Comparaison de substituts de greffe osseuse

Qu’ils soient d’origine synthétique ou à base de xénogreffe, les matériaux de greffe osseuse à l’hydroxyapatite
ont été utilisés avec un certain succès dans de nombreuses
applications dentaires. Des études sur divers modèles
animaux ont comparé l’os bovin déprotéinisé à un large
éventail de matériaux synthétiques à base de phosphate de
calcium (Santos 2010, Kruse 2011). Ces études ont montré
une capacité de régénération osseuse équivalente entre tous
ces matériaux. Bien qu’en nombre plus limité, des études
comparatives humaines ont néanmoins démontré l’équivalence des greffons osseux synthétiques et du matériau
xénogreffe (Mardas 2011).
(Bernhardt, 2010). Dans cette étude, des cellules osseuses
ont été cultivées en présence de granules de chaque matériau pendant diverses périodes allant jusqu’à 28 jours. Les
résultats ont montré une meilleure adhérence et une meilleure prolifération sur le matériau IngeniOs HA que sur le
matériau Bio-Oss. Les auteurs, qui attribuent les différences
observées aux paramètres de traitement différents utilisés
dans la production des deux matériaux de greffe, concluent
que ces différences font du matériau IngeniOs HA un candidat prometteur pour les applications de greffe osseuse.
Les autogreffes restent l’étalon-or (Donos, 2005) car elles
possèdent les propriétés ostéoinductrices, ostéogéniques et
ostéoconductrices nécessaires à la régénération osseuse en
vue de la pose d’implants. Toutefois, l’autogreffe présente
des inconvénients : plus longue durée de l’acte chirurgical,
complications possibles, morbidité du site de récolte et
limites de quantité d’os disponible. En outre, le type d’os
disponible (cortical ou spongieux), la qualité (densité) et
la quantité finale de l’os prélevé peuvent également rendre
l’utilisation des autogreffes problématique. En raison de
ces limitations, des efforts importants ont été consacrés au
développement de diverses catégories de substituts de greffe
osseuse, dont des matériaux au phosphate de calcium et à
l’hydroxyapatite, des verres bioactifs, ainsi que des matériaux d’allogreffe et de xénogreffe.
CONCLUSIONS
Cette étude a démontré que le matériau IngeniOs HA et le
substitut osseux Bio-Oss sont des matériaux à l’hydroxyapatite présentant une nature chimique et structurelle très
similaire. Il existe cependant des différences entre les deux
matériaux, en termes de cristallinité, d’oligo-éléments et de
porosité. En outre, l’étude de culture de cellules référencée
ici a montré une excellente réponse des cellules au matériau
IngeniOs HA. Les particules osseuses synthétiques IngeniOs
HA doivent donc être considérées comme une alternative
de greffe non-biologique pour l’augmentation du processus
alvéolaire suite à la perte de la dentition ou encore pour
l’augmentation du sinus maxillaire, en particulier lorsqu’une
greffe à résorption minimale et préservant l’espace est
souhaitable.
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©2012 Zimmer Dental Inc. Tous droits réservés. 6651FR, rév. 12/12. Les particules osseuses synthétiques IngeniOs HA sont fabriquées par curasan AG et distribuées
en exclusivité par Zimmer Dental Inc. Osbone est une marque déposée de curasan AG. BioOss est une marque déposée de Ed. Geistlich Soehne AG. Teflon est une
marque déposée de E. I. du Pont de Nemours and Company.
4
Copyright 2012 par Zimmer Dental Inc.
Comparaison de substituts de greffe
osseuse synthétique et à l’hydroxyapatite
d’origine bovine
David C. Greenspan, Ph.D.
INTRODUCTION
Les avantages possibles d’un matériau de greffe osseuse,
avec ou sans membrane de couverture, ont été largement
étudiés, aussi bien sur des modèles animaux que chez
l’humain.
Il est bien connu que l’extraction de dents entraîne
d’importants changements dimensionnels dans l’os alvéolaire. Le taux et l’ampleur de ces changements ont été largement étudiés, à la fois sur des modèles animaux (Araujo
2005a, Araujo 2005b) et dans de nombreuses études chez
l’homme (Devlin 2003, Trombelli 2008, Gholami, 2011).
Ces études s’accordent sur les principaux processus qui ont
lieu immédiatement après l’extraction et se traduisent par le
remodelage tissulaire. Ces événements entraînent une réduction globale de la hauteur et de la largeur de la crête, avec
des changements importants au niveau des crêtes osseuses
buccale et linguale. Fait intéressant, il semble que la crête
buccale se résorbe plus rapidement que la crête linguale.
L’os autogène, qui reste l’étalon de référence (Misch,
2010), nécessite un second site chirurgical, ce qui peut
entraîner des douleurs et des complications supplémentaires.
