Um exército de micro-robôs pode acabar com a placa dentária

Uma visita ao médico dentista geralmente envolve raspagem demorada e às vezes desagradável com ferramentas mecânicas para remover a placa bacteriana dos dentes. E se, em vez disso, o médico dentista pudesse implantar um pequeno exército de minúsculos robôs para remover de forma precisa e não invasiva esse acúmulo bacteriano?

Uma equipe de engenheiros, médicos dentistas e biólogos da Universidade da Pensilvânia desenvolveu uma equipe de limpeza robótica microscópica. Com dois tipos de sistemas robóticos - um projetado para trabalhar em superfícies e outro para operar em espaços confinados - os cientistas mostraram que robôs com atividade catalítica poderiam habilmente destruir biofilmes, aglutinações pegajosas de bactérias enredadas em andaime protetor. Esses sistemas robóticos de remoção de biofilme poderiam ser valiosos numa ampla gama de aplicações potenciais, desde manter os tubos de água e cateteres limpos até reduzir o risco de cáries dentárias, infecções endodônticas e contaminação de implantes.

O trabalho, publicado na Science Robotics, foi conduzido por Hyun (Michel) Koo da School of Dental Medicine e Edward Steager da School of Engineering and Applied Science.

"Essa foi uma interação verdadeiramente sinérgica e multidisciplinar", diz Koo. "Estamos a aproveitar a experiência de microbiologistas e cientistas-clínicos, bem como engenheiros para projetar o melhor sistema de erradicação microbiana possível. Isso é importante para outros campos biomédicos que enfrentam biofilmes resistentes a medicamentos à medida que nos aproximamos de uma era pós-antibiótico."

"Tratar biofilmes que ocorrem nos dentes exige muito trabalho manual, tanto por parte do  profissional quanto do paciente ", acrescenta Steager. "Esperamos melhorar as opções de tratamento, bem como reduzir a dificuldade de atendimento".

Os Biofilmes podem surgir em superfícies biológicas, como num dente ou em uma articulação ou em objetos, como canos de água, implantes ou cateteres. Onde quer que os biofilmes se formem,  são notoriamente difíceis de remover, já que a matriz pegajosa que contém as bactérias fornece proteção contra agentes antimicrobianos.

Em trabalhos anteriores, Koo e seus colegas fizeram progressos na quebra da matriz de biofilme com uma variedade de métodos inéditosa. Uma das estratégia tem sido empregar nanopartículas contendo óxido de ferro que trabalham cataliticamente, ativando o peróxido de hidrogénio para liberar radicais livres que podem matar bactérias e destruir biofilmes de maneira direcionada.

Por acaso, a equipe da Penn Dental Medicine descobriu que os grupos da Penn Engineering, liderados por Steager, Vijay Kumar e Kathleen Stebe, estavam a  trabalhar com uma plataforma robótica que usava nanopartículas de óxido de ferro muito similares como blocos de construção para micro-robôs. Os engenheiros controlam o movimento desses robôs usando um campo magnético, permitindo uma maneira livre de amarrá-los.

Juntos, a equipe de cross-school projetou, otimizou e testou dois tipos de sistemas robóticos, que o grupo chama de robôs antimicrobianos catalíticos, ou CARs, capazes de degradar e remover biofilmes. O primeiro envolve a suspensão de nanopartículas de óxido de ferro em uma solução, que pode então ser direcionada por ímãs para remover biofilmes de uma superfície de uma maneira similar a um arado. A segunda plataforma envolve a incorporação das nanopartículas em moldes de gel em formas tridimensionais. Estes foram usados ​​para direcionar e destruir os tubos fechados entupimento por biofilmes.

Ambos os tipos de CARs efetivamente mataram as bactérias, quebraram a matriz que os cercam e removeram os detritos com alta precisão. Depois de testar os robôs em biofilmes que crescem em uma superfície de vidro plano ou em tubos de vidro fechados, os pesquisadores experimentaram uma aplicação clinicamente mais relevante: Remoção de biofilme de partes difíceis de alcançar de um dente humano.

Os CARs foram capazes de degradar e remover biofilmes bacterianos não apenas de uma superfície dentária, mas de uma das partes mais difíceis de aceder de um dente, o istmo, um corredor estreito entre os canais radiculares, onde os biofilmes comumente crescem.

"Os tratamentos existentes para biofilmes são ineficazes porque são incapazes de degradar simultaneamente a matriz protetora, matando as bactérias incorporadas e removendo fisicamente os produtos biodegradados", diz Koo. "Estes robôs podem fazer todos ao mesmo tempo de forma muito eficaz, não deixando vestígios de biofilme."

Ao remover os restos degradados do biofilme,  a chance de ele se estabilizar e voltar a crescer diminui substancialmente. Os pesquisadores imaginam  direcionar esses robôs para onde precisamente necessitem remover biofilmes, seja o interior de um cateter ou uma linha de água ou superfícies de dentes difíceis de alcançar.

São necessários  robôs como sistemas automatizados que realizam ações com base em informações recolhidas ativamente, diz Steager.  Nesse caso, o movimento do robô pode ser informado por imagens do biofilme recolhido por micro-câmeras ou outros sistemas de imagens médicas.

Para levar a inovação para o caminho da aplicação clínica, os pesquisadores estão a receber apoio do Penn Center for Health, Devices, and Technology, uma iniciativa apoiada pela Penn's Perelman School of Medicine, Penn Engineering, and the Office of the Vice Provost for Research. 

Penn Health-Tech, como é conhecida, premia grupos interdisciplinares selecionados, com apoio para criar novas tecnologias de saúde, e o projeto de plataformas robóticas foi um dos apoios concedidos em 2018.

Fonte: ScienceDaily / Universidade da Pensilvânia

Artigo original SD:   "An army of micro-robots can wipe out dental plaque"