Десятки миллионов человек используют дентальные импланты, чтобы восстановить утраченные зубы несъёмными конструкциями вместо съёмных протезов. При этом примерно у 10–20% пациентов с имплантами со временем развивается периимплантит — тяжёлая инфекция, разрушающая окружающую челюстную кость. Антибиотики часто не справляются с этим заболеванием, и до последнего времени учёные не понимали, в чём причина.
Исследование, опубликованное в журнале PNAS Nexus специалистами стоматологической школы Ратгерского университета, показало: бактерии постепенно разъедают титан, и в окружающие ткани попадают мельчайшие частицы металла. Эти частицы мешают иммунным клеткам, которые должны бороться с инфекцией, и удерживают их в состоянии чрезмерного воспаления, постепенно разрушающего кость. В ходе работы учёные изучили образцы человеческих тканей, исследовали иммунные клетки человека в лаборатории и провели опыты на генетически модифицированных мышах.
Специалисты выявили в макрофагах — иммунных клетках, поглощающих бактерии, — кальциевый канал, который активируется под действием частиц титана. Когда у мышей этот канал отключали, заболевание не развивалось. Таким образом впервые найден правдоподобный объект для лекарственного воздействия при состоянии, которое затрагивает каждого пятого получателя имплантов и ежегодно обходится системам здравоохранения по всему миру более чем в 1 млрд долларов.
«Впервые мы показали, почему все антибиотики, которые действуют вокруг зубов, не работают вокруг имплантов, — заявил Георгиос Коцакис, старший автор работы и помощник декана по клиническим исследованиям стоматологической школы Ратгерского университета. — Теперь, когда мы знаем причину, можно начинать разработку лекарств».
Долгое время оставалось загадкой, почему периимплантит, похожий на пародонтит вокруг естественных зубов, лечится иначе. Обе болезни начинаются с одних и тех же бактерий полости рта, но вокруг натуральных зубов антибиотики вместе с профессиональной чисткой устраняют инфекцию, а вокруг имплантов те же препараты помогают менее чем в половине случаев, и кость может продолжать разрушаться. Лаборатория Коцакиса решила проверить ещё одного возможного виновника — сам материал импланта. Выяснилось, что бактерии на его поверхности образуют кислые биоплёнки, которые медленно повреждают титан и высвобождают миллиарды микроскопических частиц, каждая из которых меньше эритроцита. Частицы могут отделяться и при обычной чистке, особенно если применять инструменты, предназначенные для естественных зубов.
Попав в дёсны, частицы титана притягивают бактериальный токсин липополисахарид, который покрывает их поверхность, и становятся для иммунитета обманчивой мишенью, похожей на слишком крупные бактерии. Макрофаги пытаются их поглотить, но не могут переварить титан и застревают в длительном воспалении, выделяя в том числе интерлейкин-1 бета. В итоге кость под имплантом постепенно разрушается, а способность клеток бороться с бактериями падает: в опытах макрофаги, столкнувшиеся с частицами титана, поглощали менее половины того количества бактерий, что клетки без такого контакта. «Эти частицы — маленькие магниты, притягивающие бактериальный токсин, и они захватывают иммунную систему, не давая ей очиститься от бактерий, — отметил Коцакис. — Получается идеальный шторм, против которого антибиотики бессильны».
Проследив молекулярный путь damaging-реакции, учёные вышли на канал TRPC1 — особую белковую структуру в мембране клетки, пропускающую ионы кальция. Именно он играет ключевую роль во воспалении, вызванном частицами титана и бактериальными токсинами. У мышей без TRPC1 при контакте с той же комбинацией частиц и бактерий абсцессы были заметно меньше, воспалительных молекул вырабатывалось меньше, а бактерии снова эффективно уничтожались. Это указывает на возможный новый подход к лечению периимплантита — через воздействие на иммунный ответ, а не только на бактерии. При поддержке Национальных институтов здравоохранения США Коцакис с коллегами уже оценивает препараты, действующие на этот путь в человеческих клетках. Пока же лучшей защитой остаётся регулярная профессиональная чистка имплантов безабразивными методами: ещё около десяти лет назад многие стоматологи применяли для них металлические скребки для естественных зубов, но исследования, в том числе команды Ратгерского университета, показали, что такие инструменты повреждают и разъедают титан.