PN-III-P2-2.1-PED-2019-4569

Cod proiect: PN-III-P2-2.1-PED-2019-4569

Nr contractului:       271PED

Titlul proiectului (în română):      METODA CU PLASMA PENTRU ÎMBUNĂTĂȚIREA FLUORURARII SMALTULUI ȘI MODULAREA BIOFILMULUI PLACII DENTARE

Titlul proiectului (în engleză):      COLD PLASMA FOR FLUORIDE RETENTION IMPROVEMENT AND BIOFILM MODULATION IN DENTAL APPLICATION

Acronimul proiectului:      PlasmaDent

Abstract (în română):        

În ciuda progresului tehnologic inregistrat in ultimul deceniu, caria dentară este încă cea mai frecventă amenințare la adresa sănătății orale la copii și adulți. Aceasta afecțiune are cauze multiple, fiind declansata de degradarea smalțului sub atacul acid al microorganismelor care compun biofilmul plăcii dentare. Biofilmul plăcii dentare este un consorțiu microbian multispecific, care se dezvoltă periodic pe dinții mamiferelor și poate fi îndepărtat parțial prin forțe mecanice, spre exemplu prin periaj individual sau prin diferite procedee efectuate în unități medicale specializate in îngrijirea orală. Inhibarea aderentei microbiene și formarea biofilmului, precum și metodele de întărire a smalțului dentar la atacul microbian reprezintă factorii cheie în prevenirea cariilor. Scopul acestui proiect este de a elabora o metodă pe bază de plasmă biocompatibila pentru a modula atașarea microbiană și formarea biofilmului și pentru a îmbunătăți fluorurarea si retenția de fluor la nivelul smaltului, utilizand modele originale. În abordarea propusa, plasma obținută va fi testată pentru capacitatea sa de a determina fluorurarea și de a îmbunătăți retenția de fluor într-un model dentar pe bază de hidroxiapatită, cu structura asemănătoare cu cea a smalțului dentar. In plus, va fi analizat impactul plasmei obtinute asupra dezvoltării biofilmelor microbiene în condiții relevante in vitro. Proiectul ilustreaza o tehnologie ce se refera la dezvoltarea unui tratament cu plasmă rece (TRL 1-2) pe care isi propune sa o demonstreze si aplice pe dinti naturali, în condiții de laborator, subliniind capacitatea plasmei de a îmbunătăți retenția de fluor și de a modula biofilmul placii dentare (TRL 4). Plasma obținută, cu efect dual, reprezentat prin modularea biofilmului și întărirea smalțului dentar poate fi utila in medicina dentara pentru prevenirea și tratamentul cariilor și a deteriorarii smaltului.

Abstract (în engleză):       

Despite the technological progress of the last decade, dental caries is still the most frequent oral health threat in children and adults alike. Such condition has multiple triggers and is caused mainly by enamel degradation under acidic attack of microbial cells, which compose the biofilm of the dental plaque. The biofilm of the dental plaque is a multispecific microbial consortium, which periodically develops on mammalian teeth, and it can be partially removed through mechanical forces by individual brushing or in specialized oral care medical facilities. Inhibition of microbial attachment and biofilm formation, as well as methods to strengthen dental enamel to microbial attack represent the key factors in caries prevention. The purpose of this project is to elaborate a cold plasma based method in order to modulate microbial attachment and biofilm formation and to improve the retention of fluoride in an enamel-like model. In our approach, the obtained cold plasma will be tested for its capacity to determine fluoridation and improve fluoride retention in a hydroxyapatite based enamel-like material. Moreover, the impact of such cold plasma on the development of microbial biofilms under various relevant conditions will be established by in vitro studies. In this project, we will start with a technology-formulated concept based on a cold plasma treatment (TRL 1-2), and we will end by validating the technology in laboratory conditions, enlightening the plasma ability to improve fluoride retention and modulate microbial biofilm formation in an enamel-like hydroxyapatite based model (TRL 4). The obtained cold plasma with dual effect exhibited through biofilm modulation and enamel strengthen through fluoridation is intended for dental application such as the prevention and therapy of dental caries and enamel deterioration.

