Dental Tribune France

Adhésion de nanoparticules d’hydroxyapatite (HA) aux matériaux dentaires

By Cintia Mirela Guimarães Nobre, Norbert Pütz,
January 24, 2021

Les nanoparticules d’hydroxyapatite (nano-HAP) suscitent une énorme attention dans le domaine des applications dentaires et leur adhésion à l’émail est bien établie. Il n’existe cependant aucun rapport concernant le comportement des HAP en présence d’autres matériaux dentaires, et la plupart des études menées dans ce domaine reposent sur des modèles in vitro qui ne tiennent pas compte des interactions entre l’apatite et la pellicule d’origine salivaire. Cette étude pilote in situ visait par conséquent à évaluer les effets de trois solutions à base d’hydroxyapatite et leurs interactions avec diverses surfaces de matériaux dentaires dans l’environnement buccal.

À cet effet, deux volontaires ont porté des gouttières intra-orales sur lesquelles avaient été fixés des échantillons d’émail et de trois autres matériaux dentaires : titane, céramique et polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Trois solutions aqueuses ont été préparées avec différentes formes et tailles de nano-HAP (HAP I, HAP II, HAP III) à une concentration de 5 %. Après une attente de trois minutes pour permettre la formation de la pellicule sur les matériaux, les volontaires ont utilisé 10 mL de solution pour rincer leur bouche durant 30 secondes. Un rinçage à l’eau a servi de contrôle. Les échantillons ont été vérifiés immédiatement après l’utilisation de la solution de rinçage, puis 30 minutes et deux heures plus tard. Des examens au microscope électronique à balayage (MEB) et au microscope électronique en transmission (MET) ont été réalisés pour caractériser les particules, et la MEB a permis d’évaluer les interactions entre les HAP et la pellicule. Les résultats MEB et MET ont montré de fortes variations dans la plage des tailles particulaires utilisées. Après deux heures, une couche hétérogène de HAP était présente sur les surfaces d’émail, de titane, de céramique et de PMMA en contact avec le milieu buccal. Des structures en forme de pont étaient visibles entre les nano-HAP et la pellicule formée sur les surfaces d’émail, de titane et de PMMA. En conclusion, les nano-HAP peuvent adhérer non seulement à l’émail, mais également aux surfaces dentaires artificielles dans l’environnement buccal. L’étude a démontré que la pellicule acquise agit comme un pont entre les nano-HAP et la surface des matériaux.

Introduction

L’application de nanoparticules d’hydroxyapatite (nano-HAP) en dentisterie a suscité une énorme attention au cours des dernières annees.1–4 L’hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) est une céramique phosphocalcique et représente le principal composant minéral de l’email dentaire, le tissu dur qui forme la couche externe d’une dent humaine. Sa structure est celle d’une cristallite caractérisée par une morphologie aciculaire et représentant plus de 90 % de la composition minérale de l’email.5–7 Les nano- HAP synthétiques sont considérées comme morphologiquement et structurellement similaires aux cristaux d’apatite de l’email et sont donc dotées d’une excellente biocompatibilite.1, 5, 6 Selon une analyse de la documentation effectuée récemment par M. Epple, les HAP, qui sont un matériau non toxique et non immunogène, ne présentent aucun effet indésirable pour la santé humaine lorsqu’elles sont appliquées a des doses appropriees.8 D’autres caractéristiques qui en font un matériau biomimétique attrayant sont notamment sa haute Energie de surface, son excellente solubilité et sa bio activité optimale.6, 8, 9 Les nano-HAP trouvent donc de plus en plus leur place dans diverses applications dentaires. Par exemple, en dentisterie restauratrice et préventive, il est possible d’utiliser les HAP pour reminéraliser les premières lésions carieuses de l’email et par conséquent de protéger les dents contre la carie et l’érosion dentaire.7, 10–13 En raison de ses propriétés, l’hydroxyapatite est ajoutée a la composition de dentifrices et de solutions de rinçage pour la compléter, non seulement comme matériau de réparation de l’email lésée, mais aussi comme agent de polissage, d’éclaircissement dentaire et de desensibilisation.5, 7, 14–16

