研究人员将微型机器人应用于牙髓治疗和诊断

由于其不规则性和解剖结构的复杂性，根管系统是临床上口腔中最具挑战性的空间之一。因此，生物膜没有从根管的角落和缝隙完全清除，仍然是治疗失败和持续性根管感染的主要原因，而且诊断或评估消毒效果的手段有限。有一天，临床医生可能会有一种新的工具来克服这些挑战，这种工具就是微型机器人。

在一项概念验证研究中，来自宾夕法尼亚大学牙科医学及其创新与精密牙科中心(CiPD)的研究人员已经证明，微型机器人可以以可控的精度进入难以触及的根管表面，治疗和破坏生物膜，甚至提取样本进行诊断，从而实现更个性化的治疗计划。宾夕法尼亚大学的研究小组在八月份的《牙根治疗》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牙科研究杂志．

“该技术可以实现多模式功能，在难以到达的空间中实现对生物膜的控制和精确定位，获得微生物样本，并进行定向操作药物输送Alaa Babeer博士说，他是这项研究的主要作者，也是宾夕法尼亚大学牙科科学博士(DScD)和牙髓学毕业生，他现在在CiPD联合主任Michel Koo博士的实验室里。

在这两个平台中，微型机器人的构建模块是氧化铁纳米颗粒(NPs)，具有催化和磁场活动也被FDA批准用于其他用途。在第一个平台中，磁场用于将NPs聚集在微群中，并通过磁性控制它们到牙齿的根尖区域，通过催化反应破坏和回收生物膜。第二个平台使用3D打印来创建嵌入氧化铁NPs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，运输生物活性物质或药物，可以在现场释放。

“这项技术提供了进步的潜力临床护理古博士说，他与宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的高级研究研究员爱德华·斯蒂格博士共同撰写了这项研究。

“一个重要的方面是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，还可以回收它，使我们能够确定是什么微生物引起了感染。此外，与目前使用的锉和器械技术相比，能够符合根管内狭窄和难以到达的空间，可以更有效地消毒。”

协作系统

这个微型机器人系统是宾夕法尼亚大学牙科医学院和宾夕法尼亚大学工程学院合作工作多年的成果。在最近的一项单独研究中ACS Nano，古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NPs的微群采用不同的配置，并在现场释放抗菌剂，有效地治疗和清除牙齿上的牙菌斑。

古博士说:“我们看到了微型机器人系统在家庭口腔护理以及牙科诊所为临床医生提供更精确和有效的工具方面的潜在应用。”

为了确定根管微机器人系统破坏和从根管中提取生物膜的有效性，研究人员与宾夕法尼亚大学牙科医学根管学系主任Bekir Karabucak博士合作，在垂直放置的3D打印牙齿复制品中进行了实验。在复制牙体内制备含有根管细菌(戈登链球菌、粪肠球菌、核梭杆菌和以色列放线菌)的混合生物膜，并将NP悬浮液引入根管。使用电磁铁，产生了微群的NPs，并精确控制以破坏生物膜。在对收集的生物膜进行分析后，他们发现所有四种生物都被检测到，并且使用显微镜，所有纳米颗粒似乎都从根管中被清除了。

打破常规

第二个测试系统利用氧化铁NPs的灵活性作为构建块包括创造一个模塑的机器人系统。螺旋形(两个螺旋绕着一个中心轴)的软螺旋状模具被3D打印出来，并充满了嵌入np的凝胶。在磁场作用下，螺旋线可以高效地通过导管，实现对生物膜的化学和机械破坏。特别值得注意的是增加了在根管根尖区装载治疗药物的能力，在根管根尖区，感染与周围组织接近。

此外，研究小组还展示了利用现有的成像技术(如口腔内扫描仪、牙科x射线和锥束计算机断层扫描)实时跟踪微型机器人的独特能力，这些技术能够定位完整牙道中的螺旋面。

“重要的是，我们在离体模型中证明，机器人可以由磁场控制，而不受牙齿周围软硬组织的干扰。此外，它们从运河的顶部到底部显示出巨大的机动性，”卡拉巴克博士说磁场对于这两种根管系统，测试都是由口腔内的一个小装置产生的。

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能在医学和工业领域有广泛的应用。

“从消毒医疗设备就像导管来确保清洁的水线一样，这项技术有潜力改变远远超出牙科医学的领域，”Koo博士补充道。“它可能会破坏现有的跨学科模式。”

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