Selon une étude publiée le 28 juin dernier par des scientifiques de l’université de Pennsylvanie dans la revue ACS Nano, un système « mains libres » pourrait à l’avenir automatiser efficacement le traitement et l’élimination des bactéries responsables de la détérioration des dents et de la plaque dentaire.

Si le titre de l’article présentant les résultats de la recherche sur le portail d’actus de l’université semble tout droit sorti d’une nouvelle de Philip K. Dick (« Des microrobots métamorphes peuvent brosser vos dents et faire office de fil dentaire » / “Shapeshifting microrobots can brush and floss teeth”), la technologie dont il est question est susceptible de radicalement changer notre quotidien, notamment pour les personnes à la dextérité diminuée.

Des nanoparticules aux propriétés étonnantes

Pour créer ces « microrobots » dentaires, une équipe multidisciplinaire de l’université de Pennsylvanie a utilisé des nanoparticules d’oxyde de fer qui ont la particularité d’avoir une activité à la fois catalytique et magnétique. À l’aide d’un champ magnétique, les chercheurs peuvent orienter leur mouvement et leur configuration pour former des structures ressemblant à des poils qui balaient la plaque dentaire sur de larges surfaces. Mais pas que ! Former des cordes allongées ressemblant à du fil dentaire pour se glisser entre les dents est aussi possible ! Et dans les deux cas, une réaction catalytique amène les nanoparticules à produire des antimicrobiens qui tuent sur place les bactéries buccales nuisibles.

Les expériences menées ont montré que les assemblages robotisés étaient capables d’épouser diverses formes pour éliminer presque entièrement les biofilms collants à l’origine des caries et des maladies des gencives.

« Les soins bucco-dentaires de routine sont lourds et peuvent poser des problèmes à de nombreuses personnes, en particulier celles qui ont du mal à se nettoyer les dents, explique Hyun Koo, professeur à l’école de médecine dentaire de Pennsylvanie, et auteur principal de l’étude. Vous devez vous brosser les dents, puis utiliser du fil dentaire, puis vous rincer la bouche ; c’est un processus manuel en plusieurs étapes. La grande innovation ici est que le système robotique peut faire les trois en une seule fois, en mains libres et de manière automatisée. »

Un système entièrement programmable

« La conception de la brosse à dents est restée relativement inchangée depuis des millénaires », ajoute Koo. Les nanoparticules peuvent, elles, être « façonnées et contrôlées avec des champs magnétiques de manière surprenante, ajoute Edward Steager, chercheur à l’école d’ingénierie et de sciences appliquées de l’université de Pennsylvanie et coauteur de l’étude. Le fonctionnement est similaire à celui d’un bras robotisé qui pourrait atteindre et nettoyer une surface. Le système peut être programmé pour effectuer automatiquement l’assemblage des nanoparticules et le contrôle du mouvement. »

Les chercheurs ont optimisé les mouvements des microrobots sur une petite plaque de matériau ressemblant à une dent. Ils ont ensuite testé leurs performances en s’adaptant à la topographie complexe de la surface de la dent, des surfaces interdentaires et de la ligne gingivale, utilisant des modèles de dents imprimés en 3D. Enfin, ils ont testé les microrobots sur de vraies dents humaines.

Sur ces différentes surfaces, les universitaires américains ont constaté que le système microrobotique pouvait éliminer tous les agents pathogènes détectables. Les nanoparticules d’oxyde de fer ont été approuvées par la FDA pour d’autres utilisations, et les tests ont montré qu’elles ne nuisaient pas au tissu gingival.

Le système est entièrement programmable : les ingénieurs de l’équipe ont utilisé les variations du champ magnétique pour régler avec précision les mouvements des microrobots ainsi que la rigidité et la longueur des poils. Ils ont constaté que l’extrémité des poils pouvait être suffisamment ferme pour éliminer les biofilms, mais suffisamment souple pour ne pas endommager les gencives. « Peu importe que vous ayez des dents droites ou mal alignées, il s’adaptera aux différentes surfaces, se félicite Koo. Le système peut s’adapter à tous les coins et recoins de la cavité buccale. »

Une révolution ?

Les scientifiques se sont appuyés sur des travaux antérieurs pour développer cette nouvelle technologie. Les groupes de recherche de Penn Dental Medicine et de Penn Engineering s’intéressaient aux nanoparticules d’oxyde de fer, mais pour des raisons très différentes. Le groupe de Koo a été intrigué par l’activité catalytique des nanoparticules. Ces dernières peuvent en effet activer le peroxyde d’hydrogène pour libérer des radicaux libres susceptibles de tuer les bactéries responsables de la détérioration des dents et dégrader les biofilms de la plaque dentaire. Pendant ce temps, Steager et ses collègues ingénieurs exploraient ces mêmes nanoparticules comme éléments constitutifs de microrobots à commande magnétique.

L’étude actuelle combine les deux approches en construisant une plateforme pour contrôler électromagnétiquement les microrobots, leur permettant d’adopter différentes configurations tout en libérant des agents antimicrobiens pour traiter et nettoyer les dents.

« Cette technologie est aussi efficace, voire plus, que le brossage des dents et l’utilisation du fil dentaire, mais ne nécessite pas de dextérité manuelle, explique Hyun Koo. Nous aimerions beaucoup qu’elle puisse aider la population gériatrique et les personnes handicapées. Nous pensons qu’elle va bouleverser les modalités actuelles et faire progresser considérablement les soins de santé bucco-dentaire. »