Физики ВГУ совместно с коллегами из ВГМУ имени Бурденко продолжают разработки в области реставрационной стоматологии. Они придумали уникальную технологию, которая снижает риск повторного развития кариеса до минимума. Вместе с Павлом Серединым, Юрием Ипполитовым и Дмитрием Голощаповым разбираемся, что к чему.
– Как работает современная реставрационная стоматология? – начинает рассказ заведующий кафедрой физики твёрдого тела и наноструктур Павел Середин. – Представьте: сначала врач удаляет поражённую ткань и формирует полость, в которую нужно интегрировать материал пломбы. Пломба – это совокупность сополимеров сложного состава, которые под действием ультрафиолетовых лучей утверждаются. Но для того, чтобы закрепить материал пломбы, используют так называемые бондинговые системы или адгезивы. Полость в зубе обрабатывается кислотами, которые «протравливают» эмаль и дентин, компоненты адгезива проникают туда и становятся связующим звеном. Но зуб – это живая система. Внутри него, в дентине, есть канальцы, по которым циркулирует жидкость. И даже если часть ткани удалили и поставили пломбу, возможно микроподтекание и растворение приграничного с пломбой слоя. В финале мы имеем трещины, сколы и вторичный кариес (друг человечества, и никуда от этого не денешься) [здесь рассказчик улыбается].
– Поэтому для того, чтобы улучшить качество реставрации и повысить адгезию, нужно использовать материал, который химически, структурно, морфологически был бы идентичным той ткани, которую с его помощью реставрируют. Вот только создать эмаль или дентин искусственно ещё никому не удавалось, повторить их сложную морфологическую организацию никто не смог, – продолжает Павел.
– Выход таков – мы оставляем реставрационный материал таким, какой он есть, но наша задача – сделать переходный слой, который связал бы природную ткань и стоматологический материал. Если адгезия очень выраженная, а между материалом и дентином зуба очень прочная связь, – риск возникновения вторичного кариеса сводится к минимуму.
Одиннадцать лет назад заведующий кафедрой детской стоматологии с ортодонтией ВГМУ имени Бурденко Юрий Ипполитов, будучи тогда доцентом кафедры, готовил свою докторскую диссертацию. Подобные работы в области медицины требуют много данных, которые могут предоставить точные науки (физика, химия и так далее). Исследовательская группа Павла Середина в это время ехала в один из научных центров США. По цепочке знакомых ему поступило предложение – исследовать зубы методом инфракрасной спектроскопии, причём как поражённую ткань, так и другие ткани.
– Поскольку этим методом я занимался, то решил попробовать. Мы уезжали в США на два месяца и вот в течение этих двух месяцев получили первые результаты. Это затянуло и заинтересовало, – отмечает Павел Середин.
Параллельно старший научный сотрудник кафедры физики твёрдого тела и наноструктур физфака ВГУ Дмитрий Голощапов работал над своей кандидатской диссертацией. Она была связана с исследованием элементарной структуры твёрдой ткани человеческого зуба, гидроксиапатита, который лежит в основе эмали, дентина и кости человека. Дмитрий разрабатывал технологию получения гидроксиапатита из биогенного источника кальция – яичной скорлупы.
– Эндогенный кальций, как мы тогда предположили и оказались правы, близок к кальцию в человеческом организме. Но самое удивительное, что Дмитрий разработал и отработал технологию получения наноразмерного гидроксиапатита, причём такого, который по своей форме, морфологии, составу максимально близок, идентичен апатиту в наших зубах и костной ткани, – подчёркивает Павел Середин.
Так сформировался целый исследовательский коллектив, который стал работать в этом направлении. Причём не только над материалами для стоматологии: были проведены исследования ротовой жидкости, жидкости, циркулирующей в зубе, развития кариеса, его предсказания. Это направление, в рамках которого работают учёные ВГУ и ВГМУ.
