چگونه هیدروکسی‌آپاتیت نانو بدون سمیت فلوراید، از پوسیدگی دندان جلوگیری می‌کند

وقتی بیماری با کاهش تراکم استخوان (استئوپنی) مراجعه می‌کند، پزشکان کلسیم و ویتامین D خوراکی تجویز می‌کنند و به سلول‌های زنده استخوان‌ساز بدن (استئوبلاست‌ها) تکیه می‌کنند تا این مکمل‌ها را متابولیزه کرده و اسکلت را از درون بازسازی کنند. مینای دندان دقیقاً همان ترکیب معدنی استخوان را دارد، اما کاملاً فاقد سلول‌های زنده است. از آنجا که مینا نمی‌تواند مواد مغذی سیستمیک را متابولیزه کند، هرگونه ترمیم ساختاری باید به صورت موضعی انجام شود و مستقیماً در محیط خشن و اسیدی دهان انسان به سطح دندان بچسبد.[2]

همین محدودیت بیولوژیکی است که باعث می‌شود خمیردندان صرفاً یک شوینده نباشد، بلکه یک سیستم دارورسانی محسوب شود. به مدت ۷۰ سال، استاندارد طلایی و بلامنازع برای این دارورسانی، فلوراید بوده است. اما اکنون، یک ترکیب زیست‌تقلید به نام نانو-هیدروکسی‌آپاتیت (nHA) داده‌های بالینی کافی برای به چالش کشیدن این رقیب قدیمی جمع‌آوری کرده و مکانیسمی کاملاً متفاوت برای توقف پوسیدگی ارائه می‌دهد.[2]

واقعیت این است که فلوراید ساختار از دست‌رفته دندان را جایگزین نمی‌کند. در عوض، وقتی سدیم فلوراید یا فلوراید قلع با بزاق تماس پیدا می‌کند، یون‌های فلوراید با کلسیم و فسفات محیط ترکیب شده و فلوروآپاتیت می‌سازند. این ترکیب جدید مانند یک سپر روی مینای موجود عمل می‌کند. فلوروآپاتیت در برابر اسید لاکتیک تولید شده توسط باکتری‌های دهان بسیار مقاوم است و عملاً آستانه pH که در آن دندان شروع به حل شدن می‌کند را از ۵.۵ به ۴.۵ کاهش می‌دهد.

بهای داشتن این زره شیمیایی، سمی بودن آن است. فلوراید در دوزهای سیستمیک بالا یک سم عصبی (نوروتوکسین) است؛ به همین دلیل سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) درج هشدارهای کنترل سموم را روی هر تیوپ خمیردندان الزامی کرده است. برای جلوگیری از فلوئوروزیس دندانی (وضعیتی که در آن فلوراید اضافی در تشکیل مینای دندان‌های در حال رشد اختلال ایجاد می‌کند)، خمیردندان‌های کودکان دقیقاً روی ۵۰۰ قسمت در میلیون (ppm) محدود شده‌اند، در حالی که فرمولاسیون استاندارد بزرگسالان بین ۱۰۰۰ تا ۱۴۵۰ ppm است.[2]

هیدروکسی‌آپاتیت با تقلید از مواد طبیعی خود بدن، مشکل سمیت را دور می‌زند. مینای دندان انسان از نظر وزنی ۹۷٪ از هیدروکسی‌آپاتیت تشکیل شده است. نسخه مصنوعی آن اولین بار در سال ۱۹۷۰ توسط ناسا ساخته شد تا به فضانوردان در مقابله با تحلیل استخوان و دندان در جاذبه صفر کمک کند. تا سال ۱۹۸۰، شرکت ژاپنی Sangi Co. حق اختراع آن را خرید و Apagard، اولین خمیردندان تجاری هیدروکسی‌آپاتیت جهان را روانه بازار کرد، هرچند برای دهه‌ها عمدتاً محدود به بازارهای آسیا باقی ماند.

هیدروکسی‌آپاتیت مصنوعی به جای تشکیل یک سپر خارجی مانند فلوروآپاتیت، مستقیماً مواد معدنی حل‌شده را جایگزین می‌کند. این ذرات به ساختار مینا متصل می‌شوند، شکاف‌های میکروسکوپی را پر می‌کنند و به عنوان یک لایه فداشونده عمل می‌کنند. وقتی باکتری‌های دهان بعد از غذا اسید تولید می‌کنند، این اسید ابتدا لایه هیدروکسی‌آپاتیت مصنوعی را حل می‌کند و ساختار طبیعی دندان را دست‌نخورده باقی می‌گذارد.

نقطه عطف بالینی برای این رویکرد زیست‌تقلید در سال ۲۰۲۲ فرا رسید. محققان دانشگاه علوم پزشکی پوزنان یک کارآزمایی بالینی تصادفی دوسوکور ۱۸ ماهه انجام دادند و خمیردندان حاوی ۱۰٪ نانو-هیدروکسی‌آپاتیت را با خمیردندان استاندارد حاوی ۵۰۰ ppm آمین فلوراید روی ۱۷۱ کودک مقایسه کردند.

نتایج که در مجله Scientific Reports منتشر شد، عدم تفاوت معنادار این دو را ثابت کرد. در پایان دوره مشاهده ۱۸ ماهه، ۸۹.۳٪ از کودکانی که از نانو-هیدروکسی‌آپاتیت استفاده می‌کردند کاملاً بدون پوسیدگی باقی ماندند، در حالی که این رقم در گروه کنترل فلوراید ۸۷.۴٪ بود. تفاوت آماری بین این دو نتیجه ناچیز بود و ثابت کرد که این ترکیب زیست‌تقلید می‌تواند با پیامد بالینی اصلی رقیب قدیمی خود برابری کند.

