Neuer Forschungsansatz

Mikroroboter eliminieren Biofilme in Wurzelkanälen

Die Eradikation von Biofilmen stellt in vielen Bereichen der (Zahn-)Medizin weiterhin eine große Herausforderung dar. In einem neuen wissenschaftlichen Ansatz werden die Biofilme in Wurzelkanälen menschlicher Zähne mithilfe von Mikrorobotern zerstört.

Biofilm (Symbolbild) Adobe Stock_Kateryna_Kon

Das Forscherteam der University of Pennsylvania in Philadelphia erstellte zu diesem Zweck zwei verschiedene „katalytische antimikrobielle Roboter“ (CARS). Diese werden magnetisch gesteuert und sollen, unter Schonung der umgebenden Strukturen, die Biofilmmatrix aufbrechen, Biofilme vollständig zerstören und schließlich entfernen.

Die erste Biohybridversion der CARS besteht hauptsächlich aus Eisenoxid-Nanopartikeln sowie Biofilm-Abbauprodukten. Die Forscher konnten diese CAR-Plattform gezielt über Biofilm-belegte Flächen bewegen, durch die „Generierung bakterizider freier Radikale“ die Matrix zersetzen sowie durch Eisenoxid-Nanopartikel physikalisch zerstören [Hwang et al., 2019].

Laut der Autoren kann die CARS-Masse mithilfe der magnetischen Felder schwarmähnlich sowohl über breite Flächen als auch entlang graziler Pfade mit hoher Präzision bewegt werden. Die Entfernung der Biofilme erfolgte in den Experimenten so nachhaltig, dass über einen längeren Zeitraum keine Neubildung erfolgte.

Mikroroboter eliminieren Biofilme in Wurzelkanälen menschlicher Zähne

Im Unterschied zu der bereits beschriebenen, eher formlosen Version handelt es sich bei der zweiten CAR-Plattform um eine dreidimensionale Struktur aus weichem Polymer. Wie bei der ersten Variante sind hier als katalytisch-magnetische Komponente Eisenoxid-Nanopartikel eingearbeitet, die Steuerung erfolgt ebenso magnetisch. Die winzigen Roboter können aufgrund ihrer Formbarkeit für hochspezifische Indikationsbereiche angepasst und auch rotierend bewegt werden.

Die Forschergruppe testete verschiedene Anwendungsbereiche, unter anderem innerhalb zylindrisch geformter Röhren. Besonders herausragend ist die in vitro erfolgte Anwendung zur Elimination von Biofilmen in Wurzelkanälen menschlicher Zähne. Sonst nur schwer oder gar nicht zugängliche Bereiche und Nischen konnten in den Versuchen durch CARS erreicht und gereinigt werden. Wie viel Potenzial diese Methode auch für eine zukünftige klinische Anwendung hat, muss in weiteren Studien eingehender beleuchtet werden.

Hwang G, Paula AJ, Hunter EE, Liu Y, Babeer A, Karabucak B, Stebe K, Kumar V, Steager E, Koo H (2019). Catalytic antimicrobial robots for biofilm eradication. Science Robotics, 4(29), eaaw2388. doi: 10.1126/scirobotics.aaw2388

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