R EVUES SCIENTIFIQUES

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1 ETAT DE SURFACE TBR LA SCIENCE AU SERVICE DE L IMPLANTOLOGIE ORALE Durant ces 20 dernières années, le nombre d interventions en implantologie orale n a cessé d augmenter pour atteindre aujourd hui un peu plus d un million d interventions implantaires par an dans le monde. [1] Le succès clinique de la pose d implants dentaires est lié à la qualité et la rapidité de l ostéointégration. [1] Depuis plus de 25 ans, plusieurs techniques ont progressivement été développées dans le but d améliorer l ostéointégration d un point de vue physique et chimique. [2] A partir des années 1980, l état de surface des implants est défini comme l un des cinq facteurs particulièrement important pour l insertion de l implant dans l os, avec la biocompatibilité du matériau implanté, la bioforme de l implant, la technique chirurgicale et les conditions de mise en charge. [3,4] Albrektsson et coll. (1981) affirmèrent que l ostéointégration dépend essentiellement de l état de surface de l implant, et plus précisément de sa composition chimique, sa charge de surface, sa mouillabilité et sa topographie. [5] L étude du titane et de ses caractéristiques physico-chimiques appliquée aux mécanismes biologiques de cicatrisation osseuse va permettre de définir un état de surface favorisant une ostéo-intégration optimale. LE TITANE, LE MATÉRIAU PAR EXCELLENCE DE L OSTÉOINTÉGRATION Le titane est choisi dans le domaine dentaire pour son excellente biocompatibilité. Cette dernière est assurée par une couche de passivation TiO2 qui le protège de la corrosion. [2] [3] En effet, les principaux matériaux utilisés pour la fabrication d implants dentaires se divisent en deux catégories : le titane «commercialement pur» (Ti Cp) ou les alliages de titane. Le titane commercialement pur possède plusieurs grades (grade 1 à 4) caractérisant les différentes proportions en oxygène, carbone, et fer. Plus le grade est faible (grade 1) et plus le matériau est «pur», c est-à-dire des proportions en oxygène, carbone, et fer négligeables. Ainsi, le Ti Cp de grade 4 possède des caractéristiques mécaniques plus élevées que le Ti Cp de grade 2. Le Ti Cp de grade 2 est rigide et résistant à la corrosion et éprouve une bonne capacité de transformation. Le Ti Cp de grade 4 offre une tenue à la corrosion et un module d élasticité exceptionnels. Cependant, les alliages de titane possèdent quant à eux une meilleure résistance à la fracture et des propriétés de fatigue supérieures à celles du titane «commercialement pur». [1] Le processus d ostéointégration de l implant en titane commence dès sa mise en place avec la participation active de sa surface oxydée. Sa couche d oxyde possède une composition chimique primordiale, ou charge de surface, dédiée à l adsorption de protéines spécifiques et à l attachement cellulaire. [1,4] Elle est responsable de la physiologie de l interface os/titane. Ces deux structures (os, titane) sont en fait séparées par une couche de protéoglycanes partiellement calcifiée et des faisceaux de fibres de collagène sur quelques centaines d angströms d épaisseur. [4] Le titane, reconnu pour son importante mouillabilité, possède donc la capacité d être recouvert rapidement par les cellules issues du sang (érythrocytes, thrombocytes, leucocytes, etc.) et du caillot initial. [1,4] 1/5