دکتر الژبیتا پاشینسکا، نویسنده ارشد این مطالعه، پیامد بالینی این داده‌ها را چنین خلاصه کرد: «نتایج این کارآزمایی نشان می‌دهد که خمیردندان نانو-هیدروکسی‌آپاتیت در پیشگیری از پوسیدگی چیزی از خمیردندان فلوراید کم ندارد.» او همچنین خاطرنشان کرد که این ترکیب «یک جایگزین ایمن برای کودکانی است که خطر بلعیدن خمیردندان در آن‌ها وجود دارد.»

پیشوند «نانو» متغیر حیاتی در این اثربخشی است. در نسخه‌های اولیه این ترکیب از میکرو-هیدروکسی‌آپاتیت استفاده می‌شد که ذرات آن برای نفوذ به توبول‌های عاجی یا ادغام موثر در ساختار مینا بیش از حد بزرگ بودند. فرمولاسیون‌های مدرن، این ذرات را تا اندازه ۲۰ تا ۸۰ نانومتر خرد می‌کنند که دقیقاً با مقیاس میله‌های مینای طبیعی که قرار است ترمیم کنند، مطابقت دارد.[1]

این اندازه نانومتری یک مزیت بالینی ثانویه هم به همراه دارد: تسکین حساسیت بیش از حد دندان. حساسیت عاج زمانی رخ می‌دهد که توبول‌های میکروسکوپی منتهی به عصب دندان در معرض محیط قرار می‌گیرند. در حالی که فلوراید این مشکل را با بی‌حس کردن عصب توسط نیترات پتاسیم یا تشکیل یک پلاک سطحی درمان می‌کند، نانو-هیدروکسی‌آپاتیت به صورت فیزیکی این توبول‌ها را مسدود کرده و با کریستال شدن در داخل آن‌ها، جلوی جابجایی مایعاتی که سیگنال‌های درد را تحریک می‌کنند، می‌گیرد.[2]

مانع اصلی برای پذیرش گسترده این محصول همچنان هزینه تولید است. سنتز هیدروکسی‌آپاتیت در مقیاس نانو نیازمند کنترل دقیق دما و pH در محیط آزمایشگاهی است که قیمت خرده‌فروشی یک تیوپ استاندارد را به ۱۰ تا ۱۵ دلار می‌رساند. در مقابل، سدیم فلوراید سنتی که محصول جانبی تولید کود فسفات است، با هزینه‌ای بسیار ناچیز تامین می‌شود و قیمت خمیردندان‌های استاندارد را بین ۳ تا ۵ دلار نگه می‌دارد.[2]

چارچوب‌های نظارتی نیز این چشم‌انداز را پیچیده‌تر می‌کنند. در سال ۲۰۲۳، کمیته علمی ایمنی مصرف‌کننده (SCCS) کمیسیون اروپا رسماً اعلام کرد که استفاده از نانو-هیدروکسی‌آپاتیت در محصولات آرایشی و بهداشتی تا غلظت ۱۰٪ بی‌خطر است، به شرطی که ذرات آن به جای شکل سوزنی، میله‌ای‌شکل باشند.

با این حال، سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) هنوز nHA را به عنوان یک ماده فعال ضدپوسیدگی طبقه‌بندی نکرده است؛ به این معنی که برندهایی که از آن استفاده می‌کنند باید محصولات خود را به عنوان محصولات آرایشی و نه درمانی به بازار عرضه کنند.[1][2]

ملاحظات زیست‌محیطی نیز کم‌کم بر تغییرات بازار تاثیر می‌گذارند. تجمع فلوراید در فاضلاب به یک نگرانی فزاینده برای تصفیه‌خانه‌های شهری تبدیل شده است، در حالی که هیدروکسی‌آپاتیت کاملاً زیست‌سازگار است و در منابع آب به کلسیم و فسفات بی‌ضرر تجزیه می‌شود.[2]

برای متخصصان دندانپزشکی، این داده‌ها از یک پروتکل توصیه‌ای طبقه‌بندی‌شده پشتیبانی می‌کند. بزرگسالانی که در معرض خطر بالای پوسیدگی هستند و بهداشت دهان و دندان ضعیفی دارند، اغلب هنوز به مقاومت اسیدی تهاجمی فلوراید تجویزی ۵۰۰۰ ppm نیاز دارند. با این حال، برای کودکان، زنان باردار و بزرگسالانی که به دنبال تسکین حساسیت دندان بدون خطرات سیستمیک هستند، این جایگزین زیست‌تقلید اکنون شواهد بالینی کافی برای توجیه این تغییر را در اختیار دارد.[2]

مرحله بعدی اعتبارسنجی از مطالعات طولی روی بزرگسالان به دست خواهد آمد. محققان دانشگاه تورنتو در حال حاضر در حال بررسی میزان بروز پوسیدگی در یک دوره ۳۶ ماهه در جمعیت بزرگسالانی هستند که از nHA با غلظت ۱۰٪ در مقایسه با فلوراید ۱۴۵۰ ppm استفاده می‌کنند و انتظار می‌رود داده‌های آن در اواخر سال ۲۰۲۷ منتشر شود. تا زمان انتشار این آمار، کارآزمایی ۱۸ ماهه روی کودکان همچنان معیار قطعی برای این گذار زیست‌تقلید باقی می‌ماند.[2]