根管系统因其不规则和复杂的解剖结构，是口腔内最具临床挑战性的空间之一。因此，没有从根管的角落和缝隙中完全清除生物膜仍然是导致治疗失败和持续根管感染的主要原因，目前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，以微型机器人的形式来克服这些挑战。
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)的研究人员表明，微型机器人可以精确控制难以到达的根管表面，处理和破坏生物膜，甚至检索样本进行诊断，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8月份的《牙科研究杂志》上分享了他们使用两种不同的微型机器人平台进行根管治疗的发现。
该研究的主要作者、宾夕法尼亚大学牙科医学博士(DScD)和牙根学毕业生Alaa Babeer博士说:“该技术可以实现多模式功能，在难以到达的空间中实现可控的、精确的生物膜靶向，获取微生物样本，并进行靶向药物输送。”他现在在CiPD联合主任Michel Koo博士的实验室工作。
在这两个平台上，微型机器人的基石是氧化铁纳米颗粒(NPs)，它既具有催化活性，又具有磁性，已被FDA批准用于其他用途。在第一个平台中，利用磁场集中聚集在微群中的NPs，并通过磁控制它们到牙齿的顶端区域，通过催化反应破坏和回收生物膜。第二个平台使用3D打印技术制造嵌入氧化铁纳米粒子的微型螺旋形机器人。这些螺旋状体在磁场的引导下在根管内移动，运输可在根管内释放的生物活性物质或药物。
“这项技术提供了在不同层次上推进临床护理的潜力，”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，还可以回收它，使我们能够确定是什么微生物引起了感染。此外，能力符合狭窄和难以达到的空间内根管允许一个更有效的消毒相比文件和仪器技术目前使用。
一个协作系统
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多年的成果。在ACS Nano杂志最近的一项独立研究中，Koo博士和他的同事们构建了一个电磁控制微型机器人的平台，在这种情况下，氧化铁NPs的微群可以采用不同的配置，并在现场释放抗菌药物，有效地治疗和清除牙齿上的牙菌斑。
古博士说:“我们看到微型机器人系统在家庭口腔护理和牙科诊所的潜在应用，为临床医生提供更精确和有效的工具。”
为了确定根管微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根管部主席Bekir Karabucak博士合作，在垂直放置的3D打印牙齿复制品上进行了实验。在牙齿复制品内制备含有根管细菌(gordonii链球菌、粪肠球菌、核梭菌和以色列放线菌)的混合种生物膜，并将NP悬液引入根管。利用电磁铁，纳米粒子的微群被制造出来，并被精确地控制以破坏生物膜。通过对收集到的生物膜进行分析，他们发现所有四种物种都被检测到了，并且使用显微镜，所有的纳米颗粒似乎都从根管中被清除了。
打破了模具
测试的第二个系统利用了氧化铁NPs作为构建模块的灵活性，包括创建一个模压机器人系统。螺旋状(两个螺旋缠绕在一个中心轴上)的软开塞螺旋模具被3D打印出来，并填充了np嵌入凝胶。在磁场的作用下，螺旋体可以高效地穿过管道，从而实现对生物膜的化学和机械破坏。特别值得注意的是，在根管顶部感染邻近周围组织的区域，螺旋状突可以装载治疗药物，用于靶向给药。
此外，研究小组还展示了利用口腔内扫描仪、牙科x射线、锥形束计算机断层扫描(ct)等现有成像技术，能够定位完整牙道内螺旋状体的独特能力，实时跟踪微型机器人。
“重要的是，我们在一个离体模型中证明，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，它们从根管的顶部到底部显示出巨大的可操作性，”卡拉巴克博士解释说，测试的两种根管系统的磁场都是由口腔中的一个小装置产生的。
广泛的应用
除了增强根管治疗和组织再生的潜力之外，研究人员认为这项技术可能在医学和工业领域有广泛的应用。
古永锵博士补充说:“从对导管等医疗设备进行消毒，到确保供水管道清洁，这项技术有潜力改变牙科医学以外的领域。”“它可能会颠覆目前跨学科的教学模式。”
