Implants dentaires Trabecular Metal. Résumé du concept et de la recherche pour son développement

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1 RECHERCHE scientifique Implants dentaires Trabecular Metal Résumé du concept et de la recherche pour son développement M. COLLINS J. BASSETT H. BO WEN C. GERVAIS M. LOMICKA S. PAPANICOLAOU RÉSUMÉ La recherche en biomatériaux implantables et en technologies de surface des 30 dernières années a permis de mettre au point un biomatériau en tantale poreux dont la structure et l élasticité sont semblables à celles de l os trabéculaire. Ce matériau est largement utilisé en reconstruction orthopédique depuis plus de 10 ans. Des progrès récents ont conduit à l élaboration d un nouvel implant dentaire : le Trabecular Metal Dental Implant (Zimmer Dental Inc., Carlsbad, États-Unis). Cet article présente une revue sur le concept de cet implant et ouvre la discussion sur la recherche qui a conduit à sa création. MOTS CLÉS : 1 Implant dentaire 1 Surface implantaire 1 Trabecular Metal SUMMARY Trabecular Metal Dental Implants: Overview of design and developmental research. Research in implant biomaterials and surface technologies over the past three decades has led to development of a porous tantalum biomaterial with a structure and elasticity similar to trabecular bone. This material has been used extensively in orthopedic reconstructions for over a decade. Recent advancements have led to the development of a new Trabecular Metal Dental Implant (Zimmer Dental Inc., Carlsbad, CA, USA). This article presents an overview of the implant design, and discusses some of the underlying research that led to its development. KEYWORDS : 1 Dental Implant 1 Implant Surface 1 Trabecular Metal INTRODUCTION Des tentatives visant à remplacer les dents manquantes par des matériaux implantables ont été observées sur des restes humains anciens [1], puis documentées sur le plan expérimental et clinique dans la littérature dentaire depuis le XIX e siècle [2, 3]. Durant ces 30 dernières années, les systèmes d implants dentaires ont été commercialisés sous forme de matériaux très divers : tantale [2, 4, 5], carbone vitrifié [6-8], saphir monocristallin [9, 10], acier inoxydable [2, 3], titane [3, 11-14] et autres substances. Cependant, l ère de la dentisterie implantaire moderne est avant tout fondée sur la recherche en orthopédie portant sur le titane et adaptée par la suite pour des applications en implantologie dentaire. En 1940, les chirurgiens orthopédiques [15] ont d abord expérimenté l utilisation chirur gicale du titane et ont signalé son extrême biocompatibilité. Dans les années 1950, d autres chirurgiens orthopédiques [16, 17] ont rapporté la capacité supérieure du titane à résister à la corrosion et à demeurer relativement inerte à l intérieur du corps [18-20]. En 1977, le chirurgien orthopédique Per-Ingvar Brånemark et son équipe [11-14] ont publié les résultats de leur étude monumentale menée pendant 10 ans sur les implants dentaires. L équipe de Brånemark a documenté [11-14] les processus et les conditions selon lesquels de l os vivant organisé pouvait établir une connexion directe, à la fois structurelle et fonctionnelle, avec un implant dentaire en titane mis en charge. Ces chercheurs [11] ont inventé le terme «ostéointégration» pour décrire le phénomène naturel mentionné pour la 3 S5

2 Implants dentaires Trabecular Metal. Résumé du concept et de la recherche pour son développement - M. COLLINS, J. BASSETT, H. BO WEN, C. GERVAIS, M. LOMICKA, S. PAPANICOLAOU première fois par leurs prédécesseurs il y a plus de trois décennies. Durant les 30 ans qui ont suivi la publication de l étude fructueuse de Brånemark, une recherche continue en dentisterie et en orthopédie s est concentrée sur différentes techniques visant à favoriser l apposition d os sur des surfaces d implants en titane. Malgré les différences observées selon les localisations anatomiques et les structures osseuses, une variété de techniques visant à modifier les surfaces mises au point dans le domaine de l orthopédie a pu être adaptée avec succès pour leur utilisation en implantologie dentaire. Parmi celles-ci, on trouve l hydroxyapatite (HA), la projection de plasma de titane (TPS) et les revêtements de surface poreux tels que les surfaces de microbilles poreuses et le revêtement en titane à structure trabéculaire (CSTi ). Le matériau Trabecular Metal (Zimmer Dental Inc., Carlsbad, États-Unis) est un biomatériau poreux dont la structure et la rigidité sont similaires à celles de l os trabéculaire (FIG. 1) [21-26]. Il est fabriqué en recouvrant un squelette de carbone vitrifié par une couche