De plus il n’est disponible qu’en quantité limitée et augmente le coût de la procédure. L’allogreffe, qu’elle soit sous
forme congelée ou d’os déminéralisé lyophilisé (DFDBA) a
également été utilisée, mais sa rapidité de résorption la rend
inadaptée pour certains défauts importants. Les matériaux de
xénogreffes ont été utilisés assez fréquemment avec succès
ces dernières années comme substituts de greffe osseuse. Le
substitut osseux Bio-Oss® (Ed. Geistlich Soehne, Wolhusen,
Suisse) est un dérivé de l’os bovin qui subit un traitement
thermique et un procédé d’extraction chimique permettant
d’éliminer les composants organiques tout en préservant
l’architecture naturelle de l’os spongieux (Baldini 2011).
L’importance des changements structurels, y compris la
perte osseuse verticale et horizontale, a été mesurée à l’aide
d’un large éventail de méthodes, de l’évaluation radiographique (Schropp 2003) à l’utilisation de modèles coulés
(Johnson 1969) en passant par des études histologiques de
modèles animaux (Araujo 2005b). Bien que le taux absolu
de diminution des dimensions varie largement selon les
modèles et les méthodes, il est clair que la modification
dimensionnelle la plus importante se produit dans les trois
premiers mois suivant l’extraction. Toutefois, des changements peuvent encore être observés jusqu’à un an après
l’extraction, et probablement même au-delà. Récemment,
plusieurs méta-analyses exhaustives sont venues confirmer
ces résultats généraux (Vignioletti 2012, Ten Heggeler
2011).
Un certain nombre de substituts de greffe osseuse synthétiques ont également été développés pour ces applications.
La plupart sont basées sur l’hydroxyapatite ou d’autres
minéraux au phosphate de calcium, qui dans de nombreux
cas sont similaires au minéral naturel présent dans l’os
humain. Ces matériaux se présentent sous forme de granulés
poreux ou denses de différentes tailles. Les matériaux de
cette classe sont ostéoconducteurs, offrent une très bonne
biocompatibilité et sont faciles à stériliser et à utiliser
cliniquement. Les matériaux à l’hydroxyapatite ont généralement une faible solubilité, alors que ceux au phosphate de
calcium, ayant une plus grande solubilité, sont considérés
comme des matériaux de greffe osseuse résorbables.
La perte de hauteur et d’épaisseur de l’os peut avoir un
effet négatif sur le résultat de thérapies ultérieures destinées
à restaurer la dentition perdu. Les conséquences de la perte
de hauteur osseuse et de largeur de crête peuvent rendre
difficile le positionnement idéal d’un implant et compromettre l’aspect esthétique de la restauration prothétique.
Afin de remédier à ces déficiences potentielles, un certain
nombre de techniques visent à préserver l’alvéole et réduire
ainsi la perte osseuse. Il s’agit notamment de la mise en
place immédiate d’implants (Coslyn 2011, Kan 2003), de
l’extraction sans lambeau afin d’éviter de perturber le site
pour favoriser la cicatrisation de l’alvéole (Fickl 2008), et
de l’utilisation de divers matériaux de greffe osseuse, avec
ou sans membranes (Baldini 2011, Bornstein 2008). Des
analyses récentes de la littérature clinique montrent que les
substituts de greffe osseuse représentent un moyen efficace
de préserver la hauteur et la largeur de la crête et d’augmenter le volume osseux du sinus maxillaire (Klein 2010,
Chiapasco 2006).
L’objectif de cette étude est de comparer les propriétés
chimiques et physiques d’un matériau de greffe osseuse
d’origine bovine, le substitut osseux Bio-Oss, à celles
d’un nouveau matériau de greffe osseuse à l’hydroxyapatite très poreux et non biologique, les particules osseuses
synthétiques Ingenios™ HA (Zimmer Dental Inc, Carlsbad,
Californie). Cet article compare la chimie, la structure et la
morphologie de ces deux substituts de greffe osseuse.
MATÉRIAUX ET MÉTHODES
Pour cette étude, nous avons utilisé des particules osseuses synthétiques Ingenios HA et des substituts osseux
Bio-Oss provenant de lots non périmés et ayant des tailles
de particules de 1 à 2 mm. Tous les matériaux utilisés pour
chaque produit provenaient du même lot.
1
Microscopie électronique à balayage (MEB) et analyse
Les spectres FT-IR ont été enregistrés dans une plage de
dispersive en énergie (EDX)
500–4000 cm-1
Une spatule en Téflon® a été utilisée pour recueillir une
petite quantité de chaque échantillon et la saupoudrer sur
Analyse statistique
une bande de carbone placée sur la coupelle d’un microsLes données des rapports Ca/P sont présentées sous forme
cope. Deux échantillons de chaque matériau ont été testés.
de moyenne de 5 spectres indépendants avec un écart-type.
