Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В 2019 году во время выполнения первого этапа работ по Проекту выполнена следующая работа и получены следующие конкретные результаты: 1. Изучены особенности молекулярного состава и взаимосвязи между составом/структурой твердых тканей человеческих зубов в норме/кариозной патологии и особенностями состава ротовой жидкости пациента с использованием комплекса структурно-спектроскопических методов анализа. Установлено, что в эмаль из ротовой жидкости проникают те ионы, концентрация которых в ротовой жидкости больше, чем в эмалевой жидкости. В норме ротовая жидкость насыщена фосфатами и кальцием, что обеспечивает нахождение около эмалевых призм достаточного количества Са2+, HРО4 2-, F-, ОН-. При недостаточной насыщенности – кристаллы гидроксиапатита эмали начинают растворяться. Увеличение концентрации кальция и фосфат-ионов в ротовой жидкости вызывает осаждение и формирование сторонних фосфатов кальция, которые являются причиной ограниченной проницаемости веществ через биопленку, зарождения зубного налета и повышенной растворимости эмали. 2. Выявлены взаимосвязи между наиболее информативными прогностическими и диагностическими клинико-лабораторными показателями твердых тканей интактных и кариозных зубов и ротовой жидкости у пациентов в возрасте от 18 до 65 лет. Анализ полученных результатов клинического обследования пациентов с помощью индексов КПУз, ICDAS, ИГР-у, и КОСРЭ-теста и данных об изменениях в молекулярном составе ротовой жидкости, полученных с использованием ИК-спектроикроскопии показал прямую зависимость между полученными данными. Показано, что чем меньше уровень минерального насыщения ротовой жидкости, тем ниже резистентность зубов к кариесу и выше интенсивность кариеса. Индекс клинико-лабораторной оценки резистентности твердых тканей зубов (ИКЛОРЗ) повышает эффективность выявления начальных очагов деминерализации эмали в сравнении с индексами КПУз, ICDAS, оценивает прирост интенсивности кариозного процесса зубов во времени и позволяет судить о том, что данный индекс более чувствителен для ранней диагностики кариеса зубов. Наиболее показательные изменения в составе ротовой жидкости людей, страдающих кариесом дентина, происходят в отношении количества групп −N=C=S, соотносимых с присутствием в слюне тиоцианатов, карбоновых групп сложных эфиров, липидов и углеводов, которые характерны для процесса развития кариеса. 3. Изучены изменения, происходящие в молекулярном составе ротовой/дентинной/десневой жидкостей у людей с прогрессирующим кариесом на основе их структурно - спектроскопических исследований. Используя предложенный в наших работах подход весьма изменения, происходящие в молекулярном составе дентинной/десневой жидкостей и крови у людей с прогрессирующим кариесом были изучены на основе расчета следующих соотношений (коэффициентов). Первый коэффициент: K1 (Амид II/ Амид I) был рассчитан из отношения интегральной интенсивности полосы Амид II к интегральной интенсивности полосы Амид I. Второй коэффициент K2 –тиоцианат/белок, рассчитан из отношения интегральной интенсивности полосы колебаний −N=C=S, расположенной в области 2100 – 2050 см-1 и соотносимой с тиоцианатом, к интегральной интенсивности амидных полос (Амид I и Амид II). Соотношение K3 – Эфир/Амид I было определено из соотношения интегральной интенсивности карбоновой группой сложного эфира в области 2100-2050 см-1 к интегральной интенсивности полосы Амид I. Удалось показать, что наиболее очевидные изменения в молекулярном составе биологических жидкостей могут быть обнаружены на основе анализа коэффициентов K2 и K3. 4. Накоплены научные знания о потенциальных биомаркерах в ротовой/дентинной/десневой жидкостях человека, значимых для эффективного определения физиологических и патологических процессов связанных с развитием кариеса и других патологий ротовой полости, полученных с использованием структурных и спектроскопических методов анализа. На основе полученных в ходе выполнения проекта данных удалось показать, что рост уровня тиоционатов и сложных эфиров, сопровождающий развитие кариеса, фиксируется в образцах дентинной и десневой жидкостей. Больший уровень эти маркеры развития кариеса дентина имеют в дентинной жидкости, но при этом и в десневой жидкости они могут быть достоверно обнаружены и указывать на тот факт, что происходящие изменения в ее составе связаны с развитием патологических процессов в глубоких тканях дентина. Таким образом привлечение для скрининга десневой жидкости, забор которой для анализа не представляет собой столь сложной задачи, как взятие дентинной жидкости, будет способствовать переходу к превентивной медицине, развитию высокотехнологичного здравоохранения и технологий здоровьесбережения в целом. 