de tantale (FIG. 2) grâce à un procédé de revêtement breveté qui se fait par une déposition chimique en phase vapeur. Le tantale présente sur la surface en carbone vitrifié un schéma de croissance cristallographique [26, 27] des trabécules interconnectés [23, 27-31] (FIG. 1) qui forment le matériau. La technologie Trabecular Metal diffère de façon significative des surfaces en microbilles frittées, des surfaces projetées au plasma de titane, des mailles en fibres de titane ou encore de la mousse de titane, en raison de sa haute porosité interconnectée (jusqu à 80 %) et de la régularité de taille et de forme de ses pores [23, 27, 28, 30, 31]. FIG. 1 / Vue au microscope électronique à balayage d os trabéculaire (à gauche) et du matériau Trabecular Metal (à droite). FIG. 2 / Coupe au microscope électronique à balayage des trabécules du matériau Trabecular Metal montrant le revêtement en tantale, l os environnant (a) recouvrant le squelette en carbone vitrifié (b). Contrairement au contact os-implant obtenu sur des surfaces non poreuses, le réseau géométrique de pores interconnectés de la technologie Trabecular Metal est conçu pour favoriser une croissance biologique à l intérieur des pores [20, 24-27, 30-32]. Ce matériau Trabecular Metal a été très largement utilisé pour des reconstructions orthopédiques durant plus de 10 ans [23-25, 28, 31, 33, 34]. Cet article présente un nouvel implant dentaire Trabecular Metal et son évolution dans le domaine de la recherche. ÉTUDES PRÉLIMINAIRES SUR LA TECHNOLOGIE DU TRABECULAR METAL EN TANT QUE BIOMATÉRIAU À l origine, la technologie Trabecular Metal a été commercialisée sous l appellation de matériau Hedrocel destiné à l augmentation osseuse tridimensionnelle. Au début des années 1990, une série d évaluations in vivo a débuté chez le chien [30, 35-37], sur le modèle canin, et des tests mécaniques ont permis d évaluer expérimentalement la structure cellulaire ouverte tridimensionnelle comme implant potentiel permettant la croissance intrinsèque d os spongieux et le support pour un implant dentaire dans la crête alvéolaire. S6

3 RECHERCHE scientifique SUBVENTION DE RECHERCHE DE L INSTITUT NATIONAL DE LA SANTÉ (DE09781) Financés par une subvention de l Institut national de la santé (NIH : National Institutes of Health), Kaplan et al. [30, 35-37] créent des résections mandibulaires de pleine épaisseur mesurant 18 mm sur les hémimandibules droites de 6 chiens. Un implant Trabecular Metal est placé dans le site et stabilisé à l aide d une plaque d ostéosynthèse à 10 trous. Sur les hémi-mandibules gauches (côté opposé), ils pratiquent une résection de pleine épaisseur mesurant 17 mm et ils augmentent avec l os réséqué du côté FIG. 3 / Croissance d os minéralisé à l intérieur du droit de la mâchoire, puis ils stabilisent avec une Trabecular Metal poreux (en noir sur la plaque de reconstruction à 10 trous. Les animaux sont photographie). On observe la conversion de la matrice ostéoïde en os minéralisé soumis à un examen quotidien et à des prises de [37] (coloration MIBS). radiographies ventro-dorsales durant une période de 6 mois afin d évaluer la cicatrisation des sites expérimentaux. Les plaques d ostéosynthèse sont déposées au bout de 3 mois chez les animaux qui présentent une stabilité mandibulaire confirmée lors des examens radiographiques et physiques. Pour les animaux qui ne présentent pas de stabilité passé ce délai, la phase de cicatrisation est poursuivie avec des évaluations mensuelles jusqu à ce que la stabilité soit confirmée et que la plaque puisse être déposée. Au bout de 6 mois, tous les chiens sont sacrifiés et la mandibule entière est prélevée sur chaque animal. Toutes les plaques de com- [37] (coloration au trichrome, en lumière semi-polarisée). FIG. 4 / Croissance d os non remodelé (immature) à l intérieur des pores du Trabecular Metal pression résiduelles sont déposées au moment du sacrifice. Chaque mandibule est sectionnée en deux parties : gauche (groupe témoin) et droite (groupe expérimental). Les hémi-mandibules sont ensuite sectionnées et préparées pour une analyse histologique. Au total, ces auteurs obtiennent 6 mandibules. Pour deux d entre elles, l implant test est tombé par suite de la résorption de l os adjacent due à une infection. Dans tous les échantillons survivants, le côté matériau Trabecular Metal est comparé avec le côté témoin opposé. Les 4 échantillons survivants présentent du tissu ostéoïde qui traverse l implant Tra- FIG. 5 / Formation d os lamellaire à l intérieur du Trabecular Metal. Selon les chercheurs, «la becular Metal et 3 d entre eux présentent de l os maturation de l os immature en os lamellaire indique minéralisé au centre du matériau (FIG. 3). Un échantillon la présence d un os normal et d une permanence» [37] (coloration au trichrome, en lumière semi-polarisée). présente de l os minéralisé sur les bords, mais le centre n est pas encore minéralisé (FIG. 4 et 5). La majeure 3 S7

