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La terapia “Nanozyme” previene la formazione dannosa della placca dentale.
Una nanoparticella di ossido di ferro approvata dalla FDA per il trattamento dell’anemia agisce come un enzima per attivare il perossido di idrogeno per sopprimere la crescita dei biofilm che causano la carie, secondo uno studio dell’Università della Pennsylvania e dell’Università dell’Indiana.

Un numero crescente di prove indica un legame tra anemia sideropenica e grave carie. Non è noto se la connessione sia correlativa o causale, sebbene entrambe le condizioni siano associate a diete povere e siano più comuni nelle persone che vivono in ambienti impoveriti e con condizioni mediche di base.

Ora, una ricerca dell’Università della Pennsylvania , in collaborazione con l’Università dell’Indiana , suggerisce che una terapia approvata dalla FDA per l’anemia da carenza di ferro è anche promettente per il trattamento, la prevenzione e persino la diagnosi della carie dentale. La terapia, una combinazione di una soluzione contenente nanoparticelle di ossido di ferro chiamata ferumoxytol e perossido di idrogeno, è stata applicata al vero smalto dei denti inserito in un apparecchio simile a una dentiera e indossato dai soggetti dello studio.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Nano Letters , ha scoperto che un’applicazione due volte al giorno di ferumoxytol, che ha attivato il perossido di idrogeno contenuto in un risciacquo successivo, ha ridotto significativamente l’accumulo di placca dentale dannosa e ha avuto un effetto mirato sui batteri ampiamente responsabili di carie. Questi tipi di nanoparticelle con proprietà simili agli enzimi sono talvolta noti come “nanozimi” e vengono sempre più esplorati per il loro potenziale nelle applicazioni biomediche e ambientali.

“Abbiamo scoperto che questo approccio è sia preciso che efficace”, afferma Hyun (Michel) Koo , professore presso la School of Dental Medicine dell’Università della Pennsylvania . “Disturba i biofilm, in particolare quelli formati da Streptococcus mutans , che causano la carie, e riduce anche l’entità del decadimento dello smalto. Questo è il primo studio che sappiamo fatto in un contesto clinico che dimostra il valore terapeutico dei nanozimi contro una malattia infettiva”.

Il lavoro è un’estensione di un articolo del 2018 pubblicato su Nature Communications , in cui Koo e colleghi, tra cui David Cormode della Perelman School of Medicine di Penn , hanno dimostrato che il trattamento con nanoparticelle di ossido di ferro-perossido di idrogeno potrebbe prevenire l’accumulo di biofilm e la carie in un modello sperimentale e un modello animale.

Nel lavoro attuale, gli scienziati volevano fare il passo logico successivo, lavorando sugli esseri umani. In uno studio randomizzato, 15 partecipanti hanno utilizzato un dispositivo rimovibile simile a una protesi con vero smalto dei denti attaccato, un metodo sviluppato e ampiamente testato da Domenick T. Zero dell’Università dell’Indiana, un autore corrispondente dell’articolo corrente.

I partecipanti allo studio hanno applicato una soluzione contenente zucchero all’apparecchio quattro volte al giorno, imitando i pasti e gli spuntini ad alto contenuto di zucchero consumati nel corso della vita quotidiana. Ai partecipanti è stato chiesto di non spazzolare i campioni di smalto ma di risciacquare l’apparecchio due volte al giorno. I partecipanti sono stati divisi in tre gruppi, uno con il ferumoxytol e poi il risciacquo con perossido di idrogeno, uno con una soluzione che fornisce gli ingredienti inattivi nel ferumoxytol e un terzo con la sola acqua.

Dopo 14 giorni, i ricercatori hanno analizzato i biofilm che si sono accumulati sui campioni di smalto. Hanno scoperto che il trattamento sperimentale riduceva notevolmente la crescita di biofilm contenenti S. mutans e poteva uccidere questo batterio con un’elevata specificità. Altri batteri commensali normalmente presenti in bocca non sono stati influenzati dalla terapia con ferumossitolo-perossido di idrogeno.

I risultati e la sicurezza dell’approccio sono stati supportati da lavori precedenti, che hanno dimostrato che le nanoparticelle di ossido di ferro non si legano al tessuto mucoso della bocca e non causano citotossicità o cambiamenti nel microbioma orale in un modello animale.

“Questo trattamento non sembra avere effetti dannosi e fuori bersaglio”, dice Koo.

La ragione di questa precisione è triplice. La reazione per catalizzare il perossido di idrogeno avviene solo in un ambiente altamente acido, come quello che si verifica quando i batteri che causano la carie sono presenti e attivi. Il trattamento provoca anche la rottura della matrice appiccicosa dei carboidrati, degradando il biofilm ed esponendo i microbi. E il ferumossitolo può legarsi specificamente ai recettori sulla membrana cellulare di S. mutans , facilitandone l’uccisione .

In una fase finale dello studio, i ricercatori hanno aggiunto un marcatore che diventa blu quando esposto a specie reattive dell’ossigeno, come quelle generate dalla catalisi del perossido di idrogeno da parte delle nanoparticelle di ferumossitolo. E infatti, il team ha scoperto che l’intensità dell’etichettatura blu corrispondeva ai biofilm acidi contenenti S. mutans .

A causa di questa capacità di “rilevamento”, Koo osserva che il trattamento sperimentale ha il potenziale per diventare ciò che è noto come “teranostico”, ovvero un farmaco che può essere utilizzato sia per diagnosticare una condizione che per curarla. “Può essere utilizzato anche a casa”, afferma Koo. “Potresti sciacquare con esso, vedere quanta placca che causa la carie c’è e poi trattare con la soluzione o consultare un dentista per il trattamento di follow-up”.

Hyun (Michel) Koo è professore presso il Dipartimento di Ortodonzia e divisioni di Community Oral Health e Odontoiatria Pediatrica presso la School of Dental Medicine dell’Università della Pennsylvania.

I coautori di Koo sull’articolo erano Yuan Liu e Zhi Ren della Penn Dental Medicine, Yue Huang e Min Jun Oh della Penn Dental Medicine e della Perelman School of Medicine della Penn, David Cormode della Perelman School of Medicine e della Penn’s School of Engineering and Applied Science , Dongyeop Kim dell’Università nazionale coreana di Jeonbuk e Anderson T. Hara e Domenick T. Zero dell’Università dell’Indiana. Liu è stato il primo autore e Zero e Koo sono stati autori co-corrispondenti sulla carta.

Lo studio è stato sostenuto dal National Institutes of Health (Grant DE025848) e Johnson & Johnson (Grant 573399).