Un échantillon a été revêtu d’un film de carbone conducLes comparaisons statistiques ont été effectuées à l’aide
teur (<500 nm) pour permettre l’analyse EDX. Le second
d’un test t recto-verso (test de Student). Toute différence
échantillon a été revêtu d’un film d’or et de palladium. Ce
n’est considérée comme significative qu’à P<0,05.
revêtement très conducteur autorise une meilleure imagerie. Les images ont été obtenues à l’aide d’un microscope
RÉSULTAT
électronique à balayage (MEB 6400 de JEOL Ltd, Tokyo,
L’analyse MEB des deux matériaux montre de fortes simiJapon) sous une tension de fonctionnement de 15 kV. Les
litudes de granulométrie, morphologie et structure des parspectres EDX ont été relevés à l’aide d’un système de
ticules. La figure 1a est un agrandissement à faible échelle
microanalyse (FeatureMax, Oxford Instruments, Abingdon,
(20x) du matériau Bio-Oss. Il apparaît clairement que le
Royaume-Uni) et d’un logiciel
d’EDX (Link-Isis Semi-Quant
Software, Oxford Instruments).
Tous les spectres ont été collectés sous un grossissement
de 500 x, avec une inclinaison
zéro pendant 60 secondes. Les
taux d’acquisition de données
ont été maintenus entre 1400 et
1500 par seconde pour tous les
spectres. Un spectre a été relevé Figure 1a. SEM: Bio-Oss Bone Substitute
pour 5 particules différentes de
chaque matériau. Les données
EDX ont ensuite été transforFigure 1. Images au MEB de particules de substitut osseux Bio-Oss et de particules osseuses
synthétiques IngeniOs HA (grossissement 20 x). On voit clairement la nature macro-poreuse
mées en un ensemble semides deux matériaux et leur similarité de structure.
quantitatif à l’aide du logiciel
de correction Link-Isis ZAF
matériau a conservé une grande partie de la nature spond’Oxford Instruments.
gieuse de l’os d’origine. La figure 1b est une image MEB
de particules synthétiques Ingenios HA au même grossisseDiffraction des rayons X (DRX)
ment. La nature poreuse de ce matériau est très similaire à
Environ un gramme de chaque matériau a été broyé en
celle du substitut osseux Bio-Oss. La porosité semble être
poudre fine à l’aide d’un mortier et d’un pilon en agate. Les
du même niveau que celle du minéral osseux naturel, et dans
échantillons ont ensuite été placés dans un porte-échantillon
des proportions similaires à celles du matériau Bio-Oss.
standard. La structure cristalline de chaque échantillon de
Les résultats de l’analyse EDX ont révélé des résultats
poudre a été analysée à l’aide d’un diffractomètre à rayons
très similaires en termes de composition et de rapport Ca/P
X (Phillips Electronics, NV) à 30 kV et 20 mA. Les don(1,58 ± 0,15 pour le substitut osseux Bio-Oss et 1,62 ± 0,09
nées ont été recueillies dans la plage 2q de 10 à 60 °, avec
pour les particules osseuses synthétiques HA Ingenios). Ces
une vitesse de balayage de 1,2 °/min, un pas de 0,02 ° et un
rapports Ca/P sont proches de celui de l’os humain pour les
rayonnement Cu Ka. Les diagrammes de diffraction des HA
deux matériaux. Il n’y a pas de différence statistiquement
ont été indexés par comparaison avec la base de données
significative entre les rapports Ca/P des deux matériaux. Les
International Powder Diffraction.
figures 2a et 2b représentent des tracés d’EDX typiques de
ces matériaux.
Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR)
On note des traces régulières de Na et Mg dans tous les
Une portion d’un gramme de chaque matériau a été
spectres de matériau Bio-Oss, ce qui n’est pas anormal pour
broyée en poudre fine à l’aide d’un mortier et d’un pilon
en agate, puis pressée dans une
pastille de KBr pour analyse. Un
spectroscope infrarouge à transformée de Fourier Perkin-Elmer
(Perkin-Elmer Corp, Waltham,
MA, USA) a permis d’identifier la structure chimique en
interprétant le spectre d’absorption infrarouge via les liaisons
Figure 2a. EDX: Substitut osseux Bio-Oss.
Figure 2b. EDX : Particules osseuses synthéchimiques des molécules. Tous
tiques IngeniOs HA.
les spectres ont été collectés à
température ambiante, avec une Figure 2. Analyse dispersive en énergie (EDX) de particules de substitut osseux Bio-Oss (Fig. 2a)
et de particules osseuses IngeniOs HA (Fig. 2b). Les spectres sont très semblables, à l’exception
résolution nominale de 4,00 et
de petites traces de sodium et de magnésium dans les spectres du matériau Bio-Oss.
1000 collectes d’échantillons.
2
Dans la présente étude, l’analyse des propriétés physiques, chimiques et structurelles des deux matériaux de
greffe a démontré que ces matériaux sont très similaires. Les
images au MEB montrent que les matériaux semblent avoir
des particules de taille, forme et structure identiques. Selon
les données des fabricants, la porosité du matériau Bio-Oss
est d’environ 67 %, alors que celle du matériau IngeniOs
HA est comprise entre 70 % et 80 %. En outre, l’analyse par
dispersion d’énergie des rayons X a montré que le rapport
Ca/P, qui est de 1,67 pour l’os humain (Legeros 1991), était
essentiellement identique pour les deux produits (Ca/P =
1,62 pour IngeniOs HA et Ca/P = 1,58 pour le matériau
Bio-Oss). Il est intéressant de noter que l’écart-type est plus
élevé pour le matériau Bio-Oss, ce qui est peut-être dû à la
variabilité naturelle de la teneur en minéraux de la source
osseuse. Toutefois, ces différences ne sont pas statistiquement significatives. Par ailleurs, des oligo-éléments,
principalement du sodium et de magnésium, ont été trouvés
dans les spectres EDX du matériau Bio-Oss, ce qui n’est pas
surprenant puisque l’os naturel n’est pas de l’hydroxyapatite
de calcium pure mais un substitut de HA.
