عدم موفقیت درمان های اندو، ضدعفونی ناقص کانال ریشه است که منجر به عفونت های اندودنتیک و پریودنتیت می شود. که این امر می تواند به دلیل آناتومی پیچیده کانال ریشه باشد.
سیستم میکرو رباتیک مورد استفاده در مطالعه حاضر، نتیجه همکاری مداوم بین دانشکده دندانپزشکی و دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه پنسیلوانیا است. در یک مطالعه قبلی، نتیجه این همکاری تولید یک سیستم میکرو روباتیک متشکل از نانوذرات بود که می توانست علاوه بر مسواک زدن، بین فواصل بین دندانی را همانند نخ دندان تمیز نموده و شستشو دهد و به از بین بردن بیوفیلم از دندان ها کمک نماید.
محققان در مطالعه اخیر دو پلتفرم میکرو رباتیک مختلف را توسعه داده و آزمایش کردند. آنها از نانو ذرات اکسید آهن (IONP)* برای هر دو پلتفرم استفاده کردند که به عنوان بلوک های ساختمانی خصوصیات کاتالیزوری و مغناطیسی را برای میکرو ربات ها فراهم می کند.
* نانو ذرات اکسید آهن به دلیل حداقل سمیت سلولی، خصوصیات فیزیکوشیمیایی عالی و پایداری در محلول های آبی و زیست سازگاری، در نانومیدیسین مورد استفاده قرار می گیرند. بطوری که چندین فرمولاسیون از نانو ذرات اکسید آهن قبلاً توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) برای تجویز تزریقی به عنوان درمان کم خونی کمبود آهن تأیید شده است.
علاوه براین برای اطمینان از ایمنی و زیست سازگاری نانو ذرات اکسید آهن، بافت لثه، مخاط و سایر بافت ها، از جمله اندام های اصلی مانند کبد و کلیه از لحاظ هیستوپاتولوژیک مورد بررسی قرار گرفتند و هیچ نشانه ای از اثرات مضر مشاهده نگردید، که این خود تائیدی بر سازگاری زیاد فرمولاسیون IONP و نوع تأیید شده توسط FDA می باشد.
برای ارزیابی اثربخشی سیستم عامل های میکرو رباتیک اندودنتیک، محققان آزمایش هایی را بر روی ماکت های دندانی که با چاپ سه بعدی ساخته شده و به بیوفیلم حاوی چهار گونه باکتریایی اندودنتیک مختلف آلوده شده بودند، انجام دادند.
برای اولین پلتفرم، با استفاده از الکترومغناطیس ها، تیم تحقیق IONP را در ریز دسته هایی فشرده کرده و آنها را به صورت مغناطیسی کنترل کردند تا بیوفیلم را مختل و بازیابی کند. در تجزیه و تحلیل نمونه جمع آوری شده هر چهار گونه باکتریایی یافت شد. علاوه بر این، بررسی کانال های ریشه در زیر میکروسکوپ، نشان داد که تمام نانو ذرات از کانال ریشه خارج شده اند.
برای پلتفرم دوم، تیم تحقیقاتی میکرو ربات های مارپیچ که با چاپ سه بعدی ساخته بودند را با یک ژل حاوی IONP پر کردند. سپس آنها ربات ها را با استفاده از میدان مغناطیسی به داخل کانال ریشه هدایت کرده و مشاهده نمودند که آنها بیوفیلم را بطور شیمیایی و مکانیکی با راندمان بالا مختل می کنند. موضوع قابل توجه این است که امکان بارگذاری ربات های مارپیچی با داروها برای تحویل هدفمند دارو در ناحیه اپیکال کانال ریشه وجود دارد یعنی جایی که عفونت در نزدیکی بافت اطراف آن قرار دارد.
یافته های این مطالعه امکان استفاده از این میکرو ربات های تطبیق پذیر را برای دسترسی به سطوح اندودنتیک دشوار جهت از بین بردن باکتری های بیوفیلم، حذف و بازیابی برای تشخیص میکروبی در زمان واقعی نشان می دهد. علاوه بر این، امکان ردیابی ربات ها را در داخل کانال های ریشه با استفاده از روش های تصویربرداری بالینی فعلی نیز امکان پذیر می باشد.
محققان طیف گسترده ای از کاربردهای میکرو ربات ها را در دندانپزشکی و پزشکی عمومی پیش بینی می کنند. میکرو ربات های IONP می توانند چندین ویژگی در دندانپزشکی را با هم ترکیب کنند. اینها شامل مسواک زدن خودکار بدون دخالت دست و تمیز کردن فواصل بین دندانی برای حذف مؤثر بیوفیلم ها است که می تواند برای افراد دارای معلولیت یا فاقد مهارت دستی برای انجام بهداشت خوب دهان و دندان مفید باشد. همچنین میکرو ربات ها می توانند تحویل داروها یا سلول های زنده را در مکان های مختلف دهان و صورت و جمجمه (از پاکت های عمیق پریودنتال تا ناحیه آپیکال کانال ریشه و فضاهای تمپورومندیبولار) انجام دهند. در رابطه با کاربردهای زیست پزشکی میکرو ربات های کنترل شده مغناطیسی کاربردهای متنوعی را نشان داده اند، از جمله درمان ضدسرطان، دارو درمانی هدفمند، تحویل ژن و سلول های بنیادی و جراحی با حداقل تهاجم.
این مطالعه با عنوان “Microrobotics for Precision Biofilm Diagnostics and Treatment” در شماره آگوست 2022 مجله Dental Research منتشر شده است.
