Najjaśniejsze światło rzucone na nadwrażliwe zęby

r. naukowcy skorzystali z pomocy jednego z największych ośrodków naukowych na świecie, dysponującego urządzeniem emitującym najjaśniejsze promieniowanie rentgenowskie na kuli ziemskiej, po to by odkryć napisy na starożytnych zwojach, zakopanych i zwęglonych w wyniku wybuchu Wezuwiusza w 79 r. n.e. ² Zwoje z Herkulanum, odkopane w 1752 r. w willi powiązanej z Juliuszem Cezarem, były zwęglone i kruche, a ich odczytanie – niemożliwe. Teraz – dzięki obrazowaniu z użyciem promieniowania rentgenowskiego wysokiej energii, za pomocą gigantycznego aparatu nazywanego synchrotronem – współcześni czytelnicy są bliscy zobaczenia tekstów z tak zwanej niewidzialnej biblioteki ³ . Niewidzialne staje się widzialne.

Dziś ta sama technologia jest wykorzystywana, żeby dowiedzieć się więcej o wrażliwości zębów – wyniki są podobnie odkrywcze. Światło synchrotronowe, sto miliardów razy jaśniejsze niż promieniowanie rentgenowskie stosowane w medycynie, po raz pierwszy zostało wykorzystane przez naukowców do obrazowania głębszych warstw zębów i sprawdzenia, jak pasty do zębów wraz z upływem czasu wpływają na okluzję w zębinie. Sądzimy, że jest to osiągnięcie przełomowe. A także początek stopniowej zmiany w myśleniu o pastach do zębów.

Ból

Nadwrażliwość zębiny występuje u ludzi na całym świecie. Nawet jedna trzecia populacji osób dorosłych cierpi na to schorzenie, choć tylko ok. połowy z nich podejmuje w tym celu jakieś działanie terapeutyczne ⁴ . Skala problemu zaskakuje, tym bardziej że wystarczy tak prosta rzecz jak wybór odpowiedniej pasty do zębów, by pozbyć się bólu. Teraz, dzięki pionierskim badaniom naukowym, zaczynamy coraz lepiej rozumieć, jak to się dzieje.

Badania dotyczące wrażliwości zębów są prowadzone od ponad stu lat. Większość z nich skupiała się na teorii hydrodynamicznej, według której główną przyczyną nadwrażliwości jest przemieszczanie się płynu w kanalikach zębinowych ^{5, 6} . W badaniach oceniano, w jaki sposób pasty do zębów mogą powodować okluzję tych kanalików i blokować przepływ płynu. Zablokowanie przepływu płynu przez kanaliki zębinowe zapobiega pobudzeniu nerwów zębowych. Jednak zobaczyć omawiane zjawisko − znaczy uwierzyć.

W ostatnich latach dzięki konwencjonalnym technikom obrazowania mogliśmy dostrzec głębokość i trwałość okluzji zębiny szczotkowanych zębów. Nie byliśmy jednak w stanie oglądać, jak pasty do zębów wpływają na okluzję na przestrzeni czasu, w wymiarze przestrzennym. Jest to bardzo trudne zadanie – kanalik ma średnicę jednej pięćdziesiątej przekroju włosa, a do tego w jednym zębie znajduje się ok. 30 000 kanalików. Monitorowanie wpływu pasty do zębów na taką złożoną mikrostrukturę stało się możliwe dzięki zupełnie nowemu podejściu i najnowocześniejszej technologii.

Duży krok naprzód zrobiła firma GSK Consumer Healthcare, w której determinacja badaczy w pogłębianiu wiedzy naukowej na temat nadwrażliwości zębów przekłada się na stałe udoskonalanie produktów linii Sensodyne. Ta determinacja w kierunku poszerzenia granic w zrozumieniu technologii działania past do zębów doprowadziła naukowców GSK Consumer Healthcare do Europejskiego Ośrodka Promieniowania Synchrotronowego (ESRF − European Synchrotron Radiation Facility) w Grenoble we Francji, w którym mieści się jeden z największych synchrotronów na świecie.

Dr Christabel Fowler, dyrektor ds. innowacji w Oral Health R&D w GSK Consumer Healthcare, wyjaśnia, dlaczego tam się znaleźli:

„Stale dokładamy starań w udoskonalaniu naszych produktów. Wykorzystujemy wszelką dostępną wiedzę naukową, żeby zapewnić ochronę i ulgę osobom cierpiącym na nadwrażliwość zębów. Prace z użyciem synchrotronu służą temu celowi. Chcemy opracować nowe techniki, które umożliwią dokładniejszą analizę budowy zęba i ocenę sposobu działania naszych produktów. Jeśli będziemy mogli precyzyjnie zobrazować, w jaki sposób pasta do zębów działa, dentyści i higieniści stomatologiczni będą lepiej rozumieli podstawy naukowe działania naszych produktów, a tym samym będą mogli pomagać pacjentom w wyborze pasty, która uwolni ich od bólu związanego z nadwrażliwością zębów”.

