Pourquoi la biocompatibilité est si importante en implantologie ?

Les propriétés du titane et des alliages de titane, ainsi que leurs effets éventuels sur l’organisme ont été étudiés de façon approfondie. Dans les fluides corporels et biologiques tels que la salive, les matériaux métalliques subissent principalement une corrosion électrochimique.

D’autre part, les implants en alliage de titane (grade 5) contenant 6 % d’aluminium sont de plus en plus proposés sur le marché par les firmes d’implants. Il a été scientifiquement prouvé que ces implants résistent beaucoup moins au phénomène de corrosion (1).

C’est pourquoi le relargage d’ions dans l’organisme est potentiellement plus important avec ceux-ci. Le fait que les implants de grade 5 résistent peu à la corrosion, une libération de particules d’aluminium et de vanadium peut se produire (1). N’oublions pas que l’aluminium est reconnu comme neurotoxique depuis 1970.

La porte d’entrée de l’allergène métallique - sous forme ionique - peut être :

- cutanéo-muqueuse (par contact),

- digestive (par ingestion de particules)

- respiratoire (par inhalation de particules).

Les ions métalliques libérés lors de la dégradation de surface se couplent par haute affinité à des protéines endogènes pour former des molécules qui se comportent comme des véritables antigènes. Dans le cas des ions titane, la liaison avec l’albumine et les transferrines leur confèrent une fonction antigénique (3). Ce phénomène est à souvent à l’origine d’une réaction d’hypersensibilité de type IV, lors d’un contact ultérieur avec la peau ou les muqueuses (4). D’après les données préliminaires émergeant de la littérature, il semblerait que l’allergie au titane soit plus fréquente chez les patients allergiques à un autre métal (5).

 

La corrosion provoque la libération de particules de métal

 

Aucun métal ou alliage n'est complètement inerte in vivo. Tous les métaux subiront une lente élimination des ions de la surface, en grande partie à cause des variations locales et temporelles de la microstructure et de l'environnement.

Les publications qui étudient la corrosion bactérienne montrent que les micro-organismes ne s'attaquent pas directement aux métaux. Ils modifient par leur métabolisme la physico-chimie à l'interface matériau-environnement, créant des conditions capables d’initier ou d’accélérer la corrosion. C’est l’hypothèse émise par Shibli et son équipe (6). Dans leur étude, ils analysent, en microscopie électronique, la surface d'implants ayant subi des échecs précoces et tardifs dus à un manque d'ostéointégration et caractérisés par une mobilité implantaire. Les spectres d’analyses d’énergie dispersive montrent différents degrés de résidus organiques à la surface des implants déposés et des éléments contaminants (0, N, Na, Ca, Al, P, Si) qu’on ne retrouve pas à la surface des implants témoins.

Selon les mêmes auteurs, ces contaminants proviennent à la fois du matériau lui-même et des fluides organiques et inorganiques. Or, certains de ces éléments peuvent favoriser la corrosion à la surface de l'implant après rupture du film passif. 

Fig. 3 : Image d’un implant corrodé publié par Noronha Oliveira, M, Schunemann, WVH, Mathew, MT, et al. Can degradation products released from dental implants affect peri‐implant tissues?J Periodont Res. 2018; 53: 1– 11.

 

Les études citées ci-dessus, démontrent que les produits issus des micro-organismes comme les bactéries pathogènes sur le plan parodontal peuvent participer à la corrosion par l’acidification du milieu péri-implantaire.

La rupture du film de passivation est observée. Un risque de corrosion accrue du titane est montré dans certaines conditions. Surtout avec l’acidification du milieu (7), la présence d’ions fluorures (8), l’état et le traitement de surface, et surtout le couplage électrochimique et la corrosion galvanique (9). Ces phénomènes diminuent la résistance à la corrosion du titane et entraînent un relargage d’ions métalliques. Ceux-ci étant amené à diffuser au niveau des tissus environnants (10).

