奈米技術運用於牙科手術,改善牙齒矯正效果

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 09 日 7:30 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

科學家嘗試以帶有酵素的奈米粒子應用於牙科手術,提升牙套矯正的效果,讓錯位的牙齒重新回到正確位置。研究結果顯示先使用奈米技術處理過傷口的大鼠,佩戴牙套之後牙齒排列情形比經傳統手術處理的大鼠效果更好、復發次數較少、復元快、痛苦也比較低。



這項新的奈米技術由以色列理工學院(Technion-Israel Institute of Technology) 助理教授 Avi Schroeder 帶領的研究團隊發表於《ACS Nano》期刊。Schroeder 認為他們試圖改變 5,000 年以來手術進行的原則,因為目前任何手術刀都無法分辨出健康與生病的組織,但是酵素卻可以做到分辨兩者的差異。

透過改造蛋白質水解酵素,他們能讓酵素在不傷害其他健康組織的前提下分解特定組織。研究團隊相信這項技術能夠在未來使手術過程變得更精準,減少對健康組織的傷害。

目前齒顎咬合不正的治療方式中,醫師用牙套讓牙齒移動到正確位置之前,會先進行小型手術將連結牙齒與骨骼的膠原纖維切斷,但這樣的方式手術過程及恢復期除了會造成患者的痛苦,還有約 40% 患者會再度復發,得再重新經歷痛苦的治療過程。

因此,研究團隊針對咬合不正的治療方式設計了新處理步驟,利用他們研發的奈米技術療法改善治療過程。研究團隊製造一種由外層脂質微脂粒包覆內部膠原蛋白酶(collagenase)的奈米粒子,利用身體內本身自然產生的酵素分解膠原纖維,再用另一種天然生物分子,使患者配戴牙套、牙齒正確排列之後重新產生纖維。

膠原蛋白酶能削弱膠原纖維並使其降解,但這個功能需要鈣離子的活化才能開啟。這種活化步驟能在口腔內自然發生,而為了確保膠原蛋白酶只在手術部位活化,奈米粒子外層的脂質微脂粒就扮演保護角色,負責確保膠原蛋白酶運輸過程的安全,讓奈米微粒在接觸到牙齦與牙齒之間的齦溝(sulcus)後再釋出膠原蛋白酶,並與環境中的鈣離子作用。

研究團隊發現特定濃度的膠原蛋白酶會造成膠原纖維強度降低約 50%,讓牙套更容易改變牙齒的方位,幾個小時後,體內的纖維母細胞(fibroblasts)會感應到膠原蛋白強度不夠並開啟重塑機制,讓膠原纖維回復到原本強度。

研究團隊在大鼠實驗得到的成果顯示,經過奈米手術後的大鼠比接受傳統手術的大鼠牙齒排列情形好上 3 倍,除此之外復發機率也降低許多,並且經歷較少痛苦。

團隊認為奈米手術能幫助組織及骨骼重新被調整至新方位,不像傳統治療方式一樣,牙齒很容易受到壓力又回到原來位置。這些研究成果顯示奈米手術技術能改善過去治療的成果,未來很有潛力取代原本的侵入性傳統手術療法。

Schroeder 表示,這項研究展現了生物手術的運用價值,未來研究團隊將會繼續將技術應用於其他器官及其他更有挑戰性的嘗試。目前也有超過 80 種奈米技術應用在各種類型,從癌症治療乃至組織重塑等醫療領域。

(首圖來源:shutterstock)