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14 Febbraio 2011

Il microscopio a forza atomica

di Renato Torlaschi


“Le tecnologie emergenti e le informazioni disponibili a scala nanometrica hanno il potenziale di trasformare la pratica dentistica, facendo progredire tutti gli aspetti della diagnosi dentale, della terapia e dell’odontoiatria estetica.” Sono le parole di Shivani Sharma, della University of California, nel presentare il suo studio sulla nanocaratterizzazione in odontoiatria. Già, perché per capire davvero come agiscono i biomateriali è essenziale poter osservare ciò che accade nel mondo dell’infinitamente piccolo. E il miglior strumento di cui oggi disponiamo si chiama microscopio a forza atomica (Atomic Force Microscope o AFM). Lo strumento è impiegato per studiare, alla scala delle dimensioni atomiche, superfici di composti di varia natura: film di materiali ceramici, materiali amorfi, vetri, membrane sintetiche o biologiche, metalli, polimeri, semiconduttori... E oggi anche tubuli dentinali, placca dentale, batteri o superfici demineralizzate.

Osservare dentina e collagene
Com’è noto, la dentina è attraversata da un gran numero di tubuli in comunicazione con la polpa; la sua composizione in peso è data dal 70% di materiale inorganico (idrossiapatite), dal 18% di materiale organico (collagene) e dal 12% di acqua. L’AFM permette di accedere a queste strutture senza alterare i campioni osservati. Se ne potranno conoscere meglio le proprietà e discriminare precocemente gli stati patologici e la progressione delle degenerazioni tissutali.

Alleviare l’ipersensibilità
Uno tra i principali approcci tentati per trattare l’ipersensibilità passa attraverso l’occlusione dei tubuli dentinali. I tubuli vengono sigillati e isolati dagli stimoli esterni, sopprimendo così lo stimolo doloroso. L’AFM è stato recentemente utilizzato per osservare l’effettiva occlusione effettuata con una nuova tecnologia basata sull’azione dell’arginina e del carbonato di calcio.

Studiare e prevenire la placca batterica
Lo Streptococcus mutans produce un glicano extracellulare - un polimero del glucosio - che permette al batterio di aderire alla superficie dei denti e di formare una placca particolarmente cariogenetica. Grazie all’AFM si è riusciti non solo a ottenere immagini dei batteri e delle superfici, ma anche a determinare le proprietà meccaniche associate e le forze intermolecolari.

Migliorare l’osteointegrazione
I primi tentativi di intervenire a livello microscopico per migliorare l’osteointegrazione in implantologia avevano prodotto risultati parzialmente negativi. Il passaggio a una scala nanometrica ha portato a una maggiore comprensione dei meccanismi fisiochimici sottostanti, a più elevati livelli di osteointegrazione, sia in vitro sia in vivo, e a una migliore biocompatibilità.

Individuare nuovi biomarcatori
Nessun’altra patologia orale costituisce una minaccia mortale quanto il cancro oro-faringeo. Spesso questa neoplasia è preceduta da modificazioni pre-maligne identificabili clinicamente. Una speciale classe di biomarcatori è stata identificata nella saliva: gli esosomi. Prodotti nell’epitelio delle ghiandole salivari e rilasciati nella saliva, aumentano di numero in associazione al cancro e ad altre patologie. Data la loro piccola dimensione, gli esosomi possono essere adeguatamente studiati solo con strumenti come l’AFM.

Immagini nanometriche durante la chirurgia orale
Un nuovo eccitante sviluppo del microscopio a forza atomica è reso possibile dalla sua capacità di creare video in real-time di processi dinamici con velocità incredibili, fino a 1000 fotogrammi al secondo. L’alta velocità combinata con la miniaturizzazione (HS AFM - High Speed Atomic Force Microscope) potrà aprire la strada allo studio diretto delle alterazioni che hanno luogo durante i diversi processi patologici. Si potranno mettere a punto tecniche non invasive per controllare l’effetto dei trattamenti o l’attività dei biofilm nelle cavità orali dei pazienti. Infine - suggerisce il dottor Sharma - l’alta velocità potrà essere sfruttata durante le procedure chirurgiche come potente tecnica di imaging non invasiva e del tutto priva di radiazioni.

Int J Mol Sci. 2010 Jun 17;11(6):2523-45.
J Dent Res. 2010;89(11):1175-86.

GdO 2011;2

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