Como os síncrotrons estão acelerando a pesquisa para ajudar na luta contra a cárie na saúde global

Uma equipe de cientistas da Universidade de Oxford e da Universidade de Birmingham acaba de publicar uma das revisões multidisciplinares mais abrangentes, cobrindo quase 40 anos de descobertas e avanços no estudo do esmalte e sua desmineralização (cárie). A revisão revela como as instalações de radiação síncrotron permitiram novos insights sobre a função e degradação do tecido dentário em diferentes escalas.

A cárie continua sendo uma condição debilitante que carece de prevenção e tratamento adequados, exigindo mais pesquisas para encontrar maneiras inovadoras de superar seu impacto negativo na saúde global. A doença teve uma prevalência global de cerca de 2,3 bilhões em 2017 (em dentes permanentes). Além dos efeitos clínicos de dor e desconforto, questões estéticas e eventualmente perda dentária, constitui um enorme fardo econômico, estimado em bilhões de dólares americanos em todo o mundo em tratamentos dolorosos e disruptivos.

O artigo da equipe, “Estudos de raios X síncrotrons das hierarquias estruturais e funcionais no esmalte dental humano mineralizado: uma revisão do estado da arte”, foi publicado em Revista de Odontologia. Seu objetivo estratégico era identificar e avaliar caminhos prospectivos para analisar tecidos dentários e desenvolver tratamentos e profilaxia para melhorar a saúde bucal.

O líder da equipe, professor Alexander Korsunsky, professor e membro emérito do Trinity College, em Oxford, explica: “Entender o mecanismo de desenvolvimento da cárie requer rastrear os caminhos dos processos biológicos, químicos e estruturais que se desenrolam progressivamente desde o nível microbiano e cristalino até a escala macroscópica. de fótons de raios-X com os componentes de tecido orgânico e inorgânico.”

Os tecidos dentários duros possuem uma estrutura hierárquica complexa que é particularmente evidente no esmalte, a substância mais mineralizada do corpo humano. Sua organização complexa e interligada nas escalas Ångstrom (rede cristalina), nano, micro e macro é o resultado da otimização evolucionária para desempenho mecânico e funcional: dureza e rigidez, tenacidade à fratura, resistência térmica e química. Compreender as relações físico-químicas-estruturais em cada escala requer a aplicação de sondas apropriadamente sensíveis e resolutivas.

“Atualmente, cerca de 50 instalações síncrotron em todo o mundo estão contribuindo com uma quantidade notável de trabalho de pesquisa, juntamente com a melhoria contínua das abordagens analíticas. Isso se deve ao fato de que as técnicas de raios-X síncrotron oferecem a possibilidade de progredir significativamente além das capacidades dos instrumentos de laboratório convencionais, ou seja, difratômetros de raios-X e microscópios eletrônicos e de força atômica. chography e tomografia)”, acrescenta o Dr. Cyril Besnard, o principal autor da pesquisa.

A primeira seção da revisão cobre brevemente a estrutura do esmalte (e da dentina), descreve a doença cárie dentária e seus fatores causadores, incluindo a natureza e organização do biofilme e seus efeitos no esmalte, e discute as estratégias existentes para a remineralização. A segunda seção fornece uma visão geral das instalações síncrotron, seguida por uma descrição da aplicação dos métodos síncrotron para estudos de tecidos dentários: difração (espalhamento), imagem (incluindo tomografia e pticografia) e espectroscopia.

“O síncrotron moderno, como o Diamond Light Source do Reino Unido, oferece a versatilidade de utilizar configurações experimentais personalizadas, que podem ser categorizadas com base no tipo de detector e configuração relevante; a energia em uso, raios-X suaves ou fortes (no vácuo ou ar ou líquido); a presença de campos magnéticos ou controle de temperatura; e o tipo de processo de monitoramento (análise estática ou dinâmica) e equipamentos. lbnya, cientista sênior da linha de luz do teste B16 em Diamond.

A revisão resume estudos usando técnicas de síncrotron para análises estruturais, de imagem e químicas. A utilidade desses métodos é enfatizada em termos de trazer novos insights e os benefícios do uso combinado de técnicas correlativas multiescala. As instalações e linhas de luz da Diamond foram amplamente utilizadas pelos autores para estudar o tecido dentário e são abordadas na revisão. É um ótimo exemplo de abordagem multidisciplinar em um tópico de pesquisa, pois a equipe usou linhas de luz espalhadas por quatro grupos científicos diferentes na Diamond.

Muitos estudos recentes são resumidos na revisão com detalhes e conhecimento da análise do estado da arte, que podem ser implementados em estudos futuros. Por exemplo, para elucidar o fenômeno da cárie e explorar caminhos como a estrutura 3D dos nanocristalitos, o movimento dos átomos que ocorre durante a desmineralização, o processo in situ de desmineralização por ácido da bactéria usando imagens multimodais, nos domínios do tempo, espaço e energia.

Os pesquisadores afirmam que essas técnicas podem ser aplicadas para projetar e implementar novos estudos para a remineralização do esmalte e desenvolver novos materiais biomiméticos e estratégias para reparar o esmalte e a dentina.

“As análises baseadas em síncrotron levaram a grandes avanços na estrutura e, portanto, nas propriedades mecânicas dos tecidos dentários. Isso inclui o processo de cárie e outras áreas odontológicas, com o objetivo de melhorar a qualidade de vida. No entanto, ainda existem questões de pesquisa em aberto que merecem mais investigações. A construção contínua da pesquisa atual nos ajudará a entender melhor as mudanças na estrutura do tecido doente e, por sua vez, seu gerenciamento”, conclui o Dr. Adrian Mancuso, diretor de Ciências Físicas da Diamond.

A revisão também destaca a importância das aplicações e abordagens realizadas na pesquisa de outros materiais. O conhecimento obtido dessas abordagens pode frequentemente ser transferido para a pesquisa sobre cárie dentária, para trazer novas oportunidades de pesquisa e conectar métodos e resultados analíticos a outras aplicações de pesquisa. Os autores acreditam que esta revisão abrangente será de interesse para uma ampla rede de pesquisadores e clínicos no campo da cariologia e indústrias farmacêuticas, bem como indústrias que podem se beneficiar da transferência de conhecimento de tecnologias, incluindo indústria farmacêutica, estudos de corrosão, engenharia biomédica e nanodentistry.