Les données de la littérature prouvent en outre que la taille et la forme des particules d’hydroxyapatite jouent un rôle important qui influe sur leurs propriétés et les applications.17 On trouve sur le marché plusieurs sortes de HAP synthétiques sous forme de poudres brutes, mais selon les dernières publications, les poudres qui contiennent des particules de petite dimension obtiennent de meilleurs effets remineralisants.15, 16, 18, 19

Bien que la plus grande partie de la littérature corrobore les propriétés prometteuses des nanoparticules d’hydroxyapatite, les résultats sont très divergents.7 Alors qu’un nombre croissant d’essais révèlent la capacite des nano-HAP a réparer l’email,1, 2, 19–21 d’autres études n’indiquent aucune différence entre les effets reminéralisants obtenus avec un traitement par nano-HAP et un traitement fluore standard, et certaines des études annoncent même des résultats moins efficaces.3, 11, 22 Ces conclusions très variables pourraient être liées a la méthodologie mise en œuvre. La plupart des études sur l’utilisation des nanoparticules d’hydroxyapatite dans les produits de soins buccodentaires sont des modèles in vitro dont les résultats sont limites. Cette méthodologie ne reproduit pas les conditions intraorales réelles en raison de divers facteurs de nature individuelle, tels que le flux salivaire, la nutrition, ou les bactéries présentes dans la cavité orale.23

De plus, presque tous les résultats in vitro concernent l’interaction directe entre les HAP et la surface de l’email.1, 2, 4, 17 Dans l’environnement buccal cependant, une couche protéique appelée ≪ pellicule exogène acquise≫ se forme immédiatement sur toute surface exposée à l’environnement intraoral.

La pellicule exogène acquise est définie comme un film acellulaire exempt de bactéries, compose de nombreuses molécules salivaires, notamment des protéines, glycoprotéines, mucines, immunoglobulines, lipides, composants bactériens et autres macromolecules.23 25 La pellicule agit comme une barrière protectrice, présente une fonction lubrifiante, et modifie également l’Energie libre et les charges de la surface des matériaux. 25 La nature de l’interaction entre la pellicule et l’apatite est donc la première étape a franchir pour comprendre les mécanismes qui sous-tendent les effets supposes des nano-HAP dans l’environnement buccal. Un modèle d’étude in situ est la méthode la mieux indiquée pour évaluer cette interaction puisqu’un tel modèle reproduit les conditions orales réelles et mené ainsi à un résultat plus fiable.

Très peu d’études in situ ont été menées sur l’utilisation des particules d’hydroxyapatite sous forme de produit buccal, mais toutes montrent systématiquement que les HAP augmentent les effets protecteurs de la pellicule contre l’erosion26 et qu’il est donc possible de les utiliser comme agent reminéralisant. 27–29 De récentes publications d’études in situ indiquent également que les solutions de rinçage à base de nano-HAP peuvent réduire l’adhésion initiale des bactéries sur l’email sans les tuer. Ce phénomène est cause par un effet anti-adhésion qui contrarie la formation du biofilm sur les surfaces amellaires et peut donc agir à la manière d’un agent biomimétique régulateur du biofilm.9, 30 Des études supplémentaires in situ/in vivo sont cependant nécessaires pour clarifier les interactions entre les HAP et la pellicule, ainsi que le mécanisme d’action de l’hydroxyapatite.

Etant donne que la formation de la pellicule n’est pas limitée à l’email, une autre question utile porte sur l’adhésion éventuelle des HAP a d’autres matériaux dentaires, ce qui élargirait leurs utilisations avantageuses aux surfaces dentaires artificielles couramment employées pour les restaurations buccales. Cette étude pilote in situ visait donc à évaluer la possibilité d’une adhésion des nano-HAP sur différentes surfaces de matériaux dentaires dans l’environnement buccal, et à évaluer les effets de trois poudres de HAP différentes. Nous avons également examiné s’il existait des différences entre les interactions HAPpéllicule sur l’email et d’autres substrats dentaires, tels que le titane, le poly méthacrylate de méthyle et la céramique.