Data începerii contractului:         14/08/2020

Data încheierii contractului:        13/08/2022

Valoarea totală a Contractului:   600.000,00 lei

Consortiu:

UNIVERSITATEA BUCURESTI – Coordonator

INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE DEZVOLTARE PENTRU FIZICA LASERILOR, PLASMEI SI RADIATIEI – P1

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI – P2UNIVERSITATEA DE MEDICINA SI FARMACIE “CAROL DAVILA” – P3

Rezumat etapa 1 (Decembrie 2020)

In aceasta etapa s-a urmarit: Obtinerea si caracterizarea preliminara a unui model pe baza de HAP care mimeaza smaltul dentar si poate fi utilizat pentru fluorurare si pentru studiul modularii biofilmului placii dentare prin tratament cu plasma.

Activitatile propuse si realizate in cadrul acestei etape:

I.1. Obtinerea unui model pe baza de hidroxiapatita (HAP) care mimeaza smaltul dentar.

I.2. Caracterizarea fizico-chimica a modelului pe baza de HAP prin (FT)-IR, difractie cu raze X (XRD), microscopie electronica de baleiaj (SEM) si transmisie (TEM), analiza SAED.

I.3. Selectarea sursei de plasmă de presiune atmosfericã (APP), aleasă dintre variantele care folosesc geometrii bazate pe descărcare cu barieră de dielectric (DBD) și descărcare cu electrodul în contact direct cu plasma (DBE), aplicabilă pentru fluorurarea HAP.

I.4. Selectarea gelului fluorurat adecvat pentru testele preliminare de fluorurare a substraturilor de HAP (se vor testa 2-3 variante de geluri fluorurate disponibile comercial).

I.5. Selectarea metodei de fluorurare a substraturilor de HAP (teste preliminare): activarea suprafeței cu plasmă + aplicarea gelului fluorurat; aplicarea gelului fluorurat + tratament cu plasmă; tratament cu plasmă utilizând gaze fluorurate. 

I.6. Selectia si caracterizarea unor tulpini microbiene Gram pozitive si Gram negative (tulpini de laborator si izolate din clinica, rezistente la antibiotice) capabile sa dezvolte biofilme.I.7. Evaluare preliminara a viabilitatii si capacitatii de dezvoltare a microorganismelor selectate, dupa incubare in prezenta variantelor de HAP obtinute.
Principalele rezultate ale etapei sunt sumarizate aici.

Rezumat etapa 2 (Decembrie 2021)

În această etapă s-a urmărit: Optimizarea modelului pe bază de hidroxiapatită pentru fluorurare și pentru capacitatea de modulare a biofilmelor microbiene model după tratamentul cu plasmă în condiții adecvate.

Activitățile propuse și realizate în această etapă:

II.1. Identificarea parametrilor cheie pentru generarea plasmei ce influențează retenția fluorului (Ar, Ar/O2, Ar/N2 sau Ar/SF6; puteri, distanță sursă-probă) în probele de HAP. Optimizarea tratamentului cu plasmă.

II.2. Caracterizarea morfologică și compozițională a probelor de HAP (control și tratate cu plasmă) prin Spectroscopie de fotoelectroni cu raze X (XPS), Spectroscopie de raze X cu dispersie de energie (EDX), IR/RAMAN.

II.3. Analiza aderenței și a formării biofilmelor microbiene pe probele de HAP nefluorurate și fluorurate prin protocoale optimizate anterior (prin evaluarea de unitați formatoare de colonii și analiza SEM)

II.4. Optimizarea modelelor de aderență și de producere de biofilme pe eșantioane de HAP modificate cu plasmă

II.5. Evaluarea potențialului tratamentelor optimizate de plasmă de temperatură joasă pentru îndepărtarea/ inactivarea biofilmelor dezvoltate pe suprafețele probelor de HAP nemodificare, prin determinarea unităților formatoare de colonii și analiza SEM.