Figure 3. Analyse par diffraction des rayons X de substitut
osseux Bio-Oss et de particules osseuses IngeniOs HA. Le
spectre de référence apparaît en rouge.
un matériau d’origine bovine naturelle. Il est connu que le
minéral hydroxyapatite dans l’os est fortement substitué.
La figure 3 montre les résultats de l’analyse par diffraction des rayons X. Les spectres sont tous deux très proches
du spectre d’hydroxyapatite de référence (ICDD – PDF n°
9-432). Le spectre de l’IngeniOs HA semble avoir des pics
plus nets que ceux du spectre du matériau Bio-Oss.
Les données de la DRX (figure 3) montrent que la phase
cristalline primaire des deux matériaux est une hydroxyapatite de calcium. Il convient de noter que l’aspect des deux
spectres est quelque peu différent. Les pics associés à la
structure cristalline HA sont plus étroits pour les particules
osseuses synthétiques IngeniOs HA, ce qui suggère une
structure cristalline plus régulière et un taux de cristallinité
plus élevé. Si la cristallinité élevée de ces deux produits
indique un faible niveau de solubilité, celle très élevée des
particules osseuses synthétiques IngeniOs HA suggère un
taux de résorption encore plus lent de ce matériau. Bien que
ce résultat soit purement qualitatif, cela semble logique en
raison du mode de production de chaque produit. Le matériau IngeniOs HA est fabriqué à partir de produits chimiques
de qualité réactive et de grande pureté, dans le cadre d’un
processus étroitement contrôlé. Certes, il est probable que le
processus de production du substitut osseux Bio-Oss est tout
aussi bien contrôlé, mais le matériau de départ (os de bovin)
présente par nature des variations naturelles de teneur en
minéraux et de taille de cristaux. Ces facteurs contribuent
donc aux pics élargis des spectres DRX de la figure 3.
La figure 4 montre les spectres FT-IR du substitut osseux
Bio-Oss et des particules osseuses synthétiques IngeniOs
HA. Les deux produits présentent le double pic typique
des PO4-3 à 550 cm-1 et 600 cm-1, ainsi que la vibration
d’étirement P-O à 1038 cm-1. En outre, l’échantillon de
matériau Bio-Oss présente un pic qui est vraisemblablement associée à une vibration de CO3-2. Sur les spectres
du matériau Bio-Oss, la plage comprise entre 1300 cm-1 et
1500 cm-1 environ semble aussi être plus intense que sur
les spectres de l’échantillon IngeniOs HA.
Les données FT-IR (Fig. 4) montrent également de
légères différences dans la structure de ces matériaux. Tous
deux présentent la signature du double pic de PO4-3 à 550
cm-1 et 605 cm-1, bien que ce double pic soit beaucoup
plus prononcé pour les particules osseuses synthétiques
IngeniOs HA. Ce fait est cohérent avec l’élargissement des
spectres DRX et suggère que la structure cristalline est plus
uniforme et plus cristalline dans le matériau IngeniOs HA
que dans le matériau Bio-Oss. En outre, le pic de carbonate
qui apparaît clairement dans le substitut osseux Bio-Oss
(CO3-2) est probablement dû à l’origine du matériau, à
moins qu’il ne provienne du processus et du traitement
thermique de celui-ci. Ce pic est totalement absent pour le
matériau IngeniOs HA.
Figure 4. Spectres FT-IR de substitut osseux Bio-Oss (en vert) et
de particules osseuses IngeniOs HA (en bleu).
DISCUSSION
L’objectif de cette étude était de comparer les propriétés
chimiques et physiques d’un nouveau matériau de greffe
osseuse à l’hydroxyapatite très poreux et non biologique
(les particules osseuses synthétiques Ingenios™ HA) à
celles d’un matériau de greffe osseuse d’origine bovine
largement répandu (le substitut osseux Bio-Oss). Ces deux
matériaux ont des propriétés chimiques, physiques et structurelles assez semblables. Les deux matériaux sont indiqués
pour un large éventail de procédures de greffe osseuse, en
particulier l’augmentation de la crête alvéolaire et l’augmentation du sinus maxillaire.