4 Implants dentaires Trabecular Metal. Résumé du concept et de la recherche pour son développement - M. COLLINS, J. BASSETT, H. BO WEN, C. GERVAIS, M. LOMICKA, S. PAPANICOLAOU partie de la minéralisation apparaît sur les bords de l ostéo tomie. Il semble y avoir plus d os en voie de formation aux niveaux caudal, supérieur et lingual que sur les côtés crânien, inférieur et vestibulaire. La majeure partie de l os nouveau est immature (FIG. 4). Cependant, on observe de petites zones d os lamellaire surtout sur les bords de l interface os/implant. On n observe pas d éléments médullaires sur aucun des échantillons [36]. Des éléments cellulaires (ostéoblastes) sont identifiés dans l os immature à l intérieur de l implant ; cependant, ceux-ci sont quantitativement plus prédominants sur les bords. Les échantillons témoins montrent une bonne union osseuse dans tous les cas, y compris les cas qui se sont infectés. Par rapport aux sites témoins, les 4 échantillons tests survivants montrent une néoformation osseuse plus importante dans 1 cas, moins de néoformation osseuse dans 1 cas et une plus large zone de formation osseuse dans 2 cas, mais le degré de minéralisation est légèrement inférieur à celui des échantillons témoins. Kaplan et al. [30, 35-37] en ont conclu que la technologie Trabecular Metal et l os autogène présentaient le même taux de succès dans le traitement des défauts par discontinuité mandibulaire. L os pousse à l intérieur du matériau Trabecular Metal, se minéralise et génère des éléments cellulaires. BREVET ÉTATS-UNIS N PUBLIÉ EN 1994 L inventeur du brevet américain n a également participé aux travaux de recherche menés grâce à la subvention de l Institut national en recherche pour la santé (DE09781) cité plus haut [35]. Ce brevet mentionne que la technologie Trabecular Metal peut être utilisée «pour les augmentations de crêtes alvéolaires, en parodontologie et en reconstruction orthognatique» et qu elle s avère également «utile pour certaines applications orthopédiques». Bien qu à ce jour, la commercialisation de la technologie Trabecular Metal soit strictement limitée à des applications orthopédiques, le brevet de 1994 (US n ) mentionne par ailleurs que «la présente invention peut également être utilisée pour remplacer des dents du fait de sa capacité à induire une croissance tissulaire et osseuse, même en présence d une infection moyenne. Par exemple, une dent artificielle peut être raccordée à un cylindre cellulaire ouvert de tantale et positionnée dans la mâchoire à l intérieur d un orifice de taille adéquate. On laisse la gencive reposer contre la dent artificielle et une partie du cylindre pour réaliser une fermeture». Bien que la proposition d un tel implant dentaire n ait jamais été conçue avec le Trabecular Metal, un concept similaire d implant fabriqué en maille de fibres de titane a été lancé dans un premier temps durant les années 1970, mais l interface fibro-osseuse obtenue limitait ses chances de succès [39-46]. INTÉGRITÉ MÉCANIQUE ENTRE LE TRABECULAR METAL ET UN IMPLANT DENTAIRE UNITAIRE Dillion et al. [38] ont mené une expérimentation mécanique pour déterminer la capacité d une greffe tridimensionnelle de matériau Trabecular Metal à supporter une restauration dentaire unitaire implantoportée. Un implant en titane fileté de 3,7 mm de diamètre (Implant Screw-Vent, Zimmer Dental Inc.) a été placé dans un bloc de tantale poreux en Trabecular Metal mesurant mm, dont l expérimentation était en cours pour évaluer son utilisation comme substitut osseux dans des défauts segmentaires importants [38]. Le système est évalué en cycle unique et en fatigue par compression axiale, et par flexion sur le cantilever. Les échantillons de compression sont mis en charge à 25 N/s à l air libre jusqu à un maximum de 300 N et les échantillons de flexion sont mis en charge à 25 N/s à l air libre jusqu à leur rupture [38]. Les échantillons de fatigue sont testés en solution de Ringer à 37 C à 5 Hz jusqu à 2,5 10 cycles [38]. La rupture à la fatigue en compression est définie comme étant une déformation permanente de 0,03 mm [38]. Les résultats montrent une force moyenne de flexion en cycle unique de 1,04 ± 0,13 knmm et un déplacement moyen de 2,47 ± 0,61 mm avec un bras de levier de 7,5 mm. Les tests en compression axiale montrent un déplacement moyen de 0,17 ± 0,01 mm lors de la charge maximale à 300 N et la valeur moyenne de charge à laquelle l échantillon commence à fléchir est de 0,07 kn (± 0,28 kn) [38]. Une courbe de flexion du cantilever S/N est générée à partir de 80 % de la charge et se S8