Matériel et méthodes

Cette étude pilote in situ a été menée chez deux volontaires sains âgés de 30 à 35 ans. Les critères d’inclusion étaient une bonne santé bucco-dentaire sans signes de gingivite, de caries ou de débit salivaire non physiologique ;31 aucune affection systémique ; pas de prise d’antibiotiques ou d’un traitement parodontal, quel qu’il soit, au cours des 6 derniers mois ; non-fumeur ; ni grossesse ni allaitement en cours ; et pas de port d’appareils orthodontiques.

Le protocole d’étude a été approuvé par le comité d’éthique médicale de l’Association médicale de la Sarre, Allemagne (no 283/03-2016), et un consentement éclairé écrit a été obtenu chez les sujets.

1 – Solutions analysées

Des nanoparticules d’hydroxyapatite (nano-HAP) de différentes tailles ont été utilisées pour la solution d’essai (Tableau 1). La taille des particules a été vérifiée par microscopie électronique à balayage (MEB) et microscopie électronique en transmission (MET). La solution d’essai à base de HAP a été préparée par mélange de 0,5 g dans 10 mL d’eau bidistillée. La solution de rinçage a l’eau (10 mL) a servi de contrôle négatif. Les sujets ont utilisé les diverses solutions de rinçage a des semaines différentes pour éviter des interférences entre les solutions d’essai et de contrôle, et prévenir ainsi la survenue d’un effet croise. Selon notre protocole, la première solution utilisée par chaque volontaire était le contrôle aqueux. Une semaine plus tard, les solutions d’essai à base de HAP ont été introduites dans l’ordre suivant : HAP I, HAP II et HAP III ; tout en respectant également une fenêtre thérapeutique de deux semaines entre chacune d’elles.

2 – Échantillons

Outre l’email dentaire, d’autres matériaux couramment utilisés dans les dispositifs de restauration bucco-dentaire ont été évalués : le titane (le matériau le plus courant dans les implants dentaires), les céramiques feldspathiques (utilisées comme matériau de restauration dentaire), et la résine de poly méthacrylate de méthyle (matériau courant dans ´la base des prothèses).

  1. Échantillons d’émail :

Des plaquettes carrées d’email ayant environ 5 mm de long et 1 mm d’épaisseur ont été préparées à partir d’incisives bovines. Ensuite, elles ont subi un ponçage standard au moyen de papier abrasif (grains de 240 à 2 500 pour MEB et MET), et la boue dentinaire a été éliminée selon la technique de nettoyage normalisée décrite ci-dessous.30

Les échantillons ont d’abord été laves à l’hypochlorite de sodium (Nao Cl) a 3 % pendant trois minutes, puis passes aux ultrasons dans de l’eau distillée durant cinq minutes.

Ensuite, ils ont été désinfectés dans de l’éthanol a 70 % pendant quinze minutes. Et enfin, les échantillons ont été laves à l’eau stérile et conserves a 4 °C dans de l’eau stérile pendant 24 heures.

  1. Échantillons de titane :

Des disques en titane (Ti) présentant une surface microstructurée par sablage et mordançage à l’acide (SLA) et une rugosité moyenne de surface (Ra) de 2 μm, de grade 2, ont été fournis par Dentsply Implant Systems (Dentsply Sirona, Mannheim, Allemagne

), diamètre de 5 mm, hauteur de 1 mm. Les disques en Ti ont été polis par un ponçage humide à l’aide de papier abrasif (grains de 800 à 4 000). Pour éliminer la boue dentinaire résultante et assurer une désinfection, les disques en Ti ont été immerges dans de l’isopropanol (70 %) pendant dix minutes, puis lavés à l’eau distillée.

  1. Échantillons de céramique :

Des plaquettes carrées/rectangulaires en céramique, d’une longueur de 5 mm et d’une épaisseur de 1 mm environ, ont été préparées à partir de blocs de céramique feldspathique

(VITABLOCS Mark II de VITA Zahnfabrik, Allemagne). Ces plaques ont été poncées à l’aide de papier abrasif (grains de 240 a 4 000). Pour assurer le nettoyage et la désinfection, les échantillons en céramique ont été immerges dans de l’isopropanol (70 %) pendant quinze minutes, puis laves a l’eau distillée.

