Diş hekimi ziyareti, hicbirimizin koşa koşa gitmediği, genel olarak gun icinde zaman işgal eden ve bazen dişlerden plakları cıkarmak icin mekanik aletlerle rahatsız edici kazıma işlemleri iceren sevimsiz bir mecburiyet.
Peki bir diş hekimi, bu rahatsız edici işlem icin, daha sonradan dişlerimizi işgal etmeyeceğine guvenebileceğimiz minik robotlardan oluşan kucuk caplı bir orduyu, bu temizlik işlemi icin gorevlendirebilir mi?
Cevap evet gibi gorunuyor…
Mikrorobot Ordusu
Pennsylvania Universitesi ’nde muhendisler, diş hekimleri ve biyologlardan oluşan bir araştırma ekibi, mikroskobik bir robotik temizlik ekibi geliştirdi.
Bilim insanları biri yuzeylerde, diğeri ise kapalı alanlara calışmak uzere geliştirilen 2 tur robotik sistemle; katalitik aktiviteye sahip robotların; koruyucu bir yapıya gomulmuş yapışkan bakteri bileşenlerini ve biyofilmleri yok ettiği gozlemlendi. Bu tur bir robotik biyofilm cıkarma sistemleri; su borularını ve kateterleri temiz tutmaktan, diş curumesi riskini, endodontik enfeksiyonları ve implant kontaminasyonlarını azaltmaya kadar cok ceşitli potansiyel uygulamalarda değerli olabilir.
Hepimiz diş sağlığı konusunda uzun suredir daha etkili yeni cozumler bekliyoruz
Science Robotics ’te yayınlanan calışma, Diş Hekimliği Fakultesi ’nden Hyun (Michel) Koo ve Muhendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakultesi ’nden Edward Steager tarafından yurutuldu.
Koo, “Bu gercekten sinerjik ve cok disiplinli bir etkileşimdi” dedi ve ekledi: “Mikrobiyologların, klinik calışmalarda yer alan bilim insanlarının ve mumkun olan en iyi mikrobiyal eradikasyon sistemini tasarlamak adına muhendislerin uzmanlığından yararlanıyoruz. Bu, şimdilerde antibiyotik sonrası bir doneme yaklaşırken, ilaca direncli biyofilmlerle karşılaşan diğer biyomedikal alanlar icin de cok onemlidir.”
Edward Steager, “Dişlerde meydana gelen biyofilmlerin tedavisi, hem hasta hem de hekim tarafından buyuk miktarda el emeği gerektiriyor” diyor ve ekliyor: “Tedavi seceneklerini iyileştirmenin yanı sıra bakım zorluğunu da azaltmayı umuyoruz.”
Nanoparcacıklar
Biyofilmler, bir diş gibi biyolojik yuzeylerde ya da bir eklemde otaya cıkabileceği gibi, su borularında, implantlar ve kateterler gibi nesneler uzerinde de ortaya cıkabilirler. Biyofilmlerin oluştuğu her yerde, bakterileri tutan yapışkan matris, antimikrobiyal maddelere karşı koruma sağladığından, cıkarılması oldukca guctur.
Aslında Koo ve arkadaşları, onceki calışmalarda ceşitli kutu dışı yontemlerle biyofilm matrisini parcalama yolunda ilerlemişlerdi. Stratejilerden biri de, bakterileri olduren ve biyofilmleri hedeflenen bir şekilde yok edebilen serbest radikalleri ortaya surmek icin hidrojen peroksiti aktive eden, katalitik olarak calışan, demir — oksit iceren nanoparcacıkları kullanmaktı.
Ancak Penn Diş Sağlığı ekibi tesadufen, Penn Muhendislikte Steager, Vijay Kumar ve Kathleen Stebe yurutuculuğunde bir grup muhendisin; mikrorobotlar icin yapı taşları olarak cok benzer demir oksit nanoparcacıkları kullanan bir robot platformu uzerinde calıştığını buldular.
Birlikte calışan bu okullar arası ekip, grubun “katalitik antimikrobiyal robotlar” ya da kısaca CARs olarak adlandırdığı, biyofilmleri sokup parcalayan iki tur robotik sistem tasarladı, optimize etti ve testlerini gercekleştirdi. Birinci sistem, demir — oksit nanoparcacıklarının bir cozelti icinde askıya alınmasını iceren bir prosesle başlar. Ardından bu nanoparcacıklar manyetik alan yardımıyla yonlendirilerek yuzeydeki biyofilmleri “saban benzeri” bir hareketiyle kazır.