2 Cette première phase d étude a pu mettre en évidence le choix indiscutable du titane pour la fabrication d implants dentaires. Pendant plus de 20 ans, le Groupe TBR a cumulé les avantages des alliages de titane et du titane commercialement pur (Ti Cp) afin de s orienter vers du titane pur de grade 4. Afin de développer l état de surface qui permettra une intégration osseuse optimale, il est indispensable d appréhender les phénomènes cliniques liés aux procédures implantaires. PHÉNOMÈNES BIOLOGIQUES LIÉES À LA CHIRURGIE IMPLANTAIRE. Le succès clinique de l implantation résulte d une série d étapes chirurgicales et de réactions biologiques. Au préalable, une stabilité primaire de l implant provenant de la quantité, de la qualité et de la distribution osseuse du site chirurgical, doit être assurée. [6,7] En effet, l intégration osseuse d un implant est amorcée par un phénomène d ostéoclasie (processus de nécrose localisé de l os), suivi d un processus d ostéogenèse (Reconstruction osseuse). [6,8] OSTEOCLASIE Suite à la pose de l implant, l os environnant subit un processus de résorption et un renouvellement osseux, débutant par le remplacement de l os lamellaire par de l os compact mature. [6,11,12] Ce phénomène d ostéoclasie dure environ cinq jours à partir de l intervention. Ce dernier se poursuit par une cascade de réactions moléculaires et cellulaires induisant la synthèse et la différenciation de nouvelles cellules osseuses le long de la surface du biomatériau : étape de cicatrisation osseuse. [6] OSTEOGENESE Cette reconstruction osseuse débute par la formation d un caillot sanguin suite à des cascades d activations biochimiques (Activation de la fibrine, issue du fibrinogène sous l action de la thrombine/ activation de la plasmine, enzyme issue du plasminogène/ Activation de la Kinine). [6] Ensuite, cette reconstruction se poursuit par une deuxième étape, l activation des cellules plaquettaires qui adhèrent aux réseaux de fibrine et à la surface de l implant. [6] Une étude de Davies [13] d une part, et de Lazzara [6] d autre part, confirment que les cellules sanguines et les plaquettes sont au centre du processus de migration des cellules osseuses via le caillot de fibrine qui est au contact direct de la surface de l implant. Ces cellules plaquettaires génèrent des facteurs de croissance qui ont pour but d accélérer la cicatrisation osseuse. [6] Une migration de macrophages succède à l adhésion plaquettaire (1er médiateurs de tissus néoformés) dans le but initial d éliminer les débris nécrotiques résultant du forage. [6,15] Or, ils joueront un rôle clé dans la formation d un nouveau tissu osseux sur la surface de l implant. [6, 14-17] En effet, les macrophages sécrètent de multiples facteurs de croissances (FGF-1, FGF-2, FGF-4), ainsi que des protéines de développement génétique osseux (BMPs). Le résultat final est une cicatrisation osseuse idéale comprenant une angiogenèse. [6, 18,19] La formation ultérieure d une matrice minérale durant l ostéogenèse et le renouvellement osseux implique la présence de cellules souches mésenchymateuses multipotentes, et de leur différenciation progressive en ostéoblastes. [6, 20, 21] 2/5

3 Misaski et coll. montrèrent que les cellules souches mésenchymateuses humaines, en contact avec une surface de titane, augmentent spécifiquement l expression de phosphatases alcalines, une enzyme essentielle impliquée dans le contrôle d une biominéralisation à la surface de l implant. [6, 22] La mise en évidence de cette multitude de réactions biologiques impliquées dans la cicatrisation osseuse permet d adapter les paramètres de l état de surface des implants TBR. SABLAGE-MORDANÇAGE, UNE TECHNIQUE ÉPROUVÉE. Depuis ces dernières années, de nombreux efforts ont été réalisés en vue d améliorer le succès de la thérapeutique implantaire. L un de ces efforts a consisté à réduire le temps de cicatrisation en utilisant de nouveaux états de surface qui améliore le mécanisme d ostéointégration, tant en terme de qualité des tissus néoformés qu en terme de délais. [5] EVOLUTION DES ETATS DE SURFACE Les premières surfaces ostéo-intégrables étaient fabriquées par usinage industriel d implants en titane. De ce procédé industriel résulte des surfaces présentant un minimum de rugosités et des micro- scissures résiduelles réparties sur l ensemble de la surface de l implant. [2] Pendant plusieurs années, ces implants usinés étaient considérés comme parfaitement appropriés à une ostéointégration à longterme. [23] D après Ripari et coll. (2002), ces surfaces usinées obtiennent un pourcentage moyen de contact os-implant, après 8 semaines de cicatrisation, de 54,16 %, considéré comme un taux de succès d intégration important de ces implants. [23, 24] Albrektsson et coll. affirmèrent en 1981 qu une formation osseuse plus rapide et solide confèrerait une meilleure stabilité à l implant d une part, et qu un processus de cicatrisation optimisé permettrait une mise en charge plus rapide de l implant. [1] Or, de nombreuses études scientifiques dont celle de Klokkevold, démontrent que la rugosité de la surface d implants titane influe sur le taux d ostéointégration et la fixation biomécanique. [1-3, 5, 23, 24] Martin et coll. affirment que l attraction de certaines cellules par les scissures de surfaces usinées conforte le concept d une sensibilité croissante de ces cellules à des surfaces rugueuses. [28] En effet, une meilleure rugosité de la surface augmenterait l aire totale de l implant et le potentiel de fixation biomécanique de l os. Ces caractéristiques permettraient de rehausser l interface os/implant et d améliorer sa stabilisation. [4] Kasemo et Lausmaa en 1988 ont fait remarquer que les micro-rugosités apportent des avantages d un point de vue mécanique permettant ainsi une bonne répartition des forces tout le long de l implant encourageant une mise en charge plus précoce. Aujourd hui, il existe plusieurs techniques de modification de surfaces communément utilisées en vue de travailler l état de surface lisse du titane usiné. Certaines techniques consistent à ajouter de la matière au métal, créant ainsi une surface bosselée (profil convexe), il s agit de procédures additives. A l inverse, des techniques basées sur l élimination de particules de matière à la surface du titane, créant cette fois-ci des fosses ou des pores (profil concave), correspondent à des procédures de soustraction. [3] De façon générale, le sablage-mordançage à l acide fluorhydrique est un des multiples revêtements de surface additionnant deux procédés de modifications soustractives. Dans un premier temps, la surface de titane subit un sablage à partir de particules de céramique dure, telles que l alumine, oxyde de titane, ou encore phosphate de calcium. Dans un second temps, elle est trempée dans un bain d acide, ou encore mordancée à l acide, tels que HCl, H2SO4, HNO3 et HF. [1] 3/5

