Как мы будем лечить зубы в будущем: роботы-стоматологи и регенерация
Представьте себе день, когда в стоматологической клинике вам вырастят новый зуб взамен утраченного. Или когда зубную пломбу будет ставить робот, а защитить ребенка от кариеса станет возможным еще до того, как у него прорежется первый зуб. Этот момент не так далек, как может показаться. Стоматология стоит на пороге новых удивительных возможностей – их мы сегодня и рассмотрим.
Умная зубная щетка
Сохранность зубов начинается с их правильной чистки. Вскоре наш дом будет наполнен множеством интеллектуальных устройств. И ванная комната не станет исключением: использование умной зубной щетки не будет казаться чем-то необычным.
Первые такие устройства уже появились в продаже. Их задача – помочь правильно чистить зубы. Умная электрическая щетка облегчит поддержание правильной гигиены полости рта и лучше предотвратит образование зубного налета.
Умная зубная щетка Prophix от Onvi с функцией видеосъемки.
Один из ведущих производителей электроники уже выпустил подобную зубную щетку. При помощи Bluetooth она подключается к вашему смартфону, в который загружается специальное приложение. У нее есть датчики, которые в режиме реального времени отслеживают, как вы чистите зубы. Все это работает довольно просто.
Пока вы чистите зубы, умная зубная щетка составляет 3D-карту вашего рта, на которой отмечается, как и какие зубы вы чистите. Приложение в смартфоне проанализирует информацию, полученную в процессе, и подскажет, каким зубам вы уделяете мало внимания, а какие, наоборот, чистите чересчур тщательно. В то же время программа предупредит, если вы слишком усердствуете при чистке зубов.
Томас Серваль создал устройство, способное автономно контролировать регулярность и качество гигиены полости рта.
Для детей предусмотрен игровой режим, который приучит их регулярно и правильно чистить зубы – кажется, будто персональный стоматолог ежедневно наблюдает, как вы и ваш ребенок ухаживаете за зубами.
Цифровая стоматология и искусственный интеллект
Искусственный интеллект уже стал реальностью во многих областях и, как ожидается, повлияет на стоматологию в ближайшие годы. С появлением цифровой стоматологии врачебные кабинеты будут собирать значительные объем данных о здоровье пациентов: от электронных медицинских карт до трехмерных моделей ротовой полости.
Компьютерная программа с большей эффективностью сможет обнаруживать признаки начинающегося кариеса.
Эта информация нужна в повседневной работе стоматолога, но еще больше она будет полезна в виртуальных «руках» систем, построенных на основе ИИ. Ведь они способны анализировать огромные объемы данных, а затем предлагать варианты лечения и предсказать проблемы с зубами до того, как они возникнут. Благодаря искусственному интеллекту обнаружение кариеса может стать еще более автоматизированным. Оценивая трехмерные снимки ротовой полости пациентов, компьютерная программа с большей эффективностью сможет обнаруживать признаки начинающегося кариеса.
Кроме того, интеллектуальные системы проследят, чтобы назначаемые лекарства или процедуры сочетались с другими принимаемыми пациентом препаратами и не вызывали побочных эффектов.
Робототехника
Хирургические роботы уже занимают свое место в операционных. Скоро они станут полноправными хозяевами зубных кабинетов. В 2017 году в одной из клиник китайского города Сиань робот-стоматолог впервые успешно провел стоматологическую операцию на живом человеке. Под присмотром, но самостоятельно и без участия медперсонала он установил пациенту два искусственных зуба. Причем оба имплантата были напечатаны на 3D-принтере.
Разработчики считают, что применение роботов позволит решить проблему нехватки в стране квалифицированных дантистов. В Китае ежегодно устанавливают около миллиона имплантатов, однако из-за хирургических ошибок многим пациентам снова приходится обращаться к врачу. К тому же применение роботов позволит сделать стоматологические процедуры менее инвазивными и поможет сократить время заживления.
3D-печать
3D-принтеры уже проникли в стоматологию. Неоценимую помощь они оказывают в зуботехнических лабораториях. Раньше изготовление моделей в зубном протезировании, необходимых для создания индивидуального протеза, выполнялось вручную. Это был трудоемкий и длительный процесс. Сегодня 3D-печать позволяет практически полностью его автоматизировать.
Печать из парафинсодержащего фотополимера для последующего литья без зольности, используя стандартный температурный режим выжигания.
Естественно, сначала необходимо провести 3D-сканирование полости рта и получить данные о состоянии всей челюстной системы с помощью аппарата магнитно-резонансной томографии. Полученные данные загружаются в компьютер, где создается 3D-модель зубочелюстной системы пациента. Теперь на принтере можно распечатать объемную модель челюсти, слепки зубов, хирургические направляющие, необходимые для установки имплантатов, и многое другое. В том числе 3D-принтер можно использовать для производства брекетов.
Однако пока что материалы, применяемые в 3D-печати, недостаточно биосовместимы, чтобы их можно было использовать продолжительное время, а это обязательное условие для создания имплантатов. Но не нужно много воображения, чтобы понять: в итоге с помощью трехмерной печати станет возможным создавать и полностью напечатанные имплантаты, которые будут требовать лишь отделки и полировки перед установкой.
Виртуальная реальность
Технологии виртуальной реальности могут в корне изменить процесс обучения стоматологов – как в учебных заведениях, так и на курсах повышения квалификации. В Стоматологической школе университета Пенсильвании (University of Pennsylvania) уже несколько лет применяют VR-очки для симуляции стоматологических процедур. Так и практикующий врач при подготовке к сложной операции может надеть очки виртуальной реальности и провести от начала до конца всю предстоящую операцию на стоматологическом тренажере.