Wiemy od naszych partnerów ekspertów, że zrozumienie sposobu działania pasty do zębów może przełożyć się na bardziej efektywne konsultacje pacjentów. Nowojorska dentystka, dr Liz Mitrani, powiedziała: „Zrozumienie podstaw naukowych działania pasty do zębów pozwala mi polecać ją z pełnym przekonaniem. Mogę sobie wyobrazić, jak działa i wyjaśnić pacjentowi, w jaki sposób używanie tej pasty rozwiąże jego problemy. Dzięki temu zwiększa się prawdopodobieństwo, że będzie stosował pastę w odpowiedni sposób”.

To duży bonus. Motywacja, która stała za decyzją, żeby udać się do ESRF, była następująca: pomóc dentystom zobaczyć to wszystko z mikroskopową dokładnością.

Synchrotron a nauka

ESRF jest drogowskazem dla najnowszej nauki, a światło synchrotronowe przynosi najbardziej przełomowe odkrycia na świecie. Na przykład laureaci Nagrody Nobla wykorzystali możliwości ośrodka ESRF do poznania budowy rybosomu ⁷ . Bez rybosomów nie ma życia. Bez synchrotronu poznanie ich budowy nie byłoby możliwe. ESRF odgrywa też ważną rolę w rozwoju leków przeciwwirusowych i w badaniach nad szczepionkami mającymi chronić przed zachorowaniem na COVID-19 ⁸ .

Dzięki wyjątkowym właściwościom promieniowania rentgenowskiego wytwarzanego przez synchrotron odkrywamy wszystkie tajemnice dotyczące wirusów i kluczowych dla życia narządów oraz baterii, szkła, a także zwojów z Herkulanum. Teraz, w badaniach naukowych, które są prowadzone po raz pierwszy w historii, synchrotron z ESRF rzuca nowe światło na zęby: możemy zobaczyć w wymiarze 3D, co dzieje się w kanalikach na przestrzeni czasu, po zastosowaniu pasty Sensodyne Odbudowa i Ochrona.

Jak długo bada się ząb?

Wiedza na temat nadwrażliwości zębów poszerza się dzięki konwencjonalnym technikom obrazowania, które pokazały działanie pasty do zębów na małych próbkach kanalików. Jednak techniki takie jak skaningowa mikroskopia elektronowa z użyciem zogniskowanej wiązki jonów (FIB-SEM − focused ion beam-scanning electron microscopy) – mimo że zapewniają ultrawysoką rozdzielczość – charakteryzują się małym polem widzenia. W synchrotronach można badać dużo większe obszary w 3D z mikroskopową dokładnością. A do tego z dużą prędkością.

Podczas gdy w badaniach z zastosowaniem techniki FIB-SEM można analizować tylko 30-40 kanalików w jednym momencie, w synchrotronach w kilka minut udaje się przeskanować jednorazowo tysiące kanalików. Dzięki temu uzyskujemy bardziej reprezentatywny obraz tego, co dzieje się w zębie. Możemy zobaczyć, jak daleko przemieszcza się okluzja i jak długo pozostaje w danym miejscu.

Ponadto większość konwencjonalnych technik badawczych ma charakter destrukcyjny: naukowcy muszą pokroić badany materiał na plastry, żeby móc zobaczyć, co jest w środku – oznacza to, że każdy skan wymaga użycia nowej próbki. Obrazowanie synchrotronowe nie ma charakteru niszczącego – umożliwia badania ciągłe, w których można skanować te same kanaliki raz po raz i obserwować odziaływanie pasty do zębów na okluzję w różnych punktach czasowych. To brama do obrazowania 4D, gdzie czwartym wymiarem jest czas. Technika ta ma potencjał, by przeobrazić leczenie nadwrażliwości zębów.

Szczęki 3D

Nad pastą Sensodyne Odbudowa i Ochrona pracowaliśmy ponad dekadę. Wykorzystaliśmy w niej opatentowaną technologię NovaMin i fluorek sodu. Wykazano, że produkt ten pomaga odbudować odsłoniętą zębinę ^{9, 10, 11} . NovaMin tworzy solidną, przypominającą hydroksyapatyt, warstwę nad odsłoniętą zębiną oraz w odsłoniętych kanalikach zębinowych ^{9, 10, 11, 12} – warstwa ta jest twardsza niż znajdująca się pod nią zębina ^{13, 14, 15, 16} .

Udowodniono klinicznie, że pasta Sensodyne Odbudowa i Ochrona łagodzi nadwrażliwość zębiny i zapewnia jej długotrwałą ochronę ^{17, 18, 19} . My chcieliśmy jednak pójść krok dalej i zajrzeć głębiej, żeby jeszcze bardziej szczegółowo sprawdzić, jak pasta oddziałuje na zębinę wraz z upływem czasu. Według dr. Kamela Madi, współzałożyciela firmy 3Dmagination, który prowadził kolejne badanie ciągłe w ESRF, synchrotron to jedyna opcja, by zobaczyć to, na czym nam zależy:

„Kanaliki są bardzo złożone i różnią się pod względem gęstości, średnicy oraz ułożenia w zależności od miejsca. Okluzja też jest złożona, ze względu na blokowanie przepływu płynu przez kanaliki w zależności od ich głębokości i upływu czasu; kanalik zablokowany po dwóch godzinach, może ponownie się otworzyć po czterech. A zatem mierzenie głębokości okluzji i mapowanie mechanizmów blokowania kanalików na przestrzeni czasu wymaga dynamicznego dostępu do uwidocznienia ich budowy w wymiarze 3D. To wszystko jest możliwe tylko w synchrotronie”.