4 Le Groupe TBR combine un sablage et un mordançage, technique communément utilisée et éprouvée pour la modification de surface de titane depuis plus de 30 ans. D une part, le sablage au corindon de l implant permet d obtenir une rugosité optimale de sa surface favorisant une fixation mécanique osseuse. D autre part, le mordançage à l acide fluorhydrique lisse les angles vifs des rugosités et ajoute à cette surface une composante énergétique (surface bioactive) lui apportant un potentiel important d adhésion protéique. La raison de la combinaison de ces méthodes est de favoriser ainsi la procédure de cicatrisation osseuse primaire. [3] D UN POINT DE VUE HISTOLOGIQUE D une manière générale, les cellules responsables de l ostéointégration ont montré une sensibilisation à la microtopographie de la surface en titane de l implant. Il a été observé que les ostéoblastes forment préférentiellement une attache initiale aux surfaces rugueuses de titane ; encourageant ainsi leur prolifération et différenciation. [25] D après l une des expériences de Davies, l agglomération de plaquettes est plus importante sur une surface rugueuse que sur une surface lisse, de même pour l attachement des caillots sanguins. [4] En 2006, Stanford et coll. démontrèrent également que plus la surface est rugueuse plus l activation plaquettaire est voisine de 100%. [6, 26] De plus, les expériences de Mendonca et coll. ainsi que Valencia et coll. basées sur le développement des cellules souches mésenchymateuses humaines ont montré que ces cellules développent en 28 jours une réponse spécifique aux surfaces de titane sablées/mordancées. [6, 29-31] Les propriétés géométriques de la surface sablé-mordancée à l acide fluorhydrique des implants titane TBR influent sur le cytosquelette des organismes biologiques responsables de la croissance, de la mobilité, et de l adhésion cellulaire osseuse. Les surfaces sablé-mordancées stimulent la prolifération et la différenciation cellulaire, augmentant ainsi la production de médiateurs chimiques et facteurs de croissance. [6,28] En effet, Paul et coll. en 2008, ont montré que les macrophages répondent à la topographie macroscopique de la surface sur laquelle ils adhèrent et prolifèrent. [6, 27, 28] De plus, l expression des protéines agissant sur la minéralisation des matrices, telle que la phosphatase alcaline, croît lors de la présence d une surface sablée et mordancée engendrant une augmentation de la matrice osseuse. [6, 32] La production d autres facteurs participant à la croissance osseuse, par exemple l ostéocalcine, est également supérieure en présence de surfaces rugueuses [28, 33] De nombreux efforts de modifications des surfaces implantaires ont été réunis, à partir du titane usiné, afin d améliorer le processus de cicatrisation osseuse post-opératoire. Aujourd hui, l un des procédés de modification de surface le plus largement répandu est le sablage associé au mordançage avec un taux de succès supérieur à 95% au-delà de 5 ans. [1] En effet, le Groupe TBR est l un des fabricants ayant adopté depuis plus de 25 ans ce traitement de surface. Ces procédés de traitements soustractifs permettent d obtenir une réaction osseuse optimale suite à l implantation. Ainsi, ils favorisent un processus d ostéoclasie physiologique réduit et une meilleure ostéogenèse. Cette dernière assurera alors un ancrage primaire idéal et une préservation du niveau osseux à long terme par la formation d un os dense autour de l implant. [3-4] Cette réponse tissulaire forte est alors le reflet de l état de surface sablé-mordancé du titane sous toutes ses formes. Ce traitement de surface spécifique, appliqué à la surface des implants, améliore l adhésion cellulaire, la bioactivité de surface, et augmente la résistance à l usure, tout en respectant la biocompatibilité du matériau. D un point de vue clinique, l ensemble de ces caractéristiques favorise donc le mécanisme d ostéointégration, tant en terme de qualité du tissu néoformé qu en terme de délais de cicatrisation osseuse. 4/5

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Journal of Oral Maxillofacial Surgery, Volume 68, 2010 Parc de la Plaine - 24, impasse René Couzinet TOULOUSE / FRANCE Tél : +33 (0) Fax : +33 (0) contact@tbr-group.com 5/5