Une étude récemment publiée sur la culture de cellules
avec une lignée cellulaire ostéoblastique comparait l’adhérence et la prolifération des cellules sur le matériau IngeniOs HA (précédemment connu sous le nom de substitut
osseux synthétique Osbone®) et le substitut osseux Bio-Oss
3
Microscopie électronique à balayage (MEB) et analyse
Les spectres FT-IR ont été enregistrés dans une plage de
dispersive en énergie (EDX)
500–4000 cm-1
Une spatule en Téflon® a été utilisée pour recueillir une
petite quantité de chaque échantillon et la saupoudrer sur
Analyse statistique
une bande de carbone placée sur la coupelle d’un microsLes données des rapports Ca/P sont présentées sous forme
cope. Deux échantillons de chaque matériau ont été testés.
de moyenne de 5 spectres indépendants avec un écart-type.
Un échantillon a été revêtu d’un film de carbone conducLes comparaisons statistiques ont été effectuées à l’aide
teur (<500 nm) pour permettre l’analyse EDX. Le second
d’un test t recto-verso (test de Student). Toute différence
échantillon a été revêtu d’un film d’or et de palladium. Ce
n’est considérée comme significative qu’à P<0,05.
revêtement très conducteur autorise une meilleure imagerie. Les images ont été obtenues à l’aide d’un microscope
RÉSULTAT
électronique à balayage (MEB 6400 de JEOL Ltd, Tokyo,
L’analyse MEB des deux matériaux montre de fortes simiJapon) sous une tension de fonctionnement de 15 kV. Les
litudes de granulométrie, morphologie et structure des parspectres EDX ont été relevés à l’aide d’un système de
ticules. La figure 1a est un agrandissement à faible échelle
microanalyse (FeatureMax, Oxford Instruments, Abingdon,
(20x) du matériau Bio-Oss. Il apparaît clairement que le
Royaume-Uni) et d’un logiciel
d’EDX (Link-Isis Semi-Quant
Software, Oxford Instruments).
Tous les spectres ont été collectés sous un grossissement
de 500 x, avec une inclinaison
zéro pendant 60 secondes. Les
taux d’acquisition de données
ont été maintenus entre 1400 et
1500 par seconde pour tous les
spectres. Un spectre a été relevé Figure 1a. SEM: Bio-Oss Bone Substitute
pour 5 particules différentes de
chaque matériau. Les données
EDX ont ensuite été transforFigure 1. Images au MEB de particules de substitut osseux Bio-Oss et de particules osseuses
synthétiques IngeniOs HA (grossissement 20 x). On voit clairement la nature macro-poreuse
mées en un ensemble semides deux matériaux et leur similarité de structure.
quantitatif à l’aide du logiciel
de correction Link-Isis ZAF
matériau a conservé une grande partie de la nature spond’Oxford Instruments.
gieuse de l’os d’origine. La figure 1b est une image MEB
de particules synthétiques Ingenios HA au même grossisseDiffraction des rayons X (DRX)
ment. La nature poreuse de ce matériau est très similaire à
Environ un gramme de chaque matériau a été broyé en
celle du substitut osseux Bio-Oss. La porosité semble être
poudre fine à l’aide d’un mortier et d’un pilon en agate. Les
du même niveau que celle du minéral osseux naturel, et dans
échantillons ont ensuite été placés dans un porte-échantillon
des proportions similaires à celles du matériau Bio-Oss.
standard. La structure cristalline de chaque échantillon de
Les résultats de l’analyse EDX ont révélé des résultats
poudre a été analysée à l’aide d’un diffractomètre à rayons
très similaires en termes de composition et de rapport Ca/P
X (Phillips Electronics, NV) à 30 kV et 20 mA. Les don(1,58 ± 0,15 pour le substitut osseux Bio-Oss et 1,62 ± 0,09
nées ont été recueillies dans la plage 2q de 10 à 60 °, avec
pour les particules osseuses synthétiques HA Ingenios). Ces
une vitesse de balayage de 1,2 °/min, un pas de 0,02 ° et un
rapports Ca/P sont proches de celui de l’os humain pour les
rayonnement Cu Ka. Les diagrammes de diffraction des HA
deux matériaux. Il n’y a pas de différence statistiquement
ont été indexés par comparaison avec la base de données
significative entre les rapports Ca/P des deux matériaux. Les
International Powder Diffraction.
figures 2a et 2b représentent des tracés d’EDX typiques de
ces matériaux.
Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR)
On note des traces régulières de Na et Mg dans tous les
Une portion d’un gramme de chaque matériau a été
spectres de matériau Bio-Oss, ce qui n’est pas anormal pour
broyée en poudre fine à l’aide d’un mortier et d’un pilon
en agate, puis pressée dans une
pastille de KBr pour analyse. Un
spectroscope infrarouge à transformée de Fourier Perkin-Elmer
(Perkin-Elmer Corp, Waltham,
MA, USA) a permis d’identifier la structure chimique en
interprétant le spectre d’absorption infrarouge via les liaisons
Figure 2a. EDX: Substitut osseux Bio-Oss.
