Biocompatibilité

5.5 Propriétés uniques et adaptabilité des biocomposites

Les biocomposites sont devenus de plus en plus populaires en dentisterie en raison de leurs diverses propriétés souhaitables telles que les propriétés mécaniques, la biocompatibilité, la bioactivité, l’activité antibactérienne, les activités d’inhibition des caries et de régénération, l’adhésion à la structure de la dent, la facilité d’utilisation et la haute valeur esthétique. Les biocomposites comprennent un si grand nombre de matériaux que les auteurs ne peuvent en discuter que certains à titre d’exemple ici.

Les interactions entre les différentes phases (par exemple, continues et discrètes) des biocomposites déterminent leur comportement mécanique, physique ou biologique dans un environnement vivant. La taille, le type et la fraction pondérale des particules de charge inorganique ont un effet significatif sur la résistance à la flexion, la ténacité et la dureté de surface du PMMA (Nejatian et al., 2006). Cet effet est observé dans les ciments osseux à base de PMMA où les particules osseuses augmentent la résistance à la fatigue et la rigidité du ciment (Park et al., 1986). De même, les plaques osseuses et les tiges fémorales en composite de fibres non seulement induisent une meilleure cicatrisation, mais présentent également une résilience plus élevée que leurs homologues métalliques (Jockisch et al., 1992).

Les biomatériaux tels que le HAp, les phosphates de calcium (β-TCP et TTCP) les vitrocéramiques wollastonites (Saadaldin et Rizkalla, 2014), et les verres bioactifs peuvent induire une bioactivité et une capacité de liaison osseuse dans les céramiques neutres ou les alliages de titane (Ducheyne et Qiu, 1999 ; Tanzer et al., 2004). La bioactivité est la capacité des matériaux à induire une réponse biologique spécifique. L’ostéoconductivité, la non-toxicité, la non-inflammation et la non-immunogénicité sont les autres propriétés du HAp qui en ont fait un constituant populaire des matériaux de restauration et de régénération (LeGeros, 1991). Le bioglass stimule la prolifération des ostéoblastes et l’ostéogenèse par l’expression de gènes et la libération d’ions calcium, phosphore et silicium.

Sur la base de la dégradabilité de la matrice ou des particules de charge, les biocomposites sont classés comme biodégradables, partiellement biodégradables et non dégradables. Les échafaudages d’ingénierie tissulaire et les sutures résorbables sont des exemples de biocomposites biodégradables. Les ciments osseux à base de PMMA avec des particules de charge HAp biodégradables sont des biocomposites partiellement biodégradables, qui fournissent une matrice pour l’opposition osseuse. Le HAp possède des propriétés ostéoconductrices et ostéoinductives, ce qui signifie que non seulement il sert d’échafaudage pour les ostéoblastes existants, mais qu’il favorise également la formation de nouveaux ostéoblastes (Barbieri et al., 2010 ; Kumar et al., 2013). Les composites restaurateurs et préventifs à base de résine (polymère) largement utilisés en dentisterie sont des exemples de biocomposites non biodégradables. Ils sont constitués d’une matrice polymère telle que l’UDMA, le Bis-GMA et le PMMA, mélangée à des particules de charge non biodégradables. Les particules de charge réduisent le retrait de polymérisation, renforcent la résistance à l’usure, améliorent la solidité et réduisent la sorption d’eau des composites. En conséquence, les composites de résine conservent leur forme, leur taille et leur apparence ainsi que leurs propriétés mécaniques et physiques tout au long de leur durée de vie (Lewandrowski et al., 2002). Bien que ces polymères soient considérés comme cytotoxiques ou allergènes sous des formes non réagies et qu’ils puissent provoquer des réactions involontaires, notamment chez le personnel dentaire (Scott et al., 2004 ; Moharamzadeh et al., 2007), ils sont neutres et sûrs une fois polymérisés. Les biocomposites à matrice polymérique sont résistants à la corrosion et ont une valeur esthétique supérieure à celle des alliages métalliques. Ils présentent également une meilleure résistance à la fatigue et une meilleure ténacité à la fracture par rapport aux céramiques (Furtos et al., 2013) ; cependant, ils ne sont pas aussi radio-opaques que les alliages métalliques ou les céramiques (Furtos et al., 2012).

