Semnătura spectroscopică a proceselor patologice ale dentinei carioase pe baza FTIR
Pavel Seredin
1 Departamentul de Fizică și Nanostructuri ale Statului Solid, Universitatea de Stat Voronezh, Voronezh, Universitatea Sq. 1, 394018, Rusia
2 Ural Federal University, 19 Mira Street, Ekaterinburg, 620002, Rusia
Dmitry Goloshchapov
1 Departamentul de Fizică și Nanostructuri ale Statului Solid, Universitatea de Stat Voronezh, Voronezh, Universitatea Sq. 1, 394018, Rusia
Yuri Ippolitov
3 Departamentul de Medicină Dentară Pediatrică cu Orthodontia, Universitatea de Stat din Medicina Voronezh, Voronezh, str. Studentcheskaya. 11, 394006, Rusia
Jitraporn Wongsvivut
4 Sincrotron australian (Sursă de lumină sincrotron Australia Pty LTD), 800 Blackburn Rd, Clayton, VIC 3168, Australia
Abstract
Scopul lucrării noastre este de a găsi o semnătură spectroscopică a proceselor patologice ale dentinei carioase pe baza investigațiilor privind compoziția moleculară a fluidelor biologice orale cu utilizarea tehnicilor de sincrotron FTIR. Această analiză complexă a datelor obținute arată că o serie de semnături sunt prezente numai în spectrele dentinei și fluidelor gingivale de la pacienții care dezvoltă cariile țesuturilor dentine profunde. Caracteristicile detectate și analiza complexă a datelor cantitative și calitative care reprezintă semnături ale dezvoltării patologiilor cavității bucale pot spori calitatea screeningului dentar.
1. Introducere
Creșterea calității vieții este o tendință prioritară în progresul național pentru orice țară dezvoltată. În cadrul acestei tendințe, studiul dezvoltării bolilor cavității bucale cauzate de procesele cariogene sunt de mare importanță datorită efectului direct al cariilor asupra sănătății umane și asupra activității profesionale [1,2].
Rămâne problema diagnosticării eficiente personalizate a bolilor țesuturilor dentinei profunde, care este semnificativă și nerezolvată, deoarece procesele inflamatorii din dentină pot duce nu numai la pierderea părții unui dinte sau chiar a întregului dinte, ci și la mai mult probleme grave care amenință sănătatea umană în general [3-5].
Reacția naturală a dentinei la atacul cariat, în special în stadiile incipiente ale dezvoltării patologiei, este centrul unor cercetări de ultimă generație [3,5,6]. În prezent, aceste modificări pot fi controlate în principal printr-un set de tehnici de analiză rapidă bazate pe analiza salivei [7-9] și lichidul crevicular gingival [10,11] sau factori inflamatori conform analizei serice [12-14]. Cu toate acestea, aceste fluide biologice nu sunt în contact direct cu dentina, iar modificările compoziției lor pot apărea din cauza bolilor sistemice umane, a infecțiilor și traumatismelor și a rezultatului diferiților stimuli [15-18].
Un candidat ideal pentru rolul unui nou obiect de screening ar putea fi lichidul dentinic, care joacă un rol important în dezvoltarea cariilor dentinei [19]. Lichidul dentinic este un derivat al plasmei sanguine, conținând proteine serice, imunoglobuline și substanțe minerale dizolvate [20]. Lichidul dentinar se deplasează din pulpa dentară, umple canalele dentinare proliferate ramificate, circulă în interiorul acestora și interacționează activ cu țesutul dentinei. Intruziunea bacteriană în canalele dentare are loc ca rezultat al smaltului dentar compromis și al integrității cimentului [21,22]. În acest caz, metaboliții bacterieni se difuzează prin tubulii dentari și determină dezvoltarea proceselor patologice în țesuturile dentare profunde [19]. Astfel, este foarte probabil ca lichidul dentinic însuși și markerii proceselor patologice din țesuturile dentare dure conținute să poată pătrunde în sulul gingival prin tubulii dentinici și astfel să se amestece cu lichidul din sul, care este transudatul seric [19]. Investigațiile anterioare au arătat că un set caracteristic de proteine și alte molecule poate fi detectat în lichidul dentinic, indicând dezvoltarea unei patologii, infecție sau avansarea procesului inflamator în țesuturi [4,20,23].
