"Künstliche Zunge" erkennt und inaktiviert häufige Mundbakterien
In Zukunft könnten auch bakterielle Zahnerkrankungen mit diesem Sensorsystem diagnostiziert und behandelt werden
Vom unscharfen Gefühl auf den Zähnen bis hin zum unangenehmen Mundgeruch - Bakterien prägen die Mundgesundheit. Wenn Zahnerkrankungen auftreten, ist eine Diagnose und Behandlung notwendig, aber die Identifizierung der Mikroorganismen, die hinter einer Infektion stecken, kann ein langwieriger und teurer Prozess sein. Jetzt haben Forscher, die in der Zeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces berichten, eine chemische Sensoranordnung oder eine künstliche Zunge entwickelt, die Zahnbakterien unterscheiden und inaktivieren kann.
Wenn Bakterien als Verursacher von Zahnerkrankungen wie Karies oder Parodontitis vermutet werden, muss zunächst die Quelle identifiziert werden. Herkömmliche Nachweis- und Identifizierungsmethoden können die Kultivierung oder die Suche nach spezifischen DNA-Markern, die zu verschiedenen Spezies gehören, unter Verwendung hochentwickelter Geräte beinhalten. Daher wollten Na Lu, Zisheng Tang und ihre Kollegen eine einfache und weniger kostspielige Alternative erforschen: Sensor-Arrays, die als elektronische oder künstliche Zungen bekannt sind. Bereits früher entwickelte künstliche Zungen haben mehrere Bakterienarten erkannt und gemessen, ähnlich wie eine echte Zunge mehrere Geschmacksrichtungen auf einmal schmecken kann. Die Forscher wollten zusätzlich die Möglichkeit schaffen, die Auswirkungen der identifizierten Zahnbakterien zu verringern oder sie zu inaktivieren.
Die Forscher wendeten sich einem nanoskopischen Partikel zu, das natürliche Enzyme nachahmt, einem so genannten Nanozym, und stellten es aus Eisenoxidpartikeln her, die mit DNA-Strängen beschichtet waren. Als Wasserstoffperoxid und ein farbloser Indikator in Lösung gegeben wurden, bewirkte das Vorhandensein von Nanozymen, dass sich der Indikator hellblau färbte. Bakterien, die sich an die DNA anlagerten, verringerten jedoch die Reaktivität der Nanozyme, so dass weniger blaue Farbe erzeugt wurde. Die Forscher beschichteten die Nanozyme mit verschiedenen DNA-Strängen, so dass jede Bakterienart mit einer eindeutigen Änderung der Farbsignale in Verbindung gebracht werden konnte. Um das DNA-Nanozymsystem zu testen, stellten die Forscher Proben von 11 verschiedenen Zahnbakterienarten als künstliche Zunge her. Das Sensorarray war in der Lage, alle Bakterien in den künstlichen Speichelproben zu identifizieren. Mit Hilfe des DNA-kodierten Nanozymsensorarrays konnten die Forscher dann unterscheiden, ob eine Zahnbelagsprobe von einem gesunden Probanden oder von einer Person mit Karies stammte.
Darüber hinaus hatte der DNA-kodierte Nanozymsensor-Array eine antibakterielle Wirkung auf die getesteten Zahnbakterienarten. Im Vergleich zu Kontrollen ohne die Nanozyme wurden drei typische Bakterienarten in Lösungen, die das Nanozymsystem enthielten, inaktiviert. Die rasterelektronenmikroskopischen Bilder legen den Forschern nahe, dass das Nanozymsystem die Bakterienmembranen zerstört hat. Sie vermuten, dass dieses Sensorsystem in Zukunft auch für die Diagnose und Behandlung bakterieller Zahnerkrankungen eingesetzt werden könnte.
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