  1. Échantillons de PMMA :

Une résine de poly méthacrylate de méthyle (PMMA), d’un diamètre de 5 mm et d’une épaisseur de 1 mm, a été préparée au moyen d’un kit de résine autopolymérisante (poudre et monomère) Paladent (Kulzer, Allemagne), selon les indications du fabricant, et d’une technique prothétique utilisée à l’université de la Sarre. La résine a été poncée au moyen de papier abrasif (grain de 1 200 a 4 000) et nettoyée selon le protocole décrit ci-dessous. Les échantillons ont subi trois traitements par ultrasons (chaque fois dix minutes), deux fois dans de l’isopropanol a 70 % et une fois dans de l’eau stérile. Enfin, les échantillons ont été séchés avant de les fixer aux gouttières.

3 – Exposition buccale

Pour évaluer l’interaction éventuelle entre les particules d’hydroxyapatite et la pellicule exogène acquise, les échantillons ont été montes dans des gouttières maxillaires individualisées (Fig. 1). Ils ont été préparés à partir de feuilles de méthacrylate d’une épaisseur de 1,5 mm, couvrant la zone des prémolaires a la première molaire. Des perforations dans les faces vestibulaires des gouttières ont été réalisées, pour fixer le matériau a empreinte en polysiloxane de vinyle dans lequel chaque matériau avait été introduit. Avant l’utilisation des gouttières, les volontaires ont brosse leurs dents sans dentifrice et les ont simplement rincées à l’eau courante, afin d’éviter de possibles interférences avec les composants d’un dentifrice. Apres l’insertion intra -orale des gouttières munies de trois échantillons sur chaque côté (total de six échantillons du matériau sélectionné), un rinçage unique (30 secondes) avec 10 mL de la solution choisie (HAP I, HAP II, HAP III, ou eau) a été effectué après un temps d’attente de trois minutes, pour permettre à la pellicule de se former. Un échantillon a été prélevé sur chaque côté, immédiatement après l’utilisation de la solution de rinçage, puis 30 minutes et 120 minutes plus tard. Après chaque prélèvement, les échantillons ont été rinces à l’eau distillée, pour éliminer les particules non adsorbées. Ensuite, les échantillons ont été préparés pour l’examen au microscope électronique à balayage (MEB). Chaque volontaire a porté la gouttière durant deux heures, entre dix et douze heures. L’utilisation de la gouttière portant les six échantillons a été répétée pour chacun des quatre matériaux et chacune des quatre solutions analysées, ce qui a mené à un total de 96 échantillons par volontaire.

4 – Microscopie électronique à balayage

Afin de caractériser la taille et la forme des particules des différentes poudres, les solutions de HAP I, HAP II et HAP III ont été directement appliquées sur le porte échantillon MEB (une plaque d’aluminium) et analysées par MEB et spectroscopie a rayons X a dispersion d’énergie (EDS), au moyen du microscope XL30 ESEM FEG (FEI, Eind hoven, Pays-Bas), sous un grossissement de 20 000 fois et a une tension d’accélération de 5 kV et 10 kV. Les échantillons exposes a l’environnement buccal ont été préparés pour l’analyse MEB, afin d’examiner l’étendue de la pellicule à différents moments suivant l’utilisation de la solution de rinçage, ainsi que ses liens avec les particules d’hydroxy apatite. Apres l’exposition buccale, les échantillons ont été laves à l’eau stérile, puis fixés au glutaraldehyde à 2 % (1 mL dans un tampon de cacodylate 0,1 M) durant deux heures à 4 °C. Enfin, les spécimens ont été séchés à l’air pendant la nuit, a température ambiante dans la chambre a circulation d’air. Le lendemain, les échantillons ont été revêtus de carbone par pulvérisation cathodique et analyses par MEB et spectroscopie a rayons X a dispersion d’énergie (EDS), au moyen d’un microscope XL30 ESEM FEG (FEI, Eindhoven, Pays-Bas), successivement a une tension d’accélération de 5 kV puis de 10 kV, sous un grossissement atteignant 20 000 fois.