Din păcate, utilizarea lichidului dentinic pentru diagnosticarea dezvoltării patologiei în țesuturile dentare profunde la om este foarte complicată. Principala complexitate a unei astfel de abordări diagnostice este un algoritm dificil care implică extragerea lichidului dentinic, în special în cazul cariilor fisurale, atunci când este necesar să se determine dacă apar procesele inflamatorii în dentină. Caracteristicile neexpediente și non-etice ale acestei proceduri sunt evidente atunci când se ia în considerare începutul procesului cariat și absența faptelor care confirmă inflamația din dentina dentară.
Extragerea lichidului crevicular gingival pentru diagnosticarea patologiei dentinei este mult mai simplă și analiza moleculară a acesteia, cu o selecție de markeri care indică dezvoltarea proceselor carioase/patologice ale dentinei, poate fi efectuată utilizând tehnici de identificare moleculară [10,11,24]. Prin urmare, pare rezonabil să se aplice spectroscopia cu infraroșu (IR) ca o tehnică puternică de analiză expresă și un instrument informativ și precis pentru studierea compoziției moleculare și de fază a obiectelor biologice [22]. Identificarea markerilor de prognostic și de validare pentru dezvoltarea proceselor patologice este o zonă separată de interes printre problemele rezolvate cu ajutorul transformatei Fourier IR (FTIR). Spectroscopia IR poate fi utilizată pentru a determina nivelurile parodontitei [11,25] și tendința apariției cariilor și pentru a monitoriza dezvoltarea acesteia [7]. Pe baza datelor de microspectroscopie IR, pare posibil să se examineze schimbările în compoziția moleculară a fluidelor biologice din cavitatea bucală în dezvoltarea patologiei.
Literatura de specialitate nu conține nicio informație privind comparația compoziției moleculare a dentinei și a fluidelor gingivale, în timpul modificărilor patologice ale dentinei pentru a releva semnături spectroscopice, adică markeri ai patologiei.
Prin urmare, am căutat o semnătură spectroscopică a proceselor patologice ale dentinei carioase pe baza investigațiilor FTIR ale sângelui, dentinei și fluidelor gingivale, precum și am determinat potențialul lor de diagnostic pentru screeningul preventiv al patologiilor cavității bucale.
2. Materiale și metode de investigație
2.1 Proiectarea experimentelor
Zece participanți (5 bărbați și 5 femei) cu vârste cuprinse între 22 și 28 de ani au participat la studiu. Toți participanții au fost sănătoși și nu au luat antibiotice, medicamente, nu au fumat și nu au băut băuturi alcoolice. Toți participanții nu au înregistrat în buletinele lor medicale timp de 1 an înainte de începerea experimentului. La examinare, fiecare participant a avut dinți cu focare de leziune legate de cariile primare și secundare în etapa corespunzătoare codului 1 și 2 conform Sistemului internațional de detectare și evaluare a cariilor (ICDAS). Participanții au postit 12 ore și nu au băut lichide timp de cel puțin 2 ore înainte de prelevarea de probe a fluidelor lor biologice. După curățarea preliminară a cavității bucale, fluidele biologice au fost prelevate la 10-12 AM pentru a minimiza efectele ritmului circadian. Au fost obținute trei probe de lichid biologic fiecare participant: lichid dentinic, lichid sulcus gingival și sânge.
2.2 Tehnica de prelevare a probelor
Luând în considerare experiența unui număr de studii în care efectul capilar a fost utilizat pentru obținerea microvolumelor de lichid din sulul gingival, am pregătit sfaturi speciale pentru investigațiile noastre. Am prelevat probe de lichide biologice folosind aceste sfaturi (Fig. 1 (a) –1 (c)).
Microcapilar pentru prelevarea de probe a fluidelor biologice. (a) Un capilar cu suprafețele umplute cu (1) KBr pur, (2) filtru nețesut și (3) țeavă de adaptare pentru microburet. (b) Un exemplu de eșantionare a lichidului de sul gingival. (c) Configurare experimentală pentru studierea probelor de fluid biologic obținute (HYPERION 3000).
Tipul aplicat reprezintă un microcapilar cu un diametru extern de 800 μm și a fost umplut cu pulbere de bromură de potasiu omogenizată (KBr) care a fost densificată folosind un filtru nețesut (Fig. 1 (a)). KBr a fost utilizat ca purtător inert al fluidului investigat, în timp ce alegerea sa ca umplutură s-a bazat pe absența benzilor de absorbție într-un interval larg de spectru IR.