Mikroroboty – nowa era we współczesnej stomatologii?

Naukowcy z Center for Innovation & Precision Dentistry (CiPD) na Uniwersytecie Pensylwanii opracowali mikroroboty zdolne do poruszania się w złożonym środowisku jamy ustnej i dostarczania precyzyjnych terapii do trudno dostępnych miejsc. Te innowacyjne rozwiązania mogą w niedalekiej przyszłości zrewolucjonizować zabiegi stomatologiczne – od usuwania płytki nazębnej po leczenie endodontyczne.

Interdyscyplinarny zespół naukowców z Center for Innovation & Precision Dentistry (CiPD) na Uniwersytecie Pensylwanii – pod kierunkiem prof. Hyuna Koo (stomatologia), prof. Daeyeona Lee (inżynieria chemiczna i biomolekularna) oraz dr. Edwarda Steagera (mechanika inżynieryjna) – pracuje nad mikrorobotami, które mogą poruszać się po złożonym środowisku jamy ustnej. Ich celem jest umożliwienie skutecznego czyszczenia zębów oraz leczenia infekcji w trudnodostępnych miejscach, takich jak systemy kanałów korzeniowych.

W ramach ostatniego etapu badań stworzono mikroroboty zmieniające kształt, zdolne do samodzielnego oczyszczania zębów i przestrzeni międzyzębowych. Nowe wersje tych urządzeń wykazują jeszcze większą mobilność, dzięki czemu są w stanie poruszać się po różnych powierzchniach jamy ustnej.

Nowe możliwości precyzyjnych terapii

Swoje prace naukowcy opisali już w 2024 r. w czasopiśmie „Advanced Healthcare Materials”. Wówczas w badaniach wykorzystano mikrokapsułki pokryte nanoenzymami, stworzone za pomocą technik mikrofluidyki – dziedziny z pogranicza biologii, chemii i fizyki, w ramach której bada się zachowanie, kontrolę i manipulację płynami w małej skali.

Kapsułki – mające około 100 mikrometrów średnicy (szerokość ludzkiego włosa) – zawierają cząsteczki tlenku żelaza i krzemionki. Pod wpływem pola magnetycznego mikrokapsułki samoorganizują się w większe struktury, które są w stanie dotrzeć do najtrudniej dostępnych obszarów kanałów korzeniowych.

– To przełom, jeśli chodzi o precyzję – mówi dr Hong Huy Tran, jeden ze współautorów badania. – Wąskie i trudno dostępne kanały to jeden z głównych czynników, który utrudnia przeprowadzenie skutecznego leczenia kanałowego. Nasze mikroroboty umożliwiają dotarcie do tych głębokich miejsc z niespotykaną dotąd dokładnością. To ogromny krok naprzód – dodaje.

Jeszcze większy zakres samodzielnego poruszania się

W kolejnym artykule – opublikowanym w lutym 2025 r. w „ACS Nano” – badacze przedstawili udoskonaloną wersję mikrorobotów, które mogą poruszać się zarówno po twardych, jak i miękkich tkankach jamy ustnej, a także po środowisku lepkim, charakterystycznym m.in. dla błon śluzowych jamy ustnej.

– Stworzyliśmy nowy sposób organizowania robotów – wyjaśnia prof. Daeyeon Lee. – Łącząc cząsteczki tlenku żelaza i krzemionki w określony układ, uzyskaliśmy większą stabilność i zdolność do przemieszczania się w zmieniających się warunkach jamy ustnej. Dzięki temu mikroroboty mogą dostosowywać się do różnych środowisk, a ich ruch jest sterowany za pomocą standardowego zestawu elektromagnesów.

Perspektywy zastosowania poza jamą ustną

Chociaż obecnie głównym celem są terapie stomatologiczne, badacze przewidują, że mikroroboty mogą znaleźć zastosowanie także w leczeniu infekcji w innych częściach ciała, takich jak stawy czy przewód pokarmowy.

– Mikroroboty mogą dotrzeć praktycznie wszędzie tam, gdzie są potrzebne i zwalczać różne rodzaje biofilmów odpowiedzialnych za choroby, takie jak próchnica, choroby dziąseł czy infekcje grzybicze – podkreśla prof. Koo. – Jestem w stanie wyobrazić sobie, że w przyszłości będą one precyzyjnym, wielofunkcyjnym narzędziem dla dentystów, wykorzystywanym zarówno w ramach rutynowej higienizacji, jak i skomplikowanych zabiegów endodontycznych.

– Jama ustna to idealne miejsce do testowania mikrorobotów – jest łatwo dostępna, a jednocześnie niezwykle złożona – dodaje dr Steager. – Jeśli poradzimy sobie z wyzwaniami jamy ustnej, będziemy mogli skutecznie działać także w innych trudnych środowiskach organizmu, takich jak stawy czy żołądek.

Kolejne etapy: badania przedkliniczne i współpraca interdyscyplinarna

Zespół przygotowuje się obecnie do badań na zwierzętach. Bliska współpraca inżynierów z klinicystami odgrywa kluczową rolę w udoskonalaniu konstrukcji i funkcjonalności mikrorobotów.

– To doskonały przykład tego, co można osiągnąć, gdy ściśle współpracują ze sobą lekarze i inżynierowie. Nasza technologia ma nie być tylko innowacyjna – musi być również praktyczna i przydatna w rzeczywistych warunkach klinicznych – mówi prof. Lee.

Co więcej, zespół integruje najnowsze osiągnięcia badawcze z programami nauczania stomatologii na Uniwersytecie Pensylwanii, inspirując studentów do interdyscyplinarnego podejścia w rozwiązywaniu problemów. – Przekładamy to, czego uczymy się w laboratoriach, bezpośrednio do sal wykładowych – dodaje dr Steager. – Pokazujemy naszym studentom, że innowacyjne rozwiązania, które mogłyby wydawać się odległe, stają się naprawdę dostępne dzięki solidnym podstawom wiedzy inżynierskiej – podsumowuje.

Postępująca cyfryzacja w stomatologii ma wiele zalet: pozwala stawiać diagnozy szybciej i bardziej precyzyjnie, skraca czas leczenia, poprawia komfort pacjenta. Nie można jednak przy tym zapominać o pewnych związanych z nią zagrożeniach. – Poleganie tylko i wyłącznie na cyfrowych rozwiązaniach, zwłaszcza automatycznych, jest ewidentnym błędem. To lekarz powinien mieć cały czas pełną kontrolę nad całym procesem diagnostyki i leczenia, a narzędzi cyfrowych używać właśnie jako narzędzi – mówi lek. dent. Paweł Machała – specjalista ortodoncji posiadający wieloletnie doświadczenie w leczeniu aparatami stałymi i ruchomymi oraz prowadzący kompleksowe terapie ortodontyczno-chirurgiczne.

Źródło: https://www.dental.upenn.edu/