Нанолазерна дезінфекція системи каналу кореня зуба (експериментальне дослідження) : Нанолазерная дезинфекция системы канала корня зуба (экспериментальное исследование)

summary

Матеріали і методи дослідження. Вибір матеріалів та методів грунтується на аналізі макро- та мікроанатомічних уявлень про систему кореневого каналу з урахуванням вислідів сучасної електронної мікроскопії, досліджень структурних особливостей твердих тканин зуба в контексті лазерних аплікацій та нанотехнологій. Наголошується, що із-за субмікронного діаметру дентинних канальців та достатньо високої сили поверхневого натягу антисептичних розчинів, останні фізично здатні проникати лише на обмежену відстань в дентинні канальці − близько 100 мкм, в той час як бактерія здатна проникати на 1100 мкм і більше, що є основною причиною запальних процесів в періапікальних ділянках. Альтернативний вибір – лазерний промінь, який проходить в дентин на глибину 1000 мкм, а також бактерицидні нанооб’єкти.

        Для вибору енергетичних та часових режимів опромінення з метою мінімізації температурного навантаження на періапікальні тканини при лазерному опрацюванні каналу запропоновано математичну модель для розрахунку взаємодії лазерного променя різної конфігурації з твердими тканинами зуба та періодонту з урахуванням нелінійних залежностей оптичних та теплофізичних параметрів тканин від температури.

Щоб виключити суб’єктивний фактор лікаря-стоматолога і отримати інформацію про перебіг процедури, ми опрацювали та запатентували фотоакустичний спосіб контролю процесу лазерного опромінювання твердих тканин зуба, який дає можливість за висотою тону звуку об’єктивно реєструвати момент проходження межі ураженої та здорової твердої тканини зуба, або початок лазерної рекристалізації поверхні стінки каналу.

Обгрунтувавши механізми взаємодії та лазерні режими, проведено експериментальні дослідження лазерної дезінфекції системи каналу кореня зуба in vitro з використанням бактеріологічних і морфологічних методів доліджень при порівняльній лазерній дезінфекції системи каналу кореня зуба в різних спектральних режимах лазерного опромінювання.

В експериментах використовували два типи зразків клінічного матеріалу: однокореневі зуби людини, видалені за клінічними показами, зразки дентину таких зубів у вигляді спеціально вирізаних і орієнтованих відносно напрямку дентинних мікроканальців пластинок. Однокореневі зуби з відпрепарованими механічно каналами використовували для дослідження ефекту дезінфекції попередньо інфікованого тестованими бактеріями Echerichia Coli та Enterococcus Faecalis  основного каналу.

Зразки дентину зубів у формі пластинок використовували для дослідження ефекту дезінфекції попередньо інокульованих бактеріями дентинних мікроканальців.

Для усунення бактерійного заселення обидва типи зразків стерилізували в автоклаві при 125°C протягом 15 хв. Канал кореня зуба іноколювали 10 мкл бактерій Echerichia Coli (ATCC 10536) та Enterococcus Faecalis (ATCC 29212), а на зразки пластинок дентину з однієї поверхні мікропіпеткою вводили по 2 мкл цих же штамів. Далі зразки зубів та дентину інкубували протягом 4 год при температурі 37° C.

У дослідженнях використовували такі лазерні системи: Nd:YAG лазер “Pulse Master 1000” (American Dental Technologies, Texas, США) з довжиною хвилі 1,064 мкм; діодний напівпровідниковий лазер “LD 15” (DENtek, Graz, Австрія) з довжиною хвилі 0,810 мкм; Er:YAG лазер “Key 2” ( KaVo Biberach,Німеччина) з довжиною хвилі 2,94 мкм; Er,Cr:YSGG лазер “Millenium Waterlase” (Biolase, San Clemente,США) з довжиною хвилі 2,78 мкм.

Випромінювання кожного лазера подавали через спеціальні волоконні наконечники діаметром 400 мкм та 300 мкм в одинакових енергетичних режимах. Бактерицидну дію визначали методом серійних розведень на рідких середовищах Muller-Hinton бульйону, бактеріостатичну – методом дисків на твердих середовищах (5% кров’яний агар „BioMerieux”, Франція). Після лазерного опромінення здійснювали бактеріологічну оцінку.