5. Создана биомиметическая модельная среда, имитирующая изменения, происходящие в эмали/дентине зубов и ротовой жидкости человека при развитии кариозного процесса. В ходе модельного эксперимента с использованием созданной биомиметической среды, имитирующей изменения, происходящие в эмали/дентине зубов и ротовой жидкости человека при развитии кариозного процесса, с применением методов оптической спектромикроскопии изучены особенности ИК-спектров и спектров фотолюминесценции модельной среды. Полученные данные соспоставлены с уже имеющимися у нас экспериментальными данными и подтвердили предположения об образовании слабых фосфатов при взаимодействии апатита эмали с органическими кислотами (продуктами жизнедеятельности микроорганизмов). 6. Воспроизведены в биомиметической модельной среде иерархические особенности эмали, таких как направленное и упорядоченное расположение кристаллов гидроксиапата между слоями органики, изменение элементного соотношения в ГАП с глубиной эмали, повышение доли органического матрикса вблизи границы к дентину и соответствующего морфологического профиля. С использованием комплекса структурно-спектроскопических исследований было установлено, что при формировании биомиметического материала, включающего нанокристаллический КГАП и L-лизин гидрохлорид, происходит химическое взаимодействие между КГАП и L-лизином в случае кислой среды, идущее с образованием анионной формы L-лизина гидрохлорида вследствие основных свойств КГАП. При этом образование связи между группой РО43-,v3 КГАП и NH3+ АК преимущественно осуществляется в кислой среде, а замещение ОН групп гидроксиапатита на карбоксильную группу COO- L-лизина происходит в щелочной среде без изменения фазового состава. 7. Уточнены возможные механизмы фазообразования в биомиметических материалах, влияющих на структурные, оптические и биомеханические характеристики биомиметического материала и модельной среды. Синтезированные нами биомиметические материалы с соотношеним органической и неорганической составляющих 5/95, 25/75, 40/60 дали нам возможность смоделировать состав, оптические (ИК-спектры и люминесценцию) и биомеханические характеристики твердых тканей человеческого зуба (эмали и дентина). Сопоставление свойств нативных и биомиметических материалов показало, что особенности оптических и биомеханических характеристик твердых тканей зуба обусловлены не только соотношением между органической и неорганической составляющими в составе нативной твердой ткани, но и типом дефектов в гидроксиапатите. 8. Исследованы in-vitro взаимосвязи между изменением состава и структуры модельных биогенных тканей/жидкостей в норме/при патологии и их фундаментальными оптическими характеристиками, проявляемыми модельной средой Удалось показать, что разработанная нами биомиметическая модельная среда (система), на основе нанокристаллического КГАП, полученного из биогенного источника кальция и комплекса основных полярных аминокислот, соответствующих органоминеральному комплексу зубов человека, способна образовывать функциональную связь с твердой тканью зуба человека. Полученные нами данные о фундаментальных оптических характеристиках модельной среды подтверждают возникающую химическую дифференциацию материалов и наличие органоминерального взаимодействия на границе биомиметическая система/естественная твердая ткань. Распределение молекулярно-химических групп фосфатов, протеинов, амидов и компонентов эфира, изученное с использованием многомерных методов кластеризации многокомпонентных ИК-спектров, позволило изучить in-vitro взаимосвязи между изменением состава и структуры модельных биогенных тканей/жидкостей в норме/при патологии. 9. Исследовано распределение химических связей в тканях зуба/биомиметических материалах и анализ протекания процессов реминерализации, осуществленных с использованием биомиметических материалов. Продемонстрирована возможность применения молекулярной многомерной ИК-визуализации для анализа интеграции нового поколения биомиметических материалов, воспроизводящих минералорганический комплекс эмали с нативными твердыми тканями зуба человека. С применением ИК-картирования интенсивности конкретной функцио-нальной молекулярной группы с использованием синхротронного излучения были найдены и визуализированы различия между здоровой тканью, стоматологическим материалом и биомиметическим переходным слоем в межфазных областях, а также определены рас-положение и концентрация функциональных групп, отвечающих процессам интеграции биомиметического композита и нативной твердой ткани зуба человека и реминерализации, происходящей на интерфейсе. 10. Выполнен визит в научный центр класса “магасайнс” – Австралийский синхротрон. В рамках выполненных работ получены следующие научные результаты: – С использованием методов ИК-спектромикроскопии, а том числе с использованием синхротронного излучения на оборудовании установки класса “мегасайнс” - Австралийский синхротрон г. Мельбурн,