5 RECHERCHE scientifique termine à 2, cycles [38]. Aucun échec au niveau du matériau Trabecular Metal ou à l interface n est détecté [38]. Tous les échecs des échantillons sont dus à la déformation de la vis [38]. La fatigue en compression axiale est réalisée sans échec avec une charge maximale de 600 N, ce qui représente environ quatre fois la force de mastication normale [38]. Les tests en cycle unique et à la fatigue indiquent tous que le système implantaire en Trabecular Metal est capable de supporter des charges qui sont significativement plus importantes que celles que l on trouve in vivo [38]. L échec du système se produit au niveau de la vis de pilier plus qu au niveau de l interface implant/trabecular Metal ou qu à l intérieur du Trabecular Metal lui-même [38]. ÉTUDE DE LA FAISABILITÉ MÉCANIQUE POUR L UTILISATION POTENTIELLE DE LA TECHNOLOGIE TRABECULAR METAL COMME MATÉRIAU POUR UN IMPLANT DENTAIRE (ZRR-ZD ) Des blocs cylindriques et hexagonaux de Trabecular Metal sont évalués par une force en va-et-vient, le test du couple de dépose et les tests en compression statique dans un matériau de substitution de l os, le polyéther de polyuréthane, afin de déterminer comment le matériau peut fonctionner durant sa mise en place dans l os et comment il peut supporter une charge directe. Les blocs de grand diamètre (6 mm) en Trabecular Metal montrent une bonne stabilité initiale et sont suffisamment solides pour résister aux forces de mise en charge en compression qui excèdent celles documentées pour l environnement buccal. Les blocs de diamètres inférieurs (3,7 et 3 mm) en Trabecular Metal pourraient bénéficier d une propriété antirotationnelle, telle que des spires externes, pour améliorer la stabilité initiale et le renforcement interne, et ce afin de résister aux forces de compression dans l environnement buccal. Par exemple, un implant fabriqué à la fois en titane et en Trabecular Metal pourrait être significativement plus résistant que les blocs pleins en Trabecular Metal seul. Les résultats de ces expérimentations indiquent qu une association de Trabecular Metal et de titane peut donner des propriétés mécaniques acceptables pour un implant dentaire. APPLICATION DE LA TECHNOLOGIE TRABECULAR METAL À L IMPLANT DENTAIRE L implant présente une configuration conique, multifiletée et endo-osseuse, similaire à celle de son prédécesseur, l implant Screw-Vent conique (Tapered Screw-Vent Implant, Zimmer Dental Inc.), mais modifiée avec une section médiane en Trabecular Metal (FIG. 6). Les structures coronaire, apicale et interne de l implant sont constituées d alliage en titane (Ti-6Al-4V grade 5) avec une surface microtexturée obtenue par sablage à l hydroxyapatite (Surface MTX ). La partie coronaire présente des microrainures cervicales et l hexagone interne de Zimmer Dental à connexion par friction ; la partie apicale présente des filets autotaraudants. Dans la partie médiane de l implant, le Trabecular Metal est constitué de tantale (98 %) recouvrant un support en carbone vitrifié (2 %) (FIG. 2). TANTALE Ce métal hautement biocompatible [47-49] a été très largement utilisé durant plus d un demi-siècle pour les appareils médicaux implantables chez l homme : implants dentaires [2, 4-5], implants orthopédiques [24-26, 29, 32-34, 49-50], clips de ligature de plaques chirurgicales [47, 51], plaques, filets et fils utilisés en neurochirurgie, en cranioplastie et en reconstruction FIG. 6 / L implant dentaire Trabecular Metal. 3 S9

6 Implants dentaires Trabecular Metal. Résumé du concept et de la recherche pour son développement - M. COLLINS, J. BASSETT, H. BO WEN, C. GERVAIS, M. LOMICKA, S. PAPANICOLAOU orale et maxillo-faciale [47, 52-56], électrodes pour pacemakers [47, 57] et pour de nombreuses autres applications cliniques [47, 58, 59]. Il a été rapporté que le tantale ne génère pas les niveaux de cytotoxicité observés avec d autres métaux tels que le nickel, le cobalt et le chrome [47, 60] et qu il témoigne d une résistance élevée à l oxydation, à la corrosion et à la production ionique associée [47, 41, 60-63]. Initialement, le tantale était le matériau de choix de Brånemark lors de ses recherches sur la croissance osseuse. Cependant, son coût élevé a fait du titane un matériau plus pratique à l époque. CARBONE VITRIFIÉ L une des premières préoccupations cliniques qui est apparue lors de la conception de l implant Trabecular Metal portait sur l effet que pourrait avoir