Dans toutes les conditions favorisant la corrosion, des particules de titane et des ions titane sont relargués (11) (12). On peut donc se poser la question des interactions biochimiques et biologiques dues au relargage des particules et d'ions titane sur le plan local mais aussi général ainsi que sur l’immunité du patient. Les effets du titane sur le système immunitaire sont encore peu connus par le monde dentaire, mais il est notable que d’une part il se comporte comme un haptène, induisant ainsi une réponse d’hypersensibilité de type IV et d’autre part qu’il possède une action directe notamment sur les macrophages (13). Toutes ces données scientifiques indiquent que les nanoparticules de Titane et les ions Titane peuvent être impliqués dans l’inflammation, l’hypersensibilité et la cytotoxicité (14).

Quels sont les symptômes rencontrés ?

 

L’allergie au titane peut se manifester par des signes d’urticaire, d’eczéma, d’œdème, de rougeur et de prurit de la peau ou des muqueuses orales, localisée ou généralisée (21) (22).

Les plaintes des patients présentant une allergie dans la zone oro-buccale sont variées. Les patients peuvent décrire par exemple des sensations de brûlures ou de picotements de la muqueuse buccale, accompagnées parfois d’une sensation de sécheresse des muqueuses ou de perte du goût. Parfois, peuvent apparaître des symptômes plus généraux de type céphalées, dyspepsie, asthénie, arthralgies ou myalgies. Les signes qui peuvent faire suspecter une allergie de la cavité buccale sont la présence d’un érythème, d’un oedème labial ou d’un piqueté purpurique du palais, des ulcérations de la muqueuse buccale (aphtes), une gingivite, une glossite dépapillante, une perlèche, un eczéma péri-buccal ou encore la présence de réactions lichénoïdes de la muqueuse buccale (23).

Dans certains cas spécifiques, les réactions allergiques ont été associées avec des problèmes plus sévères tels que la dermatite atopique, la cicatrisation incomplète de fractures osseuses, des douleurs, des nécroses osseuses ainsi que la fragilisation implantaire.

Concernant les implants oraux, l’apparition d’érythèmes faciaux et de tissus hyperplasiques œdématiés et non-kératinisés ont également été décrits (24). Tout le monde s’accorde pour indiquer que la prévalence des allergies aux métaux dentaires est en augmentation à l’heure actuelle (25).

 

Les différentes possibilités de diagnostic

L’hypersensibilité de type IV se dirige contre des antigènes qui ne circulent pas dans le sang mais qui sont présentés à la surface des cellules. C’est une réaction à médiation cellulaire car elle est dépendante des cellules T sensibilisées par l’antigène. Elle est dite retardée car elle survient plus de 24 heures après la rencontre de l’antigène.

L'hypersensibilité retardée joue également un rôle important dans certaines maladies auto-immunes spécifiques d'organes, dans les mécanismes de défense anti-infectieuse en réponses à certains pathogènes persistants et dans les processus de défense anti tumorale.

Les patch-tests réalisés par les dermatologues et allergologues présentent beaucoup de faux négatifs du fait de leur faible sensibilité et de la nécessité de faire une lecture du résultat à plus de 7 jours. Leur faible sensibilité est liée au fait de l’absence d’immunoglobulines IgG ou IgE dans l’allergie de type IV.

Par contre, les tests sur lymphocytes sont d’une plus grande fiabilité vu le caractère cellulaire de l’allergie de type IV (26). Actuellement, il existe des examens biologiques en laboratoire qui indiquent clairement si les matériaux et métaux sont bien tolérés sur le plan immunologique. Il s’agit principalement du test Melisa, et du TTL (test de transformation lymphocytaire) pour tester les métaux.

 

Effet d’antenne avec les ondes électromagnétiques

 

Crouzier et al.(43) ont étudié l'imagerie par résonance magnétique, le champ électromagnétique, le rayonnement de radiofréquence et leur relation avec les dispositifs implantables. Ils ont découvert qu'une partie importante de la population porte des dispositifs métalliques, notamment des plaques orthopédiques, des tiges, des vis, des prothèses, mais aussi des implants dentaires, des endoprothèses, des fils d'électrodes ou des dispositifs électroniques. Les dispositifs métalliques sont bien connus pour interagir fortement avec les champs électromagnétiques par diffraction ou par focalisation, ce qui entraîne une augmentation locale significative de l'intensité du champ.