Figure 2b. EDX : Particules osseuses synthéchimiques des molécules. Tous
tiques IngeniOs HA.
les spectres ont été collectés à
température ambiante, avec une Figure 2. Analyse dispersive en énergie (EDX) de particules de substitut osseux Bio-Oss (Fig. 2a)
et de particules osseuses IngeniOs HA (Fig. 2b). Les spectres sont très semblables, à l’exception
résolution nominale de 4,00 et
de petites traces de sodium et de magnésium dans les spectres du matériau Bio-Oss.
1000 collectes d’échantillons.
2
Dans la présente étude, l’analyse des propriétés physiques, chimiques et structurelles des deux matériaux de
greffe a démontré que ces matériaux sont très similaires. Les
images au MEB montrent que les matériaux semblent avoir
des particules de taille, forme et structure identiques. Selon
les données des fabricants, la porosité du matériau Bio-Oss
est d’environ 67 %, alors que celle du matériau IngeniOs
HA est comprise entre 70 % et 80 %. En outre, l’analyse par
dispersion d’énergie des rayons X a montré que le rapport
Ca/P, qui est de 1,67 pour l’os humain (Legeros 1991), était
essentiellement identique pour les deux produits (Ca/P =
1,62 pour IngeniOs HA et Ca/P = 1,58 pour le matériau
Bio-Oss). Il est intéressant de noter que l’écart-type est plus
élevé pour le matériau Bio-Oss, ce qui est peut-être dû à la
variabilité naturelle de la teneur en minéraux de la source
osseuse. Toutefois, ces différences ne sont pas statistiquement significatives. Par ailleurs, des oligo-éléments,
principalement du sodium et de magnésium, ont été trouvés
dans les spectres EDX du matériau Bio-Oss, ce qui n’est pas
surprenant puisque l’os naturel n’est pas de l’hydroxyapatite
de calcium pure mais un substitut de HA.
Figure 3. Analyse par diffraction des rayons X de substitut
osseux Bio-Oss et de particules osseuses IngeniOs HA. Le
spectre de référence apparaît en rouge.
un matériau d’origine bovine naturelle. Il est connu que le
minéral hydroxyapatite dans l’os est fortement substitué.
La figure 3 montre les résultats de l’analyse par diffraction des rayons X. Les spectres sont tous deux très proches
du spectre d’hydroxyapatite de référence (ICDD – PDF n°
9-432). Le spectre de l’IngeniOs HA semble avoir des pics
plus nets que ceux du spectre du matériau Bio-Oss.
Les données de la DRX (figure 3) montrent que la phase
cristalline primaire des deux matériaux est une hydroxyapatite de calcium. Il convient de noter que l’aspect des deux
spectres est quelque peu différent. Les pics associés à la
structure cristalline HA sont plus étroits pour les particules
osseuses synthétiques IngeniOs HA, ce qui suggère une
structure cristalline plus régulière et un taux de cristallinité
plus élevé. Si la cristallinité élevée de ces deux produits
indique un faible niveau de solubilité, celle très élevée des
particules osseuses synthétiques IngeniOs HA suggère un
taux de résorption encore plus lent de ce matériau. Bien que
ce résultat soit purement qualitatif, cela semble logique en
raison du mode de production de chaque produit. Le matériau IngeniOs HA est fabriqué à partir de produits chimiques
de qualité réactive et de grande pureté, dans le cadre d’un
processus étroitement contrôlé. Certes, il est probable que le
processus de production du substitut osseux Bio-Oss est tout
aussi bien contrôlé, mais le matériau de départ (os de bovin)
présente par nature des variations naturelles de teneur en
minéraux et de taille de cristaux. Ces facteurs contribuent
donc aux pics élargis des spectres DRX de la figure 3.
La figure 4 montre les spectres FT-IR du substitut osseux
Bio-Oss et des particules osseuses synthétiques IngeniOs
HA. Les deux produits présentent le double pic typique
des PO4-3 à 550 cm-1 et 600 cm-1, ainsi que la vibration
d’étirement P-O à 1038 cm-1. En outre, l’échantillon de
matériau Bio-Oss présente un pic qui est vraisemblablement associée à une vibration de CO3-2. Sur les spectres
du matériau Bio-Oss, la plage comprise entre 1300 cm-1 et
1500 cm-1 environ semble aussi être plus intense que sur
les spectres de l’échantillon IngeniOs HA.
Les données FT-IR (Fig. 4) montrent également de
légères différences dans la structure de ces matériaux. Tous
deux présentent la signature du double pic de PO4-3 à 550
cm-1 et 605 cm-1, bien que ce double pic soit beaucoup
plus prononcé pour les particules osseuses synthétiques
IngeniOs HA. Ce fait est cohérent avec l’élargissement des
spectres DRX et suggère que la structure cristalline est plus
uniforme et plus cristalline dans le matériau IngeniOs HA
que dans le matériau Bio-Oss. En outre, le pic de carbonate
qui apparaît clairement dans le substitut osseux Bio-Oss
(CO3-2) est probablement dû à l’origine du matériau, à
moins qu’il ne provienne du processus et du traitement
thermique de celui-ci. Ce pic est totalement absent pour le
matériau IngeniOs HA.