l exposition du noyau en carbone vitrifié (FIG. 2) sur l environnement osseux. L utilisation à long terme du carbone vitrifié comme matériau pour les implants dentaires chez l homme [6-8], ainsi que les études animales à court [64, 65] et long termes [66] ont démontré qu il est bien toléré dans l environnement buccal [6]. Une étude à 5 ans, systémique, toxicologique et carcinogénique chez le chien, montre que les implants en carbone vitrifié n entraînent aucune réponse systémique au niveau des principaux organes, des tissus, du sang ou des urines, aucune réponse inflammatoire ni de réaction à un corps étranger au niveau des tissus voisins [6, 66]. La croissance étendue des tissus durs et mous à l intérieur des rainures macroscopiques et d autres irrégularités de surface du carbone vitrifié a été largement documentée [6, 67, 68]. ÉVALUATION MÉCANIQUE D IMPLANTS DENTAIRES TRABECULAR METAL (ZRR-ZD ) DE 4,7 MM DE DIAMÈTRE Le but de cette expérimentation était de déterminer si les implants Trabecular Metal pouvaient montrer une limite d endurance acceptable à la fatigue qui soit égale ou supérieure à 90 lbs (400 N), lorsqu ils sont soumis à une charge cyclique en compression. Cette limite de résistance est fondée sur les écarts des forces masticatoires décrits dans la région molaire [69]. D autres données importantes collectées pour la recherche incluent la résistance maximale durant une charge en compression statique et les modes d échec durant les charges en statique et en fatigue. Les évaluations ont été réalisées avec l implant dentaire Trabecular Metal de 4,7 mm de diamètre en accord avec les exigences de la compagnie (ZRP- ZD et TP-307, Zimmer Dental Inc.), les bonnes pratiques de fabrication et les standards internationaux [70]. Les implants Trabecular Metal de 4,7 mm de diamètre ont une limite d endurance de 100 lbs (445 N) ; il en a été conclu que ces implants de 4,7 et 6 mm de diamètre pouvaient supporter les forces qui s exercent dans la région molaire. TESTS À L ABRASION DES IMPLANTS DENTAIRES À SURFACES POREUSES (ZRM-ZD ) Cette étude a été menée pour évaluer si la friction générée par la pose de l implant dans un site d ostéotomie était capable d altérer les surfaces implantaires poreuses. Des implants possédant deux surfaces poreuses différentes ont été évalués : les implants dentaires Trabecular Metal et les implants en titane présentant une structure similaire à l os spongieux (CSTi). Les échantillons tests ont été examinés au microscope à différents grossissements, et comparés avant et après leur mise en place dans deux substrats : un substitut d os synthétique fait de polyéther de polyuréthane rigide avec une fine structure à cellule fermée (densité = 0,32 g/cm 3 ) (Last-A-Foam, General Plastics Manufacturing Co., Tacona, États- Unis), «mousse d os» et du condyle bovin. On ne s attendait pas à une abrasion entraînant un relargage important de débris métalliques provenant des surfaces implantaires en raison des différences de forces de cisaillement entre les implants en métal poreux et l os. Dans cette étude, les implants en Trabecular Metal et en CSTi ne montrent ni usure ni relargage de débris métalliques à l intérieur du site osseux. Cela a été observé à grossissement 24 et était encore plus évident aux grossissements 65 et 137, où les zones poreuses orientées à la fois parallèlement et perpendiculairement au grand axe des implants ne montrent aucune déformation après la pose des implants. S10

7 RECHERCHE scientifique ANALYSE DU COUPLE D INSERTION POUR LES IMPLANTS DENTAIRES ZIMMER TRABECULAR METAL DANS UNE SIMULATION D OS DENSE (ZRR-ZD ADD I, ZRM-ZD , ZRM-ZD ) Les valeurs de couple d insertion pour les implants tests fabriqués selon la technologie Trabecular Metal et des implants témoins en titane Tapered Screw- Vent Implant (Zimmer Dental Inc.), NobelReplace et NobelActive (Nobel Biocare, Yorba Linda, États- Unis), SLActive Bone Level (Straumann, Bâle, Suisse) ont été évaluées dans de la mousse d os. La mousse d os se compose d une couche externe dense (0,80 g/cm 3 ) analogue à l os cortical, et d un noyau plein en mousse rigide (0,48 g/cm 3 ) similaire à l os trabéculaire. Cette expérimentation a été menée afin de déterminer si le couple d insertion nécessaire pour placer l implant Trabecular Metal dans de l os dense simulé était comparable à celui des implants témoins, qui ont été sélectionnés pour leurs taux de succès élevés et bien documentés dans des conditions de mise en charge différée et immédiate [71-74]. Les valeurs moyennes du couple d insertion pour les implants témoins sont respectivement de 119,9 Ncm pour l implant Tapered Screw-Vent de 4,7 13 