İkinci yontemde ise, nanoparcacıkların uc boyutlu şekillerde jel kalıplarına yerleştirilmesini gerektirir. Bunlar da, kapalı tupleri tıkayan biyofilmleri hedeflemek ve yok etmek icin kullanılmıştır.
Her iki CAR turunun de etkili bir şekilde bakterileri oldurduğu gozlemlendi. Ayrıca onları cevreleyen matrisi parcaladı ve artıkları yuksek hassasiyetle temizledi. Robotlar, duz bir cam yuzeyde veya kapalı cam tuplerde buyuyen biyofilmler uzerinde test edildikten sonra, klinik olarak daha uygun bir uygulama icin denendiler: Biyofilmin erişilmesi zor kısımlarından, mesela insan dişinden cıkarılması…
Klinik calışmalardan ilk veriler
CAR ’lar bakteriyel biyofilmleri sadece bir diş yuzeyinden değil, aynı zamanda dişin erişilmesi en zor kısımlarından biri olan; biyofilmlerin sıklıkla buyuduğu kok kanallar arasında dar bir koridor olan “berzah”tan da temizlemeyi başardılar.
Koo, “Biyofilmler icin var olan tedaviler etkisizdirler, cunku koruyucu matrisi aynı anda bozup, gomulu bakterileri oldururken, biyolojik olarak cozunmuş urunleri de fiziksel olarak kaldırma yeteneğine sahip değillerdir” diyor. “Bu robotlar ucunu de aynı anda cok etkili bir şekilde yapabiliyorlar ve hicbir biyofilm izi bırakmıyorlar.”
Koo parcalanan biyofilm artıklarının diş yuzeyinden kazınmasının da cok onemli olduğuna dikkat cekiyor. Cunku bu kalıntılar biyofilmler icin tekrar buyume şansını artıran bir faktor. Bu nedenle mikrorobot ordusuyla temizlenen dişlerde tekrar biyofilm oluşumunun, geleneksel temizliğe oranla daha uzun sureceğini belirtiyor.
Dahası var
Araştırmacılar, calışmalarıyla ilgili vizyonlarının; bu robotları, biyofilmleri cıkarmak icin bir kateter, su hatta ya da ulaşılması zor diş yuzeylerinde gitmeleri gereken her yere tam anlamıyla yonlendirmek olduğunu soyluyorlar.
Gelecek hedefleri burada bitmiyor…
Steager, “Robotları, aktif olarak toplanan bilgilere dayanarak harekete gecen otomatik sistemler olarak duşunuyoruz” diyor. Bu durumda, “Robotun hareketi, mikro — camlardan veya diğer tıbbi goruntuleme sistemlerinden toplanan biyofilm goruntuleri ile yonlendirilebilir.”
Araştırma ekibi yeni teknolojilerini, klinik uygulamaya doğru ilerletmek icin, Penn Perelman Tıp Okulu, Penn Muhendislik ve Araştırma icin Provost Araştırma Ofisi tarafından desteklenen bir girişim olan Penn Sağlık, Cihazlar ve Teknoloji Merkezi ’nden destek alıyor. Penn Health — Tech, bilindiği uzere, yeni sağlık teknolojileri yaratma desteğiyle disiplinlerarası grupları seciyor.
Robotik Platformlar Projesi 2018 ’de destek alanlardan biriydi.
Penn Health — Tech ’in genel muduru Victoria Berenholz, “Takımın diş hekimliği tarafında harika bir klinik gecmişi ve muhendislik grubu da harika bir teknik gecmişe sahip” diyor. “Biz onları iş tarafında bir araya getirmeye geldik. Projede gercekten harika bir iş cıkardılar.”

Calışmanın orijinaline aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz.
S. Schuerle, A. P. Soleimany, T. Yeh, G. M. Anand, M. Häberli, H. E. Fleming, N. Mirkhani, F. Qiu, S. Hauert, X. Wang, B. J. Nelson and S. N. Bhatia. Synthetic and living micropropellers for convection-enhanced nanoparticle transport. Science Advances, 2019 DOI: 10.1126/sciadv.aav4803