Avec l'utilisation de dispositifs électroniques, tels que les téléphones cellulaires portables ou les ordinateurs personnels et le WI-FI, qui deviennent de plus en plus répandus depuis quelques années, de nombreux articles ne font que souligner la commodité de ces dispositifs électroniques sans aborder les influences potentiellement négatives des ondes électromagnétiques émises sur le corps.

Les métaux présents dans l'organisme peuvent agir comme une antenne pour capter les ondes radioélectriques nocives, provoquant ainsi de nombreux symptômes généraux et graves, tels que des maux de tête, de la fatigue, des acouphènes, des vertiges, des pertes de mémoire, des battements de cœur irréguliers et des symptômes cutanés sur l'ensemble du corps, qui sont considérés comme causés par une hypersensibilité électromagnétique (44). Les implants métalliques amplifient les ondes de haute fréquence qui sont à proximité et peuvent provoquer des dépassements des niveaux de sécurité (45).

Effet de couplage galvanique

 

Le couplage galvanique est une cellule galvanique dans laquelle le métal le plus négatif (anode) est le moins résistant à la corrosion que le métal le plus positif (cathode). La corrosion galvanique des dispositifs dentaires est importante à deux égards : les effets biologiques qui peuvent résulter de la dissolution des alliages et le flux de courant résultant de la cellule galvanique qui pourrait causer la destruction des os. Le titane est anodique par rapport aux alliages nobles et cathodiques par rapport aux alliages de passivation à base de fer et de nickel (46).

 

En médecine dentaire, les implants dentaires en titane peuvent être le matériau le plus couramment associé à l'activité des antennes et peuvent favoriser ou amplifier les effets néfastes des ondes électromagnétiques (48) (49). Les traitements dentaires et implantaires devraient donner priorité à des matériaux non métalliques, de manière à éviter les influences nocives des ondes électromagnétiques sur le patient (50). La plupart des documents scientifiques disponibles indiquent un risque accru d'allergies dû à l'exposition au titane et au nickel (51). Ces allergies sont également associées à des facteurs génétiques individuels particuliers. Ceci valide la nécessité d'utiliser une médecine de précision avec une approche biocompatible optimale chez ces patients. Nous devons continuer à étudier les facteurs génétiques et environnementaux associés à l'exposition au titane et aux différents métaux afin de mieux gérer et soigner ces patients hypersensibles. Outre le titane, d'autres métaux tels que le nickel, le chrome, le zinc, se trouvent dans les divers implants disponibles dans le commerce et peuvent être allergènes pour certains patients. Certains auteurs (52) recommandent que la composition de l'implant soit obligatoirement divulguée sur la pochette de l'implant afin que l'implantologue et le patient connaissent bien la composition des matériaux de l'implant choisi.

Chez ces patients hypersensibles, il est recommandé de s’orienter vers un traitement implantaire avec des implants en céramique zircone.

 

La zircone pour une biocompatibilité optimale

 

Le problème électrochimique et électrique qui est dû au titane n'existe plus du tout avec les implants en céramique d'oxyde de zirconium.

La zircone est une biocéramique inerte qui présente d’excellentes propriétés biomécaniques, ne transmet pas la chaleur, n’induit aucune réaction galvanique, et contrairement au titane, n'est pas sensible à la corrosion dans le milieu buccal.

En l’absence d’électron libre, les céramiques d’oxyde de zirconium sont des isolants électriques et donc totalement exemptes de métal. La zircone n’étant pas un conducteur thermique signifie que les implants peuvent être meulés en bouche sans risque de provoquer une nécrose de l’os. Sa teinte blanche favorise des restaurations esthétiques.

La céramique en oxyde de zirconium est extrêmement biocompatible et n'a aucun impact sur le système immunitaire. Les différentes études n'ont constaté aucune incompatibilité ni aucune allergie liée à ce matériau.

Les implants en céramique d’oxyde de zirconium se caractérisent par l’absence de propriétés physiques et électrochimiques indésirables, et notamment l’absence de charge électrique et de conductibilité. En outre, il est important de préciser qu’ils n’entraînent pas d’« effet d’antenne », qui peut se produire en présence de corps métalliques implantés dans la bouche, ce qui est un aspect non négligeable à notre époque de la pollution électromagnétique.