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В 2020 году во время выполнения второго этапа работ по Проекту выполнена следующая работа и получены следующие конкретные результаты: 1.1 ИССЛЕДОВАНЫ ПРОЦЕССЫ РЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ТВЕРДОЙ ТКАНИ ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ ЗУБОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ НА УРОВНЕ ИОНОБМЕННЫХ РЕАКЦИЙ НА ГРАНИЦЕ РОТОВАЯ ЖИДКОСТЬ/БИОПЛЕНКА/ТВЕРДАЯ ТКАНЬ. Согласно полученными нами данным об особенностях минерализации апатита эмали при повышенном содержании фтора в ротовой полости и зубной биопленке, атомы фтора внедряются в структуру апатита эмали, приводя к образованию фторзамещенного апатита. Микрообласти флюорозной эмали содержат дефектный гидроксиапатит, где позиции гидроксильных групп замещены атомами фтора с вытеснением карбонат аниона CO2−3 с позиций А-типа дефектов в решетке апатита. На это указывает изменение профиля, соответствующих полос и перераспределение интенсивности компонент Рамановских и ИК- спектров отражения. В тоже время, анализ спектральных данных показывает, что включение атомов фтора на начальных стадиях заболевания не ведёт к исключению карбонат аниона с позиций B-типа дефектов в апатите эмали. 1.2 ВЫЯВЛЕНА ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ СОСТАВОМ ЗУБНОЙ БИОПЛЕНКИ И ТИПОМ ПРОВОДИМОЙ ПРОФИЛАКТИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКЗОГЕННЫХ И ЭНДОГЕННЫХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ КАРИЕСОРЕЗИСТЕНТНОСТИ IN VIVO, НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ОСОБЕННОСТЕЙ МОЛЕКУЛЯРНОГО СОСТАВА ЗУБНОЙ БИОПЛЕНКИ. На основе анализа молекулярного состава образцов биопленки зубов человека с привлечением оборудования Infrared Microspectroscopy (IRM) beamline (Australian synchrotron, Victoria, Australia была установлена взаимосвязь между составом зубной биопленки и типом проводимой профилактики с использованием экзогенных и эндогенных методов повышения кариесорезистентности in vivo. что использование профилактических средств по-разному отражается на молекулярном составе образцов зубной биопленки у пациентов с различной кариесогенной ситуацией. 1.3 УСТАНОВЛЕНЫ ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В КОНФОРМАЦИОННОМ ОКРУЖЕНИИ БЕЛКОВ ОБРАЗЦОВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ РОТОВОЙ ПОЛОСТИ, ПРИ РАЗВИТИИ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ КАРИОЗНОГО ХАРАКТЕРА В ТВЕРДЫХ ТКАНЯХ ЗУБА ЧЕЛОВЕКА. При развитии патологий дентина кариозного характера в органической компоненте взятых образцов крови, десневой и дентинной жидкостях доля связей CN и NH по отношению к доле C=O связей практически не изменяется, ровно как не изменяется процентное содержание α-helix компоненты во вторичной структуре всех трех жидкостей. При этом следует отметить, что эта величина, лежащая в пределах 28% (кровь) – 31% (десневая) – 32% (дентинная) значительно ниже той, которая наблюдается в норме для белка сыворотки крови (HSA) и должна быть в пределах 50 – 60%. Этот факт является весомым индикатором изменений во вторичной структуре белка, сигнализируя о конформационных трансформациях, происходящих в белках биологических жидкостей пациентов при развитии кариеса дентина. 1.4 ВЫЯВЛЕНЫ ФАКТОРЫ, ПРИВОДЯЩИЕ К НОРМАЛИЗАЦИИ УРОВНЯ ИОННОГО ОБМЕНА МЕЖДУ РОТОВОЙ ЖИДКОСТЬЮ И ЗУБНОЙ БИОПЛЕНКОЙ НА ФЕРМЕНТАТИВНОМ УРОВНЕ И СПОСОБСТВУЮЩИЕ ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОФИЛАКТИКИ КАРИЕСА, ПРОВОДИМОЙ ЭКЗО И ЭНДОГЕННЫМИ МЕТОДАМИ; На основе данных полученных методом синхротронной FTIR, а также результатов расчетов соотношений между органическими и минеральными составляющими и статистического анализа данных, мы смогли выявить и оценить факторы, приводящие к нормализации уровня ионного обмена между ротовой жидкостью и зубной биопленкой на ферментативном уровне и способствующие повышению эффективности профилактики кариеса, проводимой экзо и эндогенными методами. Показано, что у пациентов в норме и при развитии кариеса различаются механизмы адсорбации ионов, соединений и комплексов, пришедших из ротовой жидкости в зубную биопленку на этапе экзо/эндогенной профилактики. Важную роль здесь на наш взгляд играет конформационное окружение и зарядовое взаимодействие в микробиоте, а также электростатическое состояние белковой сети биопленки. 