5 – Microscope électronique en transmission

Pour évaluer la taille des particules, des solutions de nano-HAP a 5 % ont été préparées à partir de chaque poudre. Celles-ci ont été appliquées directement sur des grilles en cuivre revêtues de Piliforme et analysées avec le microscope MET Tecnai 12 Biotwin (FEI, Eindhoven, Pays-Bas) sous un grossissement atteignant 100 000 fois. Un autre essai a également été effectué pour confirmer la présence de la pellicule. Les volontaires ont porté les mêmes gouttières munies de deux échantillons d’email seulement (un sur chaque côté), puis effectue un rinçage unique durant 30 secondes avec 10 mL de solution de HAP II, après avoir attendu trois minutes pour permettre à la pellicule de se former. Les échantillons ont été retirés de la cavité orale 30 minutes après l’utilisation de la solution de rinçage. Immédiatement après le retrait des gouttières de la bouche, les échantillons ont été laves à l’eau stérile pour éliminer les bactéries qui y étaient présentes. Les spécimens ont été placés dans des tubes de 1,5 mL contenant 1 mL d’une solution de fixation à base de glutaraldehyde a 1 % et maintenus à 4 °C durant une heure. Après cette première fixation, les échantillons ont été lavés quatre fois avec un tampon de cacodylate 0,1 M, chaque fois dix minutes, et conservés à 4 °C dans le tampon de cacodylate. Les échantillons ont ensuite été fixés dans du tétroxyde d’osmium durant une heure, dans une chambre sombre a température ambiante, puis laves cinq fois pendant dix minutes à l’eau distillée et immerges dans de l’éthanol a 30 % pendant une nuit. Après la préparation pour l’analyse MET, ils ont été déshydratés à température ambiante, dans des bains successifs d’éthanol a 50 % (2 x 10 min), 70 % (2 x 20 min), 90 % (2 x 30 min) et 100 % (2 x 30 min). Pour terminer, ils ont été plongés dans deux bains d’acétone à 100 %, chaque fois 30 minutes, et maintenus toute une nuit dans un mélange d’acétone/Araldite (Agar Scientifi c, Stansted, Royaume- Uni) contenant 3 % d’un accélérateur (mélange A), à température ambiante. Le lendemain, le mélange A a été éliminé et un second mélange (mélange B) a été préparé (mélange d’Araldite avec 2 % d’accélérateur).

Les échantillons ont été laissés de nouveau toute une nuit dans le mélange B, dans la chambre à circulation d’air à température ambiante. Ensuite, un nouveau mélange B a été utilisé pour remplir les récipients servant à l’inclusion des échantillons et le tout a été mis à polymériser pendant 48 h dans une étuve a 65 °C. Des coupes ultrafines ont finalement été réalisées au moyen d’un ultramicrotome équipe d’un couteau diamant (Leica EM UC7, Allemagne) et placées sur des grilles de cuivre revêtues de Piliforme. Elles ont été colorées avec des solutions aqueuses d’acetate d’uranyle et de citrate de plomb, à température ambiante. Après un lavage intensif à l’eau distillée, les biofilms pouvaient être analysés au microscope MET Tecnai 12 Bio Twin (FEI, Eindhoven, Pays-Bas) sous un grossissement atteignant 100 000 fois.

Résultats et discussion

Cette étude pilote a, pour la première fois, prouvé qu’il est possible d’accumuler des nano-HAP sous forme de cristallite et de sphères sur la surface de l’email naturel, mais aussi sur diverses surfaces dentaires artificielles présentes dans l’environnement buccal, et la pellicule peut jouer un rôle important dans le mécanisme d’adhésion des particules.