mm, de 93 Ncm pour l implant NobelActive de 5 13 mm, de 89,5 Ncm pour l implant NobelReplace de 5 13 mm et de 60,5 Ncm pour l implant SLActive Bone Level de 4,8 12 mm (TABLEAU I). Les critères d acceptation pour cette expérimentation nécessitaient que la valeur moyenne du couple d insertion pour les implants Trabecular Metal soit comprise entre les valeurs maximales et minimales de couple d insertion obtenues pour les implants témoins. La valeur moyenne du couple d insertion pour les implants tests Trabecular Metal a été mesurée à 104,1 Ncm pour les implants de 4,7 13 mm (TABLEAU I). Les différences entre les implants tests et les implants témoins sont statistiquement significatives. Les implants dentaires Trabecular Metal montrent des valeurs de couple d insertion comprises dans la moyenne établie par les implants témoins disponibles sur le marché. De nombreuses études [73-77] ont utilisé les valeurs du couple d insertion comme guide de stabilité pour déterminer si un implant dentaire pouvait supporter une mise en charge immédiate, bien qu à ce jour, il n y ait aucun consensus clinique sur ce que devrait être un niveau minimal de couple Valeur moyenne du couple d insertion (Ncm) ,9 Implant Tapered Screw-Vent 4,7 x 13 mm 104,1 Implant Trabecular Metal 4,7 x 13 mm TABLEAU I / Résultats pour le couple d insertion* (Ncm) *Valeur moyenne du couple d insertion dans un bloc de mousse d os à 50/30 simulant un os dense ZRM ZD ZRM ZD ZRR ZD addendum 1 93 Implant NobelActive 5 x 13 mm 89,5 Implant NobelReplace 5 x 13 mm Données provenant de Zimmer Dental Inc. 60,5 Implant Straumann Bone Level 4,8 x 12 mm 3 S11

8 Implants dentaires Trabecular Metal. Résumé du concept et de la recherche pour son développement - M. COLLINS, J. BASSETT, H. BO WEN, C. GERVAIS, M. LOMICKA, S. PAPANICOLAOU d insertion. Cependant, d une manière générale, de nombreux cliniciens [73-77] ont opté pour une valeur de couple approximative de 35 Ncm ou plus comme valeur guide pour la mise en charge immédiate. Dans cette étude, les valeurs moyennes du couple d insertion pour les implants tests Trabecular Metal excèdent cette limite de façon significative (TABLEAU I). ANALYSE DE L ADAPTATION PAR PRESSION DES IMPLANTS DENTAIRES TRABECULAR METAL (ZRR-ZD ) Comparés aux implants filetés conventionnels, les implants Trabecular Metal possèdent moins de spires externes pour la stabilisation primaire et une surface poreuse qui forme une interface en friction avec l os. Cette étude a évalué l effet des forces de torsion sur l intégrité structurelle des implants dentaires Trabecular Metal pendant et après leur insertion dans l os. De précédentes études réalisées pour la société (ZRR-ZD ) ont évalué la quantité de couple nécessaire pour placer des cylindres pleins en Trabecular Metal à l intérieur de l os et l effet que pouvait avoir l insertion en friction sur l intégrité structurelle du matériau. Les résultats ont fourni des données initiales pour pouvoir comparer les résultats obtenus lorsque le Trabecular Metal est utilisé pour concevoir un implant fileté. La quantité de couple requise pour compromettre l intégrité structurelle d un implant dentaire Trabecular Metal est significativement plus élevée que la quantité de couple actuellement exercée sur le matériau Trabecular Metal lui-même durant son insertion dans l os. De plus, un implant totalement intégré est capable de supporter une force rotationnelle de plus de 355 Ncm, ce qui est plus de 3 fois supérieur aux forces anticipées dans les pires situations de forces en torsion placées sur des molaires lors d une mise en charge occlusale immédiate (110 Ncm, par Engineering Analysis, Lab notebook ZDI-269). Ces découvertes suggèrent que la partie en Trabecular Metal de l implant dentaire ne sera pas affectée sur le plan structurel par des forces de torsion durant l insertion ou la mise en charge immédiate. POSE DE L IMPLANT DENTAIRE TRABECULAR METAL SELON DES PROTOCOLES CHIRURGICAUX ÉTABLIS POUR DE L OS DE FAIBLE DENSITÉ OU POUR DE L OS DENSE (ZRR-ZD ) L insertion d un implant dans un os de densité moyenne à élevée (types 1 à 3) [78] nécessite l utilisation d un foret à étage qui prépare la partie apicale du site osseux à un diamètre inférieur. Cette technique permet à environ un tiers d un implant conique de pénétrer le site osseux avant que ses spires autotaraudantes s engagent dans les parois du site récepteur, ce qui peut faciliter la pose d implants dans des sites dont l accès vertical est limité [79]. Dans un os de faible densité (type 4) [78], la préparation finale de l ostéotomie est réalisée à l aide d un foret droit qui est plus petit de 0,2 à 0,3 mm que l extrémité