Υπολογιστική μελέτη της μεταφοράς φαρμακευτικών ουσιών δια μέσου του ιστού της οδοντίνης
Authors: Πάσσος Αγαθοκλής 
Published: September 2021

Παραδοσιακά η αντιμετώπιση τραυματισμών στα δόντια γινόταν είτε μέσω αντικατάστασης του μολυσμένου ιστού είτε με φαρμακευτικά υποκατάστατα, χωρίς ωστόσο, η αποτελεσματική θεραπεία να είναι πάντοτε εξασφαλισμένη. Σήμερα οι σύγχρονες τεχνικές της θεραπευτικής πρακτικής εκμεταλλεύονται την ικανότητα του συμπλέγματος οδοντίνης-πολφού να αναγεννά τον ιστό της οδοντίνης, παράγοντας τριτογενή (επανορθωτική/αντιδραστική) οδοντίνη, υπό την επίδραση κατάλληλων ενώσεων. Τα τελευταία χρόνια η έρευνα τείνει να γίνει διεπιστημονική. Έτσι αναπτύχθηκε και η επιστήμη της Βιοϊατρικής Μηχανικής η οποία εφαρμόζει τις αρχές τις Μηχανικής στην Ιατρική και τη Βιολογία. Σε αυτό το πλαίσιο εδράζεται και το αντικείμενο της παρούσας διατριβής καθώς αφορά στη μελέτη των φαινομένων μεταφοράς (μάζας/ροής) στον ιστό της οδοντίνης. Σκοπός της μελέτης είναι η μελέτη και η πρόβλεψη των χαρακτηριστικών της μεταφοράς θεραπευτικών παραγόντων από την επιφάνεια των δοντιών προς τον πολφό δια μέσου της οδοντίνης.Στη μελέτη αξιοποιήθηκε κώδικας Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (CFD) για την εκτίμηση της επίδρασης διαφόρων παραμέτρων στη μεταφορά φαρμακευτικών ουσιών μέσω ενός τυπικού σωληνάριου της οδοντίνης (μικροσκοπικά – Φάση Α) αλλά και μέσω του ίδιου του ιστού (μακροσκοπικά – Φάση Β). Εξετάστηκε η επίδραση διαφόρων παραγόντων όπως η αρχική συγκέντρωση των φαρμάκων και το μέγεθος των μορίων τους, τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του ιστού (πάχος, πορώδες) αλλά και του ρυθμού της κατανάλωσής του φαρμάκου στον πολφό. Στην τελευταία φάση της διατριβής (Φάση Γ) εξετάστηκε η περίπτωση εκροής του οδοντινικού υγρού και η συνεπακόλουθη αντίστασή του στην εσωτερική διάχυση των φαρμάκων.Στη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν κατάλληλες πειραματικές διατάξεις για την αξιολόγηση του κώδικα CFD. Για τα πειράματα χρησιμοποιήθηκε η καινοτόμος, οπτική, μη-παρεμβατική μέθοδος μ-LIF, με τη βοήθεια της οποίας μετρήθηκε η κατανομή συγκέντρωσης φθορίζουσας ουσίας τόσο σε τριχοειδή σωλήνα όσο και σε δισκία οδοντίνης που ήταν αρχικά γεμάτα με νερό. Για την επικύρωση του κώδικα χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς και κατάλληλες αναλυτικές σχέσεις που προήλθαν από την αναλυτική επίλυση του 2ου Νόμου του Fick.Τα αποτελέσματα της Φάσης Α αποδεικνύουν ότι το φαινόμενο είναι μονοδιάστατο, ισχυρά εξαρτημένο από το μέγεθος των διαχεόμενων μορίων ενώ επιβεβαιώνονται και οι κλινικές παρατηρήσεις περί της αργής διάχυσης των φαρμακευτικών ουσιών που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη. Επίσης, διατυπώθηκε μια απλή συσχέτιση η οποία δίνει τη δυνατότητα να προβλεφθεί η χρονική κατανομή της συγκέντρωσης στον πολφό συναρτήσει του συντελεστή διάχυσης και της αρχικής συγκέντρωσης των διαχεόμενων μορίων.Τα αποτελέσματα της Φάσης Β απέδειξαν ότι η διάχυση εντός του ιστού της οδοντίνης επηρεάζεται κυρίως από το μοριακό μέγεθος του εκάστοτε παράγοντα (δηλαδή το συντελεστή διάχυσής του, D) και το μέγεθος του ιστού (RDT). Η αντίστοιχη επίδραση της τιμής του πορώδους του είναι λιγότερο σημαντική, καθώς παρατηρήθηκε διαφορά μικρότερη του 15% στα αποτελέσματα ανάμεσα σε ένα δισκίο με πορώδες 5% κι ένα με 20%. Τέλος, μεταβάλλοντας το ρυθμό με τον οποίο καταναλώνονται οι θεραπευτικοί παράγοντες εφόσον προσεγγίσουν τον πολφό στο εύρος μεταξύ 0-10-10 kg/(m2·s) μπορεί να επιτευχθεί μέχρι και 50% μείωση της συγκέντρωση CL, ενώ ο τελικός εκτιμώμενος χρόνος εξαφάνισής τους υπολογίζεται σε 18-25 h. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε παραμετρική μελέτη με χρήση της μεθοδολογίας Σχεδιασμού Πειραμάτων (DOE). Έτσι, στο πλαίσιο της ανάπτυξης πιο αποτελεσματικών μεθόδων θεραπείας στην επανορθωτική οδοντιατρική, προτάθηκε τελικώς πρωτόκολλο το οποίο, με δεδομένη τη φύση των μορίων των θεραπευτικών ουσιών και του απαιτούμενου χρόνου ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή τιμή συγκέντρωσης στην πολφική πλευρά των δοντιών, είναι σε θέση να εκτιμήσει την αρχική συγκέντρωση που πρέπει να εφαρμοστεί στην επιφάνεια της οδοντίνης.Μέσω της τρίτης φάσης της διατριβής (Φάση Γ) επιβεβαιώθηκαν οι παρατηρήσεις της βιβλιογραφίας σχετικά με την ταχύτητα εκροής του οδοντινικού υγρού υπό φυσιολογικές συνθήκες πίεσης στον πολφό. Όπως αποδείχτηκε, η φυσιολογική εκροή του οδοντινικού υγρού δεν επιτρέπει σε ουσίες μεγέθους ανάλογου με αυτές που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή να εισέλθουν στους αυλούς της οδοντίνης και να μεταφερθούν στον πολφό. Αντίθετα, ουσίες ή και ιόντα που διαθέτουν αρκετά μικρό μοριακό μέγεθος (Rs<1 nm) μπορούν να εισέλθουν στον ιστό και να μεταφερθούν προς τον πολφό ακόμα και σε συνθήκες φυσιολογικής πίεσης.