Un groupe de composites dentaires bioactifs a été développé pour réduire l’activité carieuse soit en supprimant l’activité nocive des bactéries orales, soit en augmentant la résistance aux acides de la structure dentaire. Les verres bioactifs contenant des charges 45S5 BAG sont introduits comme scellants de puits et de fissures en raison de leurs activités d’inhibition des caries et de leurs propriétés mécaniques et physiques acceptables (Yang et al., 2013). Les ionomères de verre, les ionomères de verre modifiés par une résine et les compomères sont d’autres exemples de matériaux de restauration à structure composite, qui peuvent stocker et libérer du fluorure dans l’environnement oral (Wiegand et al., 2007). L’ion fluorure peut remplacer l’hydroxyde dans le cristal HAp, formant une fluoroapatite plus résistante aux acides, faciliter la reminéralisation de l’émail et inhiber le métabolisme des bactéries cariogènes telles que Streptococcus mutans (Buzalaf et al., 2011). Les ciments osseux peuvent contenir des agents antibactériens soit sous forme d’antibiotiques tels que la gentamicine, la tobramycine, la vancomycine et la céphazoline (Bistolfi et al., 2011), soit sous forme de particules de charge telles que des nanoparticules d’argent ou des particules d’hydroxyde de calcium (voir paragraphe ci-dessous). Les nanoparticules d’argent se sont révélées avoir une activité antimicrobienne contre certaines des souches bactériennes nocives et des champignons tels que Candida albicans (Mocanu et al., 2014).

La guérison et la régénération des tissus mous et durs ont toujours été l’objectif principal des sciences des biomatériaux. L’exemple le plus populaire de matériau doté d’une telle capacité est probablement l’hydroxyde de calcium, qui est incorporé comme ingrédient principal de certains bouchons pulpaires et scellants canalaires couramment utilisés pour provoquer la dentinogenèse. Ces produits sont utilisés pour sceller et protéger les tissus pulpaires vitaux exposés et donner une chance à la maturation ou à la fermeture de la racine (apexogenèse et apexification). Les ions hydroxy libérés par ce ciment induisent un pH alcalin, qui provoque une nécrose liquéfactive dans la partie superficielle de la pulpe, tandis que la zone plus profonde de la pulpe conserve un pH neutre et stimule la formation de tissu dur. En outre, l’environnement alcalin supprime l’activité bactérienne. L’agrégat de trioxyde minéral est un autre exemple de ces matériaux, qui a été introduit par Torabinejad et al. (1993) comme matériau pour le coiffage de la pulpe, l’obturation des canaux radiculaires, la réparation des perforations, l’apexification, les barrières apicales et la revascularisation (Nagy et al., 2014). En outre, les composites de matériaux bioactifs, tels que le bioglass ou les biocéramiques, sont utilisés comme revêtement pour améliorer l’ostéointégration des implants en titane et à base de titane (Ning et Zhou, 2002 ; Chu et al., 2006). Il convient de noter que non seulement la composition mais aussi les caractéristiques structurelles et de surface des biomatériaux peuvent également affecter la réponse tissulaire. Par exemple, seuls les matériaux poreux dont la taille des pores est supérieure à 150 µm, lorsqu’ils sont utilisés dans les implants, permettent la croissance des tissus (Li et al., 1994 ; Simmons et al., 1999).

L’adhésion à la structure de la dent est une autre propriété souhaitable des matériaux de restauration. Le verre ionomère et le verre ionomère modifié par une résine sont des exemples de matériaux ayant cette capacité. Leur adhésion se fait par microrétention et par liaison chimique aux ions Ca de la structure dentaire (Almuhaiza, 2016). Au contraire, les composites de résine conventionnels n’ont pas cette propriété ; ils ont donc besoin d’un agent adhésif pour la rétention. Les composites de résine auto-adhésifs récemment développés ont montré des résultats prometteurs in vivo ; cependant, les preuves cliniques suffisantes sont rares (Makishi et al., 2015). Les composites ont une faible adhérence à la structure de la dent, juste suffisante pour retenir les petites restaurations dans les zones d’appui à faible contrainte. En général, la capacité de liaison à la dent a éliminé le besoin de caractéristiques de rétention destructives dans la préparation de la cavité et a ouvert les portes à des restaurations moins invasives.

Les céramiques et les composites à base de polymères deviennent les matériaux de restauration les plus populaires principalement en raison de l’amélioration progressive de leur valeur esthétique, de leur durabilité et de leurs propriétés mécaniques. Ils sont faciles à utiliser avec différentes teintes et translucidités pour imiter la couleur naturelle des dents ou masquer les dents décolorées. Les composites polymères peuvent prendre directement grâce à une polymérisation chimique ou activée par la lumière. Bien que le rétrécissement de la polymérisation puisse exercer des contraintes sur la restauration et la surface de liaison des dents, entraînant des micro-fuites et des caries récurrentes, dans la plupart des cas, il peut être contrôlé de manière fiable par une sélection correcte des cas et une technique d’application.