Програма експерименту передбачала також контроль температури з протилежного боку зразка в процесі опромінення з допомогою цифрового термометра.

У процесі роботи було висунуто ідею нанодезінфекції мікросистеми каналу каналу кореня зуба із застосуванням наночастинок срібла. Ідея роботи полягала у доведенні феномену пенетрації наночастинок, як бактерицидного агента пролонгованої дії, у дентинні мікроканальці. Срібло знаходиться на першому місці у ряді токсичності щодо бактерій серед інших хімічних елементів: Ag >Hg> Cu >Cd >Cr >Pb >Co >Au >Zn >Fe> Mn >Mo> Sn (G. Zhao 1998). У контексті проблеми резистентності бактерій до антибіотиків срібло залишається ефективним препаратом, до якого не здатні адаптуватися більшість патогенних мікроорганізмів. З іншого боку, дентин з його структурними особливостями (дентинними мікроканальцями, заповненими патогенною мікрофлорою) є ідеальним об’єктом для дезінфекції саме наночастинками.

Гідрозолі наночастинок срібла з усередненим розміром частинок 15 нм одержували хімічним відновленням з водних розчинів AgNO₃. (Заіченко О.С., Шевчук О.М., 2004). Антимікробні властивості колоїдного розчину наночастинок срібла оцінювали за допомогою стандартного мікрометоду розведення, що визначав мінімальну бактерицидну концентрацію, яка після 24 год інкубаційного періоду при температурі 37°C складала 25 мкг/мл. Після інкубаційного періоду 2 мкл розчину наночастинок срібла з концентрацією 25 мкг/мл вводили в канал кореня зуба.

Морфологічні дослідження проводили з використанням електронного мікроскопа надвисокої роздільчої здатності „ESEM XL30, Philips”, (Голландія).

Для досягнення синергічного ефекту розроблено експериментальну методику комбінованої нанолазерної дезінфекції системи каналу кореня зуба. Для досліду використано 52 однокореневі зуби людини з прямими каналами, які зберігалися у 0,9 % розчин натрію хлориду до початку експерименту. Коронкову частину усували за допомогою діамантового диску. Канали кореня препарували до розміру 50 за допомогою Н-файлів та промивали 0,9% ізотонічним розчином хлориду натрію розчином. Для усунення мікробного заселення зразки зубів стерилізували в автоклаві („Melatronic 23, Melag”, Німеччина) при 125°C протягом 15 хв, після чого у канал кореня зуба мікропіпеткою вводили 2 мкл бактерій E. Coli (ATCC 29212). Далі зразки зубів інкубували протягом 4 год при температурі 37° C. Після чого 2 мкл розчину наночастинок срібла вводили в кореневий канал з наступним його лазерним опроміненням Nd:YAG лазером („Smart File” DEKA, Італія), який генерує на довжині хвилі 1064 нм. Пристрій укомплектовано спеціальним гнучким оптичним кварцовим світловодом діаметром 300 мкм.

Опромінювання зразків здійснювали за прийнятим міжнародним протоколом одним циклом, що складався з 5-ти спроб тривалістю 5 с та перервою у 20 с між кожним опроміненням. Оптичний світловод вводили у кореневий канал якнайглибше до верхівки кореня. Після активації лазера канал кореня зуба опромінювали в напрямку від апікальної до коронкової частини циркулярними рухами. Потужність та частота імпульсів складали 15 Гц і 1,5 Вт в режимі вільної генерації.

Реалізація ідеї збільшення глибини пенетрації наночастинок срібла в припульпарний дентин полягала у застосуванні режиму лазерного опромінювання, що задовільняє критерій виникнення ударної хвилі в зоні лазерного впливу. Такий режим на основній гармоніці (1,06 мкм) забезпечив Q-Switched Nd:YAG лазер з тривалістю імпульсу 5 нс.

Цей же лазер, але в режимі другої гармоніки (0,53 мкм), використовували для нанолазерної дезінфекції в режимі нанофотопіролізу та плазмонного резонансу на наночастинках золота у нанокомплексах-фотокаталізаторах Au-TiO2.