Figure 4. Spectres FT-IR de substitut osseux Bio-Oss (en vert) et
de particules osseuses IngeniOs HA (en bleu).
DISCUSSION
L’objectif de cette étude était de comparer les propriétés
chimiques et physiques d’un nouveau matériau de greffe
osseuse à l’hydroxyapatite très poreux et non biologique
(les particules osseuses synthétiques Ingenios™ HA) à
celles d’un matériau de greffe osseuse d’origine bovine
largement répandu (le substitut osseux Bio-Oss). Ces deux
matériaux ont des propriétés chimiques, physiques et structurelles assez semblables. Les deux matériaux sont indiqués
pour un large éventail de procédures de greffe osseuse, en
particulier l’augmentation de la crête alvéolaire et l’augmentation du sinus maxillaire.
Une étude récemment publiée sur la culture de cellules
avec une lignée cellulaire ostéoblastique comparait l’adhérence et la prolifération des cellules sur le matériau IngeniOs HA (précédemment connu sous le nom de substitut
osseux synthétique Osbone®) et le substitut osseux Bio-Oss
3
Qu’ils soient d’origine synthétique ou à base de xénogreffe, les matériaux de greffe osseuse à l’hydroxyapatite
ont été utilisés avec un certain succès dans de nombreuses
applications dentaires. Des études sur divers modèles
animaux ont comparé l’os bovin déprotéinisé à un large
éventail de matériaux synthétiques à base de phosphate de
calcium (Santos 2010, Kruse 2011). Ces études ont montré
une capacité de régénération osseuse équivalente entre tous
ces matériaux. Bien qu’en nombre plus limité, des études
comparatives humaines ont néanmoins démontré l’équivalence des greffons osseux synthétiques et du matériau
xénogreffe (Mardas 2011).
(Bernhardt, 2010). Dans cette étude, des cellules osseuses
ont été cultivées en présence de granules de chaque matériau pendant diverses périodes allant jusqu’à 28 jours. Les
résultats ont montré une meilleure adhérence et une meilleure prolifération sur le matériau IngeniOs HA que sur le
matériau Bio-Oss. Les auteurs, qui attribuent les différences
observées aux paramètres de traitement différents utilisés
dans la production des deux matériaux de greffe, concluent
que ces différences font du matériau IngeniOs HA un candidat prometteur pour les applications de greffe osseuse.
Les autogreffes restent l’étalon-or (Donos, 2005) car elles
possèdent les propriétés ostéoinductrices, ostéogéniques et
ostéoconductrices nécessaires à la régénération osseuse en
vue de la pose d’implants. Toutefois, l’autogreffe présente
des inconvénients : plus longue durée de l’acte chirurgical,
complications possibles, morbidité du site de récolte et
limites de quantité d’os disponible. En outre, le type d’os
disponible (cortical ou spongieux), la qualité (densité) et
la quantité finale de l’os prélevé peuvent également rendre
l’utilisation des autogreffes problématique. En raison de
ces limitations, des efforts importants ont été consacrés au
développement de diverses catégories de substituts de greffe
osseuse, dont des matériaux au phosphate de calcium et à
l’hydroxyapatite, des verres bioactifs, ainsi que des matériaux d’allogreffe et de xénogreffe.
CONCLUSIONS
Cette étude a démontré que le matériau IngeniOs HA et le
substitut osseux Bio-Oss sont des matériaux à l’hydroxyapatite présentant une nature chimique et structurelle très
similaire. Il existe cependant des différences entre les deux
matériaux, en termes de cristallinité, d’oligo-éléments et de
porosité. En outre, l’étude de culture de cellules référencée
ici a montré une excellente réponse des cellules au matériau
IngeniOs HA. Les particules osseuses synthétiques IngeniOs
HA doivent donc être considérées comme une alternative
de greffe non-biologique pour l’augmentation du processus
alvéolaire suite à la perte de la dentition ou encore pour
l’augmentation du sinus maxillaire, en particulier lorsqu’une
greffe à résorption minimale et préservant l’espace est
souhaitable.
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©2012 Zimmer Dental Inc. Tous droits réservés. 6651FR, rév. 12/12. Les particules osseuses synthétiques IngeniOs HA sont fabriquées par curasan AG et distribuées
en exclusivité par Zimmer Dental Inc. Osbone est une marque déposée de curasan AG. BioOss est une marque déposée de Ed. Geistlich Soehne AG. Teflon est une
marque déposée de E. I. du Pont de Nemours and Company.
4
Copyright 2012 par Zimmer Dental Inc.
Comparaison de substituts de greffe
osseuse synthétique et à l’hydroxyapatite
d’origine bovine
David C. Greenspan, Ph.D.
INTRODUCTION
Les avantages possibles d’un matériau de greffe osseuse,
avec ou sans membrane de couverture, ont été largement
étudiés, aussi bien sur des modèles animaux que chez
l’humain.
Il est bien connu que l’extraction de dents entraîne
d’importants changements dimensionnels dans l’os alvéolaire. Le taux et l’ampleur de ces changements ont été largement étudiés, à la fois sur des modèles animaux (Araujo
2005a, Araujo 2005b) et dans de nombreuses études chez
l’homme (Devlin 2003, Trombelli 2008, Gholami, 2011).