apicale d un implant conique, selon le diamètre de l implant [79]. Cette technique chirurgicale pour os de faible densité est conçue pour permettre à l extrémité apicale d un implant conique de s engager latéralement dans les parois du site et de comprimer progressivement l os environnant jusqu à un maximum de 0,6 ou 0,7 mm au niveau crestal, selon le diamètre de l implant [79]. Lorsque le diamètre d un site osseux est au minimum de 100 mm inférieur à celui de l implant, les contraintes de l ajustage en force générées durant l insertion ont montré qu elles augmentaient le couple d insertion et la stabilité de l implant par rapport aux implants qui ne sont pas placés dans des sites de diamètre inférieur dans un os de faible densité [69, 70, 79]. La présente étude a initialement été conçue pour déterminer si les implants dentaires Trabecular Metal pouvaient être insérés avec succès dans un substitut osseux de faible densité en utilisant un protocole chirurgical pour os de faible densité. La deuxième partie de cette expérimentation avait pour but d évaluer si les implants dentaires Trabecular Metal pouvaient également être placés dans de l os dense en utilisant un protocole pour os de faible densité. Dans ce cas, un test réussi était classé soit comme une pose d implant utilisant uniquement le protocole pour os de faible densité, soit comme une pose d implant nécessitant éventuellement l ad- S12

9 RECHERCHE scientifique jonction d un protocole pour os dense. Les expérimentations montrent que les implants Trabecular Metal peuvent être placés de façon optimale si l on utilise le protocole chirurgical pour os de faible densité dans de l os de faible densité et le protocole pour os dense pour toutes les autres densités osseuses. ANALYSE DU MATÉRIAU DES IMPLANTS DENTAIRES TRABECULAR METAL APRÈS EXPOSITION À DES SOLUTIONS DE NETTOYAGE DE SURFACE (ZRR-ZD ) Cette étude évalue l effet des matériaux de nettoyage utilisés pour éliminer les résidus d hydroxyapatite après un sablage secondaire. Les matériaux de contact utilisés sont les suivants : l acide chlorhydrique (HCl) à 5 %, l eau distillée, l acétone, l alcool d isopropyl (IPA) et l exposition soutenue à la chaleur, appliqués sur des cylindres en Trabecular Metal. L impact de ces substances au contact du Trabecular Metal a été analysé par des moyens mécaniques et chimiques. Les résultats de cette analyse montrent que le Trabecular Metal ne subit pas d effets indésirables lorsqu on lui applique les méthodes de nettoyage utilisées pour cette étude. ÉVALUATION DES IMPLANTS DENTAIRES TRABECULAR METAL SUR LE MODÈLE CANIN En 2009, des chercheurs [80] de l université de l État de l Ohio et de Zimmer Dental ont collaboré lors de la première étude in vivo portant sur le concept de l implant dentaire Trabecular Metal. Les objectifs de cette étude étaient de rechercher si le Trabecular Metal utilisé comme implant pouvait s ostéointégrer [80]. Au total, 24 implants tests Trabecular Metal ont été placés dans les mandibules de 8 chiens (3 implants par chien) ; 24 autres implants témoins (Tapered Screw-Vent ) ont été placés dans les mandibules des mêmes 8 chiens (3 implants par chien). Deux animaux ont été euthanasiés respectivement à 2, 4, 8 et 12 semaines après l implantation. Une injection de calcéine a été pratiquée avant la nécropsie pour marquer le tissu osseux néoformé en voie de minéralisation. Deux coupes histologiques provenant de chaque implant ont été préparées ; une coupe a été utilisée pour évaluer le tissu marqué à la calcéine et l autre a été colorée au trichrome de Goldner pour évaluer la présence de tissu ostéoïde et d os mature. L influence du temps de cicatrisation sur les mesures provenant de l analyse histomorphométrique a fait l objet d une analyse statistique. À toutes les périodes, les contacts moyens os/implant (BIC) sur les portions d alliage en titane (c est-àdire le matériau en métal non trabéculaire) des implants ont été supérieurs à 70 %. Une néoformation osseuse à l intérieur des pores du Trabecular Metal au bout de 2 semaines et une croissance osseuse à travers toute l épaisseur de la surface poreuse au bout de 4 semaines ont été observées. Les analyses histomorphométriques de l os à l intérieur des pores du Trabecular Metal ont indiqué un comblement et un remodelage osseux rapides : la plus grande quantité de tissu néoformé en voie de minéralisation a été observée au bout de 2 semaines (36,08 %) et est devenue significativement plus faible quelques semaines plus tard (17,69 %, 22,40 % et 19,95 % respectivement, p < 0,05) ; le tissu ostéoïde a été à son plus haut niveau au bout de 2 semaines (63,53 %) et significativement