1 – Échantillons d’émail

Cette étude a utilisé de l’email d’origine bovine. Au cours des dernières décennies, diverses raisons ont en effet mis un frein à l’utilisation de dents humaines pour la recherche, notamment la complexité de la normalisation, la difficulté d’obtenir des quantités suffisantes et surtout la question ethique.32, 33 Le recours aux dents d’animaux est donc apparu comme une alternative. L’email bovin présente des similitudes avec l’email humain au regard de la composition minérale, de la densité et de la structure. Il est également facile de se procurer les dents bovines en grande quantité et leurs caractéristiques sont uniformes. De plus, leur taille plus grande et leur surface plus plate facilitent leur manipulation.4, 32, 34

2 – Particules d’hydroxyapatite

Les études déjà publiées démontrent que la taille et la forme des particules et des agrégats influencent les propriétés des HAP et leurs applications. La taille des particules est en outre un facteur clé pour l’adhésion sur l’email.4, 15, 16, 18 Dans une étude in vitro, Li et al. Ont suggère qu’un diamètre de 20 nm des cristallites de HAP était la meilleure dimension pour les applications nano-HAP.17 Partant de l’hypothèse que les nanoparticules plus petites (HAP I) devraient produire de meilleurs résultats quant à l’adhésion, la présente étude a évalué trois poudres d’hydroxyapatite contenant des particules dont la taille moyenne était à l’échelle du nanomètre.

La taille des particules de chaque poudre d’hydroxyapatite a été analysée par MEB et MET. HAP I et HAP II se situaient dans une petite fourchette de tailles et présentaient une certaine uniformité dimensionnelle des particules. Les particules HAP I variaient de 30 nm à 70 nm (Fig. 2) et les particules HAP II de 60 à 120 nm (Fig. 3). HAP III présentaient les écarts de taille les plus importants, allant de particules de 50 nm a des particules même plus grosses que 1 μm (Fig. 4). Ces variations dimensionnelles des particules de chaque poudre d’hydroxyapatite utilisée dans cette étude montraient une certaine similitude. Par conséquent, il n’a pas été possible d’évaluer en détail l’influence de la taille des particules d’apatite sur leur comportement d’adhésion dans l’environnement buccal. Nos résultats indiquent que de meilleures méthodes de synthèse des HAP doivent être mises en œuvre pour standardiser la taille des particules.

En ce qui concerne les caractéristiques morphologiques des HAP, nos analyses MEB et MET ont confirmé les structures de type cristallite des HAP I et HAP II (Figs. 2 et 3). La figure 4 présente une majorité de HAP III sphériques, mais sur l’image MET, on observe également des structures non globulaires.

Les HAP III sont donc principalement composées de particules sphériques et de quelques particules aciculaires. Chose étonnante, dans cette étude, les particules sphériques ont adhéré sur chaque surface de la même façon que les particules aciculaires. Les essais in vitro ont révélé que les cristallites de HAP ont une meilleure adhésion à l’email, car leur morphologie est similaire aux unités élémentaires de l’email naturel.4, 17

Mais une autre étude in vitro a montré que les nano-HAP sphériques étaient dotées d’un excellent potentiel de reminéralisation de l’email.1 A notre connaissance, ceci est la première étude in situ étude qui compare les effets des nano-HAP sphériques avec ceux des nano-HAP de type cristallite, et elle a montré que les deux formes peuvent adhérer à la pellicule formée in situ sur différents matériaux dentaires.

De plus, indépendamment de leurs tailles et formes, les trois hydroxyapatites analysées avaient tendance à s’agglomérer en solution aqueuse (Figs. 2–4) pour former des agrégats de tailles différentes et de formes irrégulières. Des particules isolées ont été observées plus fréquemment dans la solution de HAP III et présentaient clairement une forme sphérique. Les HAP I et II n’ont que rarement permis d’observer des cristallites individuelles en solution aqueuse. Cette tendance à former des agrégats pourrait être liée à la structure dipolaire de la molécule d’hydroxyapatite et par conséquent aux forces électrostatiques et de Van der Waals entre les particules.30 Un autre résultat commun à toutes les solutions analysées a été la diminution avec le temps de la quantité de particules d’hydroxyapatite et de la taille des agrégats sur chacune des surfaces des matériaux (Figs. 5–8). Ce modèle peut être explique par le processus d’adsorption et de désorption qui se déroule en permanence dans la cavité orale.25 Apres le rinçage avec les solutions de HAP, les particules et les agrégats sont déposés sur la surface des matériaux.

Avec le temps, ces particules se dissolvent dans la salive. De ce fait, les forces de cisaillement