1.5 ПРОВЕДЕНЫ ДОКЛИНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ В ПРОЕКТЕ БИОМИМЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ – ПЕРСПЕКТИВНЫХ АГЕНТОВ РЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ТВЕРДОЙ ТКАНИ (ЭМАЛИ/ ДЕНТИНА); Изготовлен лечебно-профилактический реминерализующий гель, на основе биомиметических материалов, включающих в себя нанокристаллический карбонат замещенный гидроксиапатит, полученный по нашей уникальной технологии из биогенного источника кальция – скорлупы яиц, набора полярных аминокислот (гистидин, аргинин, лизин), гиалуроновую кислоту, глицерофосфат кальция, а также связующие наполнители – глицерин, аэросил, активаторы обменных процессов – цианокобаламин (витамин В12) и эргокальциферол (витамин Д). Проведен ряд доклинических испытаний полученных материалов, с использованием структурно-спектроскопических методов анализа, которые достоверно подтвердили проникновение компонентов лечебно-профилактических реминерализирующих средств в межкристаллические пространства наружнего слоя эмали и его химическую адгезию к твердым тканям зуба. В результате проведения доклинических испытаний биомиметических материалов показана эффективность проводимых с их использованием лечебно-профилатических мероприятий, на основе оценки индекса клинико-лабораторной оценки резистентности твердых тканей. 1.6 СИСТЕМАТИЗИРОВАНЫ ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ ОБРАЗЦОВ РАЗЛИЧНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ РОТОВОЙ ПОЛОСТИ, ПОТЕНЦИАЛЬНО ЗНАЧИМЫХ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕТОДИК ПРЕЦИЗИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ КАРИЕСА/ПАТОЛОГИЙ РОТОВОЙ ПОЛОСТИ С РАЗЛИЧНЫМ УРОВНЕМ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАБОЛЕВАНИЯ; Анализ особенностей в оптических спектрах образцов биологических жидкостей ротовой полости показал, что обнаруженные нами качественные изменения в FTIR спектрах дентинной и десневой жидкостей являются сигнатурами патологий кариозного характера. При этом следует обратить внимание на факт значимого сдвига на 4 см-1 в положении βIV-pleated sheet structures компоненты во вторичной структуре полосы Amid I дентинной жидкости по отношению к положению этой компоненты в спектре крови. Этот сдвиг мы связывает с тем фактом, что в дентинной жидкости как ответ на местную инфекцию или воспаление могут появляться цитокины и хемокины, являющиеся медиаторами патологических процессов. Показано, что в области Amid I провоспалительный цитокин TNF-α – фактор некроза опухоли имеет полосу поглощения с максимумом около 1636 cm-1, при этом особенностью полосы поглощения является наличие характерного плеча около 1690 cm-1. Сопоставляя эти данные с полученными нами результатами моделирования вторичной структуры белков в области полосы Amid I хорошо заметно, что максимум βIV-pleated sheet structures компоненты в спектре дентинной жидкости совпадает с характерным максимумом TNF-α, что подтверждает присутствие провоспалительных цитокинов в составе дентинной жидкости и их взаимодействие с компонентами вторичной структуры белка. 1.7 ВЫРАБОТАНЫ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРАКТИКУЮЩИМ ВРАЧАМ СТОМАТОЛОГАМ С УЧЕТОМ ПОЛУЧЕННЫХ В ПРОЕКТЕ ДАННЫХ. – Полученные в Проекте результаты позволили нам сформировать алгоритмы лечебно-профилактических мероприятий, ориентированных на профилактику развития кариозного процесса в твердых тканях зуба.. – Базируясь на полученных в нашем Проекте данных в 2019 году в Воронежской области дан старт 3летнего пилотного проекта по коррекции пищевого поведения школьников в целях профилактики развития кариеса у них. План профилактических мероприятий по предупреждению развития кариеса зубов у детей школьного возраста основан на концепции этиологии заболевания, а также условиях нормализации обменных процессов в твердых тканях человеческого зуба при использовании экзогенных и эндогенных методик профилактики кариеса, определенных при выполнении работ по Проекту.