– Работу над исследованиями, которые вышли в недавней статье, мы начали с 2013 года. Тогда изучали воздействие каждой составляющей на общий состав, затем подбирали нужные концентрации и механизмы активации, апробации материалов – каждый этап работы занимает определённое время. С Юрием Алексеевичем Ипполитовым часто в клинических условиях пытались подобрать различные режимы, этапы, условия и сопоставления с используемыми системами. И когда мы получили некоторый эффект от улучшения наших систем, то стали исследовать, а как же на самом деле происходит проникновение – ведь механизмы включаются на молекулярном уровне, и их тяжело исследовать. Использование установок класса MegaScience (крупные дорогостоящие международные научные и исследовательские комплексы – прим.ред.), в частности австралийского оборудования, позволяет проводить исследования на субмикронном уровне, определяя взаимодействие каких-то базовых блоков между собой. Получив результат, вы должны не просто понять его, но и построить предположения, как можно повести эксперимент дальше. Наука – это очень долгий процесс, – комментирует Павел Середин.
– Стоит сказать и о наших экспериментах на скол, – подхватывает рассказ Павла старший научный сотрудник кафедры физики твёрдого тела и наноструктур Дмитрий Голощапов. – Обычно, когда между адгезивом и зубом буферный слой сформирован плохо, скол проходит ровно вдоль поверхности между пломбой и эмалью. А в случае нашей разработки сопряжение достигает таких значений, что даже при сильном механическом воздействии пломба скорее просто разломится пополам, а не отколется совсем.
Первые результаты команда учёных получила ещё в 2010 году.
– Дело в том, что самое качественное оборудование находится за границей. Мы работаем, например, с коллегами в Австралии с 2015 года. Возможность проведения совместных исследований реализована, в том числе, при поддержке Российского Научного Фонда. Ряд совместных результатов опубликован в высокорейтинговых научных изданиях.
И конца и края нашей работе не видно: всё время есть что-то новое, мы всё время в поиске. Когда ты едешь в зарубежный научный центр – пытаешься как можно больше «выжать» из этой поездки. Синхротрон – большая научная база, которая работает круглогодично и круглосуточно. Установка класса Megascience даёт возможность получить высокоточные данные, обеспечивающие качество исследования. Получить доступ к оборудованию очень сложно. Пять дней работы на синхротроне стоят 150 тысяч австралийских долларов (больше 8 миллионов рублей – прим.ред.). Получаем мы его на конкурсной основе – рассказываем о нашем проекте, его оценивает международный коллектив на соответствие определённым критериям, – рассказывает Павел Середин.
– Наш фундаментальный научный альянс физики и медицины сейчас даёт положительные плоды по одной простой причине – медики не знают возможностей физики, а физики, обладая какими-то знаниями, не могут направленно применить их в медицине, – комментирует заведующий кафедрой детской стоматологии и ортодонтии ВГМУ имени Бурденко Юрий Ипполитов. – Мы начали с повышения тропности (привязанности к определённым системам, тканям или клеткам – прим. ред.) пломбировочного материала к зубу. И у нас были наработки, в 2010 году зарегистрировали патент на био-праймер, снабжённый веществами, которые содержатся в дентине. Проработав десять лет, мы поняли, что систему нужно усовершенствовать. То, как пломбируют зубы, нас не удовлетворяет. Поэтому сегодня мы меняем правила пломбирования зуба и среду, в которой оно происходит. А ещё при препарировании твёрдой ткани зуба высока вероятность запломбировать инфицированные дентинные каналы. Поэтому мы предлагаем новый подход в препарировании зубов: не с помощью стоматологической установки, а высокоинтенсивным лазерным излучением. Оно удаляет кариес и стерилизует полость после него, при этом воздействие на ткани зуба в приграничной области минимально.
– На сегодняшний день мы получили пломбирование зуба с пролонгированным эффектом, – заканчивает рассказ Юрий Ипполитов. – Конечно, пока нельзя сказать, что эта проблема решена, но риски мы уже снизили. Одни медики или одни физики эту проблему никак бы не решили. Я считаю, что наше десятилетнее сотрудничество дало достойные плоды.