В итоге и пациенты могут воспользоваться достижениями VR-технологий, чтобы на время процедуры отправиться в увлекательное виртуальное путешествие и не делать акцент на неприятных ощущениях.
В одном из экспериментов исследователи из Нидерландов и Великобритании привлекли группу из 80 человек, которым требовалась помощь стоматолога. Участников поделили на три группы. Первые две должны были во время стоматологической процедуры находиться в очках виртуальной реальности. Одна группа «путешествовала» вдоль морского берега, другая «гуляла» по городу. Третья группа служила контрольной: ее участники просто смотрели в потолок.
Виртуальная реальность в стоматологии.
Как оказалось, люди, погруженные в «прибрежную» виртуальную реальность после процедуры, сообщали о меньшем стрессе и боли, чем пациенты, путешествующие по виртуальному городскому пейзажу, и тем более люди из контрольной группы.
Предотвращение кариеса
Мы уже достаточно продвинулись в области каталогизации геномов человека, животных и микробов. На сегодня секвенированы геномы сотен видов бактерий, которые живут в биопленках на поверхностях зубов, в зубных бактериальных бляшках и на поверхностях имплантатов. Имеющиеся у нас базы данных генома человека и микробов предоставляют новые возможности для эффективной лекарственной терапии.
Например, Streptococcus mutans – одна из основных бактерий, связанных с кариесом. Она играет главную роль в разрушении зубов, переводя сахарозу в молочную кислоту. Теперь мы знаем, что она передается от родителя к ребенку в первые годы жизни.
Зубной налет под микроскопом.
Генетика поможет найти способы предотвратить эту передачу. Кроме того, мы можем нацелить генную терапию на подавление процессов, происходящих внутри самих бактерий, которые регулируют выработку кислоты – побочного продукта метаболизма сахара, вызывающего разрушение зубов. Мы можем даже нацелиться на выборочное уничтожение Streptococcus mutans в биопленках ротовой полости.
Регенерация зубов
Выращивание зубов уже стало научно обоснованной целью на ближайшее будущее. Регенерация должна сменить протезирование и имплантации. На помощь здесь придут стволовые клетки, ведь, как известно, они способны развиваться в любые типы клеток, а также могут помочь в «починке» зубов. Впрочем, и сейчас, когда повреждается дентин, стволовые клетки, находящиеся в пульпе, способны мигрировать в него и участвовать в восстановлении зуба. Но в этом случае создается лишь тонкий слой дентина, чтобы защитить внутренности зуба. И дентин, и зубная эмаль – одни из немногих тканей человеческого организма, которые регенерировать не могут. Поэтому сегодня в случаях разрушения и травм объем зуба восстанавливается с помощью искусственного материала.
Как выглядят нервы под микроскопом.
У ученых есть несколько идей, как использовать стволовые клетки для регенерации зубов. Исследователи из Королевского колледжа Лондона (King’s College London) обнаружили, что препарат
Tideglusib, изначально разрабатываемый для лечения болезни Альцгеймера, стимулирует стволовые клетки в пульпе создавать большее количество дентина, чем обычно.
Однако без сверления зуба все-таки не обойтись: поврежденный кариесом участок нужно устранить. Затем в отверстие вкладывается коллагеновая губка, пропитанная лекарством, а само отверстие запечатывается с помощью стоматологического клея. Через несколько недель губка растворяется, а зуб восстанавливается.
Еще один способ, позволяющий активизировать стволовые клетки, – облучение их лазером малой мощности. В этом направлении работают биоинженеры из Гарвардского института Висса (Harvard’s Wyss Institute).
Пока что подобные опыты провели лишь на лабораторных мышах. Предстоит сделать еще немало, чтобы можно было воспроизвести эти исследования на человеке и понять, какая из технологий регенерации зубов покажет себя и будет разрешена для использования в стоматологических клиниках.
Синтетическая зубная эмаль
Пока одни ученые работают над регенерацией зубов, в Китае создали искусственную зубную эмаль, которую можно наносить на лишенный натуральной эмали участок зуба.
Синтетическая эмаль, которую создала группа ученых из Чжэцзянского университета (Zhejiang University) под руководством доктора Чжаомина Лю (Zhaoming Liu), идентична натуральной. Она полностью имитирует ее естественную сложную структуру. Ученые смогли синтезировать кластеры главного компонента эмали – фосфата кальция. Они получились небольшими: диаметром всего в полтора нанометра. Столь малые размеры обеспечивают чрезвычайно плотную упаковку кластеров в структуры, подобные натуральной зубной эмали. В предыдущих экспериментах этого достичь не удалось. На помощь ученым пришел триэтиламин, посредством которого удалось замедлить слипание растущих кластеров.
Синтетическая зубная эмаль.
Лабораторные опыты показали, что искусственная эмаль может прочно закрепляться на кристаллах гидроксиапатита – основной минеральной составляющей костей и зубов – и формировать на них прочную пленку. После этого эмаль испытали на добровольце, зубы которого потеряли ее вследствие контакта с синильной кислотой. Понадобилось двое суток после нанесения материала на его зубы: тогда на них образовалась плотная кристаллическая пленка толщиной 2,7 микрометра, по прочности и устойчивости к истиранию ничем не уступающая обычной зубной эмали.