II.6. Prelevarea de dinți extrași de la donatori sănătoși (cu aprobarea Comisiei de Etică a UMFCD).

II.7. Selectarea și procesarea grosieră a dinților prelevați. Conservarea dinților.

II.8. Participarea la conferințe științifice și simpozioane în domeniu (cel puțin 2 participări)II.9. Scrierea și publicarea de lucrări științifice în jurnale de prestigiu în domeniu (1-2 articole ISI trimise spre publicare).
Principalele rezultate ale etapei sunt sumarizate aici.

Diseminarea rezultatelor

Participarea la conferințe științifice și simpozioane în domeniu

1. M. Zarif, A.M. Holban, S. Vizirean, G. Dinescu, A. M. Grumezescu, E. Andronescu. Morphological, structural, and chemical characterization of hydroxyapatite obtained through different synthesis routes. International Scientific Conference “Applications of chemistry in Nanosciences and Biomaterials Engineering”, 24-26 June 2021, oral presentation.

2. M. Zarif, S.A. Yehia, B.I. Biță, V. Sătulu, S. Vizireanu, A.M. Grumezescu, A.T. Farcașiu, A.M. Holban. Atmospheric plasma fluoridation for application in dentistry. 19th International Conference on Plasma Physics and Applications, 31 August – 3 September, oral presentation O-02.

3. Maria E. Zarif, Sasa A. Yehia, Veronica Satulu, Gheorghe Dinescu, Sorin Vizireanu, Alina Holban, Florica Marinescu, Alexandru Grumezescu, Ecaterina Andronescu, Titus Farcasiu. Atmospheric plasma treatment to modulate bacterial biofilms. International Scientific Conference “Applications of chemistry in Nanosciences and Biomaterials Engineering”, 25-27 November 2021, oral presentation.

4. Alina Maria Holban, Mihaela Veronica Ifrim, Maria Zarif, Sorin Vizireanu, Alexandru Mihai Grumezescu, Titus Farcasiu, Florica Marinescu, Mariana Carmen Chifiriuc. Bioinspired hydroxyapatite treated with cold plasma for dental applications. EMRS 2021 Spring Meeting, symposia O: Biomaterials and soft materials, 31.05. – 04. 06. 2021, Strasbourg, Franta, poster.

Articole ISI

1. Irimia, A.; Moraru, L.; Ciubotaru, D.A.; Caruntu, C.; Farcasiu, A.-T.; Caruntu, A. Minimally Invasive Two-Staged Surgery in the Treatment of Large Cystic Lesions of the Jaw. Healthcare 2021, 9, 1531. https://doi.org/10.3390/healthcare9111531

2. Holban A-M, Farcasiu C, Andrei O-C, Grumezescu AM, Farcasiu A-T. Surface Modification to Modulate Microbial Biofilms—Applications in Dental Medicine. Materials. 2021; 14(22):6994. https://doi.org/10.3390/ma14226994

3. Zarif, M.E.; Yehia, S.A.; Biță, B; Sătulu, V.; Vizireanu, S.; Dinescu, G.; Holban, A.M.; Marinescu, F.; Andronescu, E.; Grumezescu, A.M; Bîrcă, A.C.; Farcașiu, T.A.  Atmospheric pressure plasma activation of hydroxyapatite to improve fluoride incorporation and modulate bacterial biofilm. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22(23), 13103. https://doi.org/10.3390/ijms222313103

4. Carmen Curutiu, Lia Mara Ditu, Alexandru Mihai Grumezescu and Alina Maria Holban. Polyphenols of Honeybee Origin with Applications in Dental Medicine. Antibiotics 2020, 9, 856; doi:10.3390/antibiotics9120856.