Es posible que el oro, la seda y el grafito no sean los primeros materiales que le vienen a la mente cuando piensa en tecnología de vanguardia. Sin embargo, si los combina, tendrá los componentes básicos de un nuevo sensor oral ultradelgado y flexible que puede medir los niveles de bacterias en la boca. El dispositivo, adjunto temporalmente a un diente, podría algún día ayudar a los dentistas a ajustar los tratamientos para pacientes con periodontitis crónica, por ejemplo, o incluso proporcionar una ventana sobre la salud general del paciente.
El sensor, denominado "tatuaje de dientes", fue desarrollado por el nanocientífico Michael McAlpine de Princeton y los bioingenieros de Tufts Fiorenzo Omenetto, David Kaplan y Hu Tao. El equipo publicó por primera vez su investigación la primavera pasada en la revista Nature Communications .
El sensor es relativamente simple en su construcción, dice McAlpine. Se compone de solo tres capas: una hoja de electrodos de lámina de oro fina, una capa de grafito de un átomo de espesor conocida como grafeno y una capa de péptidos especialmente diseñados, estructuras químicas que "detectan" las bacterias al unirse a partes de sus membranas celulares.
“Creamos un nuevo tipo de péptido que puede servir como intermediario entre las bacterias y el sensor”, dice McAlpine. "En un extremo hay una molécula que puede unirse al grafeno y en el otro hay una molécula que se une a las bacterias", lo que permite que el sensor registre la presencia de bacterias, dice.
Debido a que las capas del dispositivo son tan delgadas y frágiles, deben montarse sobre un respaldo resistente pero flexible para transferirlas a un diente. La base ideal, dice McAlpine, resulta ser la seda, una sustancia con la que Kaplan y Omenetto han estado trabajando durante años.
Al manipular las proteínas que componen una sola hebra de seda, es posible crear estructuras de seda en casi cualquier forma, dice Omenetto, profesor de ingeniería biomédica en Tufts. Desde 2005, ha creado docenas de estructuras diferentes con seda, desde lentes ópticos hasta implantes ortopédicos. La seda es “una especie de plástico, en el sentido de que podemos hacer que haga casi cualquier cosa”, dice. “Tenemos mucho control sobre el material. Puede ser rígido. Puede ser flexible. Podemos hacer que se disuelva en agua, se mantenga sólido, se convierta en un gel, lo que sea que necesitemos ".
Omenetto, Kaplan y Tao crearon una fina capa de seda soluble en agua para el sensor bacteriano de McAlpine, una película que es lo suficientemente fuerte como para mantener los componentes del sensor en su lugar, pero lo suficientemente suave y flexible como para envolver fácilmente los contornos irregulares de un diente.
Para aplicar el sensor, dice McAlpine, solo necesita humedecer la superficie de todo el ensamblaje (seda, sensor y todo) y luego presionarlo sobre el diente. Una vez allí, el respaldo de seda se disolverá en 15 o 20 minutos, dejando atrás el sensor, un rectángulo de electrodos dorados y negros entrelazados de aproximadamente la mitad del tamaño de un sello postal y del grosor de una hoja de papel. La ventaja de estar adherido directamente a un diente significa que el sensor está en contacto directo con las bacterias de la boca, una forma ideal de controlar la salud bucal.
Debido a que el sensor no lleva baterías a bordo, debe leerse y alimentarse simultáneamente a través de una antena incorporada. Usando un dispositivo de mano hecho a medida del tamaño de un control remoto de TV, el equipo de McAlpine puede hacer "ping" a esa antena con ondas de radio, haciendo que resuene electrónicamente y envíe información que el dispositivo luego usa para determinar si hay bacterias presentes.
Ventana en el cuerpo
En este momento, el sensor solo puede detectar bacterias gramnegativas, la clase general de bacterias responsables de la enfermedad periodontal. Una vez que se perfecciona su capacidad de detección, eventualmente podría ayudar a los dentistas a rastrear exactamente cuándo y dónde están presentes ciertas bacterias en la boca para que puedan desarrollar planes de tratamiento personalizados para pacientes con enfermedad periodontal crónica.
"Un sensor como este podría brindarle una vista panorámica de lo que está sucediendo durante varias horas o incluso días", dice Gerard Kugel, D85, L93, profesor de prostodoncia y odontología operativa y decano asociado de investigación en la Facultad de Medicina Dental de Tufts. . “Si pudiera saber cuándo están aumentando los niveles de bacterias, podría configurar su curso de tratamiento en consecuencia. Por ejemplo, si veo que un paciente tiene una alta tasa de caries y su nivel de bacterias fue alto durante toda una semana, podría aplicarle enjuagues con flúor y barnices para cavidades, o incluso recetarle un antibiótico ".
Además de monitorear la salud bucal, Kugel cree que el tatuaje del diente podría ser útil para monitorear la salud general de un paciente. Los marcadores biológicos de muchas enfermedades, desde las úlceras de estómago hasta el SIDA, aparecen en la saliva humana, dice. Por lo tanto, si se pudiera modificar un sensor para que reaccionara a esos marcadores, podría ayudar a los dentistas a identificar problemas desde el principio y remitir a los pacientes a un médico antes de que una afección se agrave.
“La boca es una ventana al resto del cuerpo”, dice Kugel. "Puede detectar muchos problemas de salud potenciales a través de la saliva, y es una forma mucho menos invasiva de realizar pruebas de diagnóstico que extraer sangre".
Sin embargo, antes de que los tatuajes de dientes puedan someterse a pruebas clínicas, los investigadores deberán superar algunas limitaciones. Para que el sensor detecte cepas específicas de bacterias, dice McAlpine, su equipo necesitará crear nuevos péptidos o moléculas similares que se unan con una sola cepa en particular. Construirlos no será fácil. McAlpine señala que necesitará trabajar con biólogos para construirlos desde cero, un proceso que podría requerir el desarrollo de métodos completamente nuevos para ensamblar moléculas orgánicas en el laboratorio.
El tamaño físico del sensor también es una consideración: el prototipo es demasiado grande para su uso en humanos (el equipo lo probó en un diente de vaca), por lo que hacer que todo el paquete sea más pequeño será otro desafío. Y, observa Kugel, el grosor también es un factor. Será importante determinar si los pacientes aceptarán tener un objeto extraño, sin importar cuán delgado sea, adherido a sus dientes.
"La gente es muy sensible", dice Kugel. “Pueden sentir objetos en la boca de 50 o 60 micrones de ancho”, aproximadamente del grosor de una hoja de papel. “Si es algo irritante para un paciente, se quejará. Debería asegurarse de que sea lo suficientemente cómodo como para dejarlo en su lugar durante largos períodos de tiempo ".
David Levin es un escritor científico independiente que vive en Boston.
Fuente: Universidad Tufs https://now.tufts.edu/articles/tooth-tattoo
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