DT News - France - Petits mais puissants : les microrobots peuvent améliorer les traitements endodontiques

Franziska Beier, Dental Tribune International

mer. 25 janvier 2023

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PHILADELPHIE, États-unis : Les nouveaux développements en matière de robotique à petite échelle et de nanotechnologie, offrent des possibilités jusqu’alors inimaginables pour de nouvelles approches diagnostiques et thérapeutiques. En testant l’utilisation de microrobots pour des applications endodontiques, des chercheurs de l’école de médecine dentaire de l’université de Pennsylvanie et de son centre pour l’innovation et la dentisterie de précision, ont constaté que les robots étaient capables d’accéder à des surfaces canalaires difficiles à atteindre, de prélever des échantillons pour le diagnostic et même d’administrer des médicaments.

La désinfection incomplète du canal radiculaire est la cause principale d’échec des traitements endodontiques, ce qui entraîne des infections endodontiques et des parodontites. L'une des raisons en est l'anatomie complexe du système canalaire, qui rend difficile l'élimination efficace du biofilm, et jusqu'à présent, les moyens de diagnostiquer et d'évaluer l'efficacité de la désinfection étaient limités.

Le système microrobotique utilisé dans l'étude actuelle est le résultat d'une collaboration continue entre l'école dentaire et l'école d'ingénierie et de sciences appliquées de l'université. Dans une étude précédente, cette collaboration a permis de mettre au point un système microrobotique composé de nanoparticules, qui peut non seulement brosser, mais aussi passer le fil dentaire et rincer les dents en une seule étape, contribuant ainsi à éliminer efficacement le biofilm des dents.

Guidage efficace et précis des microrobots

Les chercheurs ont développé et testé deux platesformes microrobotiques différentes dans leur récente étude. Pour les deux, ils ont utilisé des nanoparticules d'oxyde de fer (IONP), qui partagent des propriétés catalytiques et magnétiques, comme éléments constitutifs des microrobots.

Interrogé sur la biocompatibilité et les problèmes de sécurité pour les patients, le co-auteur, le professeur Hyun Michel Koo, du département d'orthodontie de Penn Dental Medicine, a répondu : « Les IONP sont largement utilisés en nanomédecine en raison de leur cytotoxicité minimale, de leurs excellentes propriétés physicochimiques, de leur stabilité en solutions aqueuses, et de leur biocompatibilité. Plusieurs formulations IONP ont déjà été approuvées par la Food and Drug Administration (FDA) américaine, pour l'administration parentérale comme traitement de l'anémie. »

Il a ajouté : « Notre analyse histopathologique précédente des tissus gingivaux, muqueux et autres, y compris des organes majeurs tels que le foie et les reins, n'a montré aucun signe d'effets nocifs, ce qui indique une histocompatibilité élevée des formulations IONP internes et approuvées par la FDA. »

Pour évaluer l'efficacité des plateformes microrobotiques endodontiques, les chercheurs ont mené des expériences en utilisant des répliques de dents imprimées en 3D, et préparées avec un biofilm contenant quatre espèces bactériennes endodontiques différentes.

Pour la première plateforme, à l'aide d'électro-aimants, l'équipe de recherche a concentré les IONP dans des micro-nervures et les a contrôlées magnétiquement pour modifier et récupérer le biofilm. L'analyse de l'échantillon prélevé a permis de trouver les quatre espèces bactériennes. En outre, au microscope, toutes les nanoparticules semblaient avoir été retirées du canal radiculaire.

Pour la deuxième plateforme, l'équipe de recherche a imprimé en 3D des robots miniaturisés en forme d'hélice et les a remplis d'un gel incorporé à l'IONP. Ils ont ensuite guidé les robots dans le canal radiculaire à l'aide de champs magnétiques, et ont observé qu'ils perturbaient le biofilm chimiquement et mécaniquement avec une grande efficacité. Il est particulièrement intéressant de noter la possibilité de charger les robots en forme d'hélice avec des produits thérapeutiques, pour une administration ciblée de médicaments dans la région apicale du canal radiculaire, où l'infection est très proche du tissu environnant.

« Les principales limites des stratégies endodontiques actuelles sont triples : le manque de précision dans le ciblage des biofilms infectant la région apicale et les complexités anatomiques du canal radiculaire, ainsi que la difficulté de récupérer des échantillons de biofilms pour le diagnostic. À notre connaissance, il n'existe pas d'approche permettant de récupérer des échantillons et d'appliquer un traitement antimicrobien simultanément en endodontie », a commenté l'auteur principal, le Dr Alaa Babeer de Penn Dental Medicine, à propos de la pertinence des résultats de l'étude pour les traitements endodontiques.

« Nos résultats démontrent la faisabilité de l'utilisation de la polyvalence de la microrobotique pour accéder aux surfaces endodontiques difficiles d'accès, afin d'effectuer la destruction, le retrait, et la récupération du biofilm pour la détection microbienne en temps réel. En outre, nous démontrons la faisabilité du suivi du robot à l'intérieur du canal à l'aide des modalités d'imagerie clinique actuelles », poursuit-il.

Des robots imprimés en 3D et actionnés magnétiquement, sont contrôlés avec précision pour cibler la région apicale du canal radiculaire, sans être interrompus par le parodonte environnant, tel que visualisé et suivi par CBCT. (Photo : Université de Pennsylvanie)

Futurs domaines d'application et recherches futures

Sur la base des résultats de l'étude actuelle, le professeur Koo s'attend à ce que les plateformes microrobotiques « permettent des thérapies guidées avec précision pour perturber les biofilms dans les espaces difficiles à atteindre, et favoriser la régénération des tissus mous et des os ». Il a ajouté que les microrobots pourraient administrer des médicaments ou des cellules vivantes dans différents sites buccaux et craniofaciaux, allant des poches parodontales profondes et de la région apicale du canal radiculaire aux espaces temporo-mandibulaires, afin de favoriser la guérison.

En ce qui concerne les applications biomédicales, le professeur Koo a fait remarquer que « les microrobots à commande magnétique ont montré diverses applications, notamment la thérapie anticancéreuse, l'administration ciblée de médicaments, de gènes et de cellules souches, et la chirurgie mini-invasive ».

Les auteurs de l'étude ont déclaré que les recherches futures pourraient élargir encore les possibilités d'application de la robotique à la détection, au traitement et à l'élimination des biofilms associés à d'autres maladies infectieuses, et à l'encrassement biologique des dispositifs ou implants dentaires et médicaux.

L'étude, intitulée « Microrobotics for precision biofilm diagnostics and treatment », a été publiée dans le numéro d'août 2022 du Journal of Dental Research.