Ces études s’accordent sur les principaux processus qui ont
lieu immédiatement après l’extraction et se traduisent par le
remodelage tissulaire. Ces événements entraînent une réduction globale de la hauteur et de la largeur de la crête, avec
des changements importants au niveau des crêtes osseuses
buccale et linguale. Fait intéressant, il semble que la crête
buccale se résorbe plus rapidement que la crête linguale.
L’os autogène, qui reste l’étalon de référence (Misch,
2010), nécessite un second site chirurgical, ce qui peut
entraîner des douleurs et des complications supplémentaires.
De plus il n’est disponible qu’en quantité limitée et augmente le coût de la procédure. L’allogreffe, qu’elle soit sous
forme congelée ou d’os déminéralisé lyophilisé (DFDBA) a
également été utilisée, mais sa rapidité de résorption la rend
inadaptée pour certains défauts importants. Les matériaux de
xénogreffes ont été utilisés assez fréquemment avec succès
ces dernières années comme substituts de greffe osseuse. Le
substitut osseux Bio-Oss® (Ed. Geistlich Soehne, Wolhusen,
Suisse) est un dérivé de l’os bovin qui subit un traitement
thermique et un procédé d’extraction chimique permettant
d’éliminer les composants organiques tout en préservant
l’architecture naturelle de l’os spongieux (Baldini 2011).
L’importance des changements structurels, y compris la
perte osseuse verticale et horizontale, a été mesurée à l’aide
d’un large éventail de méthodes, de l’évaluation radiographique (Schropp 2003) à l’utilisation de modèles coulés
(Johnson 1969) en passant par des études histologiques de
modèles animaux (Araujo 2005b). Bien que le taux absolu
de diminution des dimensions varie largement selon les
modèles et les méthodes, il est clair que la modification
dimensionnelle la plus importante se produit dans les trois
premiers mois suivant l’extraction. Toutefois, des changements peuvent encore être observés jusqu’à un an après
l’extraction, et probablement même au-delà. Récemment,
plusieurs méta-analyses exhaustives sont venues confirmer
ces résultats généraux (Vignioletti 2012, Ten Heggeler
2011).
Un certain nombre de substituts de greffe osseuse synthétiques ont également été développés pour ces applications.
La plupart sont basées sur l’hydroxyapatite ou d’autres
minéraux au phosphate de calcium, qui dans de nombreux
cas sont similaires au minéral naturel présent dans l’os
humain. Ces matériaux se présentent sous forme de granulés
poreux ou denses de différentes tailles. Les matériaux de
cette classe sont ostéoconducteurs, offrent une très bonne
biocompatibilité et sont faciles à stériliser et à utiliser
cliniquement. Les matériaux à l’hydroxyapatite ont généralement une faible solubilité, alors que ceux au phosphate de
calcium, ayant une plus grande solubilité, sont considérés
comme des matériaux de greffe osseuse résorbables.
La perte de hauteur et d’épaisseur de l’os peut avoir un
effet négatif sur le résultat de thérapies ultérieures destinées
à restaurer la dentition perdu. Les conséquences de la perte
de hauteur osseuse et de largeur de crête peuvent rendre
difficile le positionnement idéal d’un implant et compromettre l’aspect esthétique de la restauration prothétique.
Afin de remédier à ces déficiences potentielles, un certain
nombre de techniques visent à préserver l’alvéole et réduire
ainsi la perte osseuse. Il s’agit notamment de la mise en
place immédiate d’implants (Coslyn 2011, Kan 2003), de
l’extraction sans lambeau afin d’éviter de perturber le site
pour favoriser la cicatrisation de l’alvéole (Fickl 2008), et
de l’utilisation de divers matériaux de greffe osseuse, avec
ou sans membranes (Baldini 2011, Bornstein 2008). Des
analyses récentes de la littérature clinique montrent que les
substituts de greffe osseuse représentent un moyen efficace
de préserver la hauteur et la largeur de la crête et d’augmenter le volume osseux du sinus maxillaire (Klein 2010,
Chiapasco 2006).
L’objectif de cette étude est de comparer les propriétés
chimiques et physiques d’un matériau de greffe osseuse
d’origine bovine, le substitut osseux Bio-Oss, à celles
d’un nouveau matériau de greffe osseuse à l’hydroxyapatite très poreux et non biologique, les particules osseuses
synthétiques Ingenios™ HA (Zimmer Dental Inc, Carlsbad,
Californie). Cet article compare la chimie, la structure et la
morphologie de ces deux substituts de greffe osseuse.
MATÉRIAUX ET MÉTHODES
Pour cette étude, nous avons utilisé des particules osseuses synthétiques Ingenios HA et des substituts osseux
Bio-Oss provenant de lots non périmés et ayant des tailles
de particules de 1 à 2 mm. Tous les matériaux utilisés pour
chaque produit provenaient du même lot.
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