W badaniu ciągłym, którego prowadzenie – jak mówi dr Madi – jest jak „kręcenie filmu 3D”, do zobrazowania złożonych cech zębiny wykorzystano tomografię z kontrastem fazowym. „Każdą próbkę szczotkowano pastą Sensodyne Odbudowa i Ochrona, a następnie umieszczano na platformie na próbki, znajdującej się między źródłem promieniowania rentgenowskiego a detektorem, i stale obracano o 180°. Po każdym mikroobrocie o ok. 0,072° pozyskiwaliśmy obraz cienia próbki (projekcję). Te same próbki były następnie umieszczane w sztucznej ślinie, żeby pobudzić reakcję z aktywnym składnikiem, i skanowane w różnych punktach czasowych przez osiem godzin. Projekcje (liczone w tysiącach) były następnie rekonstruowane w obrazy 3D w celu ich analizy” (ryc. 1).

Niewidzialne – widzialne

Badanie pokazało, że nowy produkt dociera do głęboko położonych warstw kanalików, tworząc nad powierzchnią zębiny mocną warstwę naprawczą, która zapewnia długotrwałą ochronę przed nadwrażliwością. Raz jeszcze sięgnęliśmy po konwencjonalne obrazowanie, żeby potwierdzić analizę przeprowadzoną z użyciem promieniowania rentgenowskiego. Te same próbki (analizowane w ESRF) zostały przesłane do Laboratorium Mikroskopowego Cavendish Uniwersytetu Cambridge w celu przeprowadzenia badań obrazowych metodą FIB-SEM oraz analizy.

FIB-SEM to technika obrazowania o wysokiej rozdzielczości, dzięki której można zobaczyć, co dzieje się wewnątrz kanalików. Dr Richard Langford, dyrektor Laboratorium Mikroskopowego Cavendish, wyjaśnia:

„Wykorzystując wiązkę jonową, pokroiliśmy próbki na plasterki, które następnie zbadaliśmy wiązką elektronów. Czynność tę powtarzaliśmy wielokrotnie, żeby zwizualizować okluzję pod powierzchnią w wymiarze 3D. Wykorzystaliśmy też trzecią technikę – transmisyjną mikroskopię elektronową (TEM − transmission electron microscope), żeby zbadać skład chemiczny i strukturalny materiału okluzyjnego.

Badania pokazały, że pasta (Sensodyne Odbudowa i Ochrona) powoduje głęboką okluzję kanalików i zwiększenie ilości fluoru w tworzonym materiale. Dodatkowa ilość fluorku najprawdopodobniej zapewni solidniejszą ochronę zębów przed kwasowymi potrawami i napojami. Ostatecznie badanie metodą FIB-SEM potwierdziło dane uzyskane z wykorzystaniem synchrotronu: średnia głębokość okluzji była zbliżona do głębokości obliczonej za pomocą promieniowania rentgenowskiego”.

Wielka nauka dla krótkich chwil

Dr Mitrani uważa, że postępy osiągane dzięki badaniom mogą przełożyć się na lepszy stan zdrowia jamy ustnej. „To ekscytujące, zdobywać wiedzę naukową i lepsze zrozumienie mechanizmów na poziomie mikroskopowym, bo to są podstawy. Gdy zrozumiemy te podstawy, będziemy mogli z coraz większym przekonaniem polecać produkty, które rozwiązują problemy naszych pacjentów”.

W dłuższej perspektywie badania synchrotronowe mogą się przełożyć na zmiany w opracowywaniu past do zębów. Dr Madi powiedział: „Badania naukowe zrewolucjonizowały sposób patrzenia na szczotkowanie zębów: możemy teraz zajrzeć do tysiąca kanalików i oglądać zachodzące w nich zmiany w wymiarze 3D. A przed nami dużo więcej. Niemniej ta ekscytująca technika otworzy nowe drzwi do optymalizacji działania pasty do zębów i opracowywania produktów na potrzeby pacjentów”.

Wiedza naukowa dotycząca nadwrażliwości będzie się nadal rozwijać, ale już teraz nasze osiągnięcia budzą ogromne zainteresowanie pacjentów. Wynika to z tego, że z jednej strony badania w laboratorium i wykazanie, jak głęboko dociera pasta Sensodyne Odbudowa i Ochrona do struktury zębów zajęły nam cztery lata i wymagały wykorzystania światła jaśniejszego, niż można sobie wyobrazić. A z drugiej strony wystarczy ułamek sekundy – łyk lodowatej lemoniady – żeby sprawdzić, jak ta pasta sprawdza się w codziennym życiu.

Wielka nauka dla krótkich chwil. Bo życie jest zbyt krótkie, żeby znosić nadwrażliwość.