plus faible à 8 et 12 semaines (35,97 % et 41,94 %, respectivement, p < 0,05) ; la quantité d os mature a augmenté de façon significative durant les mêmes intervalles de temps (3,32 %, 9,01 % et 18,69 % à 2, 8 et 12 semaines respectivement, p < 0,05). La formation osseuse active observée à l intérieur de la surface poreuse des implants Trabecular Metal au stade précoce de la cicatrisation est en faveur de leur utilisation en implantologie dentaire [80]. Contrairement aux implants expérimentaux en maille de fibres de titane cités plus haut [39-46], les implants Trabecular Metal de la présente étude ne montrent aucune formation de tissu fibreux le long de l interface os/implant ou à l intérieur des pores du matériau Trabecular Metal. DISCUSSION Le développement précoce et les évaluations portant sur les implants dentaires Trabecular Metal ont 3 S13

10 Implants dentaires Trabecular Metal. Résumé du concept et de la recherche pour son développement - M. COLLINS, J. BASSETT, H. BO WEN, C. GERVAIS, M. LOMICKA, S. PAPANICOLAOU démontré leur capacité à satisfaire les exigences biomécaniques rencontrées dans l environnement dentaire et à s intégrer biologiquement dans le modèle canin. Comment ce matériau fonctionnera-t-il chez les humains, en particulier s ils sont mis en charge définitive de façon précoce : ce sera la prochaine étape de notre recherche sur les implants dentaires Trabecular Metal. En 2010, Zimmer Dental a mis en place une étude clinique pilote prospective sur les implants dentaires Trabecular Metal et un programme multinational de collecte longitudinale de données qui continuera de surveiller et de regrouper des données sur les implants dans les années à venir. De nouvelles données seront publiées dès qu elles seront suffisantes.! Titre original : Trabecular Metal Dental Implants: Overview of design and developmental research. Zimmer Dental Inc BIBLIOGRAPHIE 1. Ring ME. A thousand years of dental implants: a definitive history. Part 1. Compend Contin Educ Dent 1995;16: Ring ME. A thousand years of dental implants: a definitive history. Part 2. Compend Contin Educ Dent 1995;16: Greenfield EJ. Implantation of artificial crown and bridge abutments. Dental Cosmos 1913;55: Linkow LI, Rinaldi AW. Evolution of the Vent-Plant osseointegrated compatible implant system. Int J Oral Maxillofac Implants 1988;3: Grundschober F, Kellner G, Eschberger J, Plenk H Jr. Long term osseous anchorage of endosseous dental implants made of tantalum and titanium. In: Winter GB, Gibbons DF, Plenk H Jr (Eds). Biomaterials Chichester: John Wiley & Sons, 1982: Grenoble DE, Voss R. Analysis of five years of study of vitreous carbon endosseous implants in humans. Oral Implantol 1977;6: Grenoble DE, Voss R. 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11 RECHERCHE scientifique 36. Smith GK, Fordyce HH, Puerto DA, Khurana J, Cohen R. Bone ingrowth and remodeling associated with Hedrocel canine mandibular reconstruction implant. Submitted to the 46th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, Orlando, FL, USA, March 12-15, Smith G, Poggie R, Fordyce H, Hosalkar H, Khurana J, Scherbel U et al. Characterization of bone ingrowth and remodeling in a canine mandibular defect model. Submitted to the 47th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, San Francisco, CA, USA, February 25-28, Dillion LD, Zardiackas LD. Mechanical integrity between Hedrocel and a single tooth implant. Presented at the Annual Research Meeting of the American Association for Dental Research, Chicago, Illinois, USA, March Weiss MB. Development of an endosseous dental implant (I). Quintessence Int Dent Dig 1977;8: Weiss MB, Rostoker W. Development of an endosseous dental implant (II). Quintessence Int Dent Dig 1977;8: Weiss MB, Rostoker W. 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12 Implants dentaires Trabecular Metal. Résumé du concept et de la recherche pour son développement - M. COLLINS, J. BASSETT, H. BO WEN, C. GERVAIS, M. LOMICKA, S. PAPANICOLAOU Michael Collins MSBME, MBA, vice-président, Recherche, développement et enseignement Jeff Bassett BS, directeur, ingénieur Référencement bibliographique Cet article peut être recherché ou cité sous la référence suivante : Collins M, Bassett J, Bo Wen H, Gervais C, Lomicka M, Papanicolaou S. Implants dentaires Trabecular Metal. Résumé du concept et de la recherche pour son développement. IMPLANT 2012;N SPÉCIAL:S5-S16. Hai Bo Wen PhD, directeur adjoint, Recherche dentaire et affaires cliniques Chris Gervais BS, directeur adjoint, ingénieur Matt Lomicka MS, senior ingénieur-concepteur diplômé Savvas Papanicolaou MS, ingénieur-concepteur S16