Lors de l'oxydation du zirconium, une réaction chimique irréversible se produit lorsque les électrons passent du zirconium aux molécules d'oxygène.

La céramique zircone a des propriétés de matériau complètement différentes de celles du zirconium métallique, y compris la résistance à l'usure, la ténacité et la conductivité (53). C'est pourquoi les implants en zircone sont réellement décrits comme "sans métal " et donc ne présentent pas les risques potentiels d’allergie rencontrés avec ceux-ci (54).

« La céramique zircone Y-TZP présente, en plus d'une biocompatibilité élevée, des propriétés chimiques, physiques, mécaniques, et thermiques qui sont d'un grand intérêt pour l'implantologie dentaire ». (55). Une étude réalisée par Sterner et al.(56) s’intéresse à la réponse inflammatoire de macrophages humains en mesurant leur excrétion de TNF-α (Tumor Necrosis Factor Alpha) après stimulation par des particules d’alumine, de zircone, et de titane de taille et concentration différentes. La cytokine TNF-α est une cytokine retrouvée à la surface des macrophages qui joue un rôle dans la phase aigüe de la réaction inflammatoire. Les particules de titane (0.2μm et 2,5μm) provoquent une réponse TNF-α 8 fois et 17 fois plus importante que sur le modèle témoin. Les particules d’alumine quant à elles moins efficaces, provoquant une réponse 4 fois supérieure. A concentration et taille égales, les particules de titane provoquent donc une réponse plus importante. Enfin, dans cette étude, les particules de zircone ne provoquent pas de réponse d’activation de cytokine TNF-α.

La prolifération et la différenciation des ostéoblastes en présence de zircone ont été évaluées dans plusieurs études, qui confirment unanimement l'absence d'effets cytotoxiques (57) (58) (59).

Liagre et al. (60) ont montré que les particules de zircone ne modifient pas la synthèse de l'IL-1 et de l'IL-6 ni le métabolisme de l'acide arachidonique, et n'affectent donc pas la réponse inflammatoire de l'hôte. Degidi et al. (61) ont étudié la gencive autour des coiffes de cicatrisation en titane et en zircone

Le résultat montre que l'infiltrat inflammatoire est inférieur dans les tissus de l'attache muqueuse au zircone par rapport aux tissus péri-implantaires des dispositifs en titane. Les mêmes auteurs ont réalisé des analyses (62) autour des vis de cicatrisation. Les résultats de la biopsie montrent une réponse inflammatoire moins importante autour des vis de cicatrisation en zircone, aussi bien en terme d’activité bactérienne, que de densité des capillaires, d’infiltrat inflammatoire et encore d’expression des facteurs de croissance vasculaire.

En 2008, Wiltfang et al. (63) ont étudié la flore bactérienne dans l'attache gingivale de 24 implants en zircone. Il en ressort une concentration moindre en pathogènes parodontaux dans les poches de sondage autour des implants en zircone par rapport aux implants en titane.

Welander et al. (64) ont démontré sur un modèle animal que la membrane basale de la gencive attachée présentait moins de leucocytes sur les dispositifs en zircone par rapport au titane. La moindre fréquence des phénomènes inflammatoires autour des surfaces en zircone est liée au faible potentiel de colonisation bactérienne de ce matériau. Cette excellente biocompatibilité du zircone vis à vis des tissus mous permet un aspect sain et naturel des tissus péri-implantaires. Immédiatement après la phase de cicatrisation, on peut observer à l'examen clinique des tissus mous péri-implantaires entourant fermement l'implant et l’absence de tout signe d'inflammation.

Il est démontré (65) qu’il existe une demande accrue d'amélioration de l'esthétique et de la biocompatibilité ainsi que de la préférence de la population générale pour les matériaux d'implant non métalliques.

 

Cas clinique d’une patiente du Dr Giancarlo Bianca, avec allergie aux implants en titane

 

Patiente présentant des plaintes de brûlures des muqueuses, asthénie, et goût métallique en bouche après la pose de 4 implants à l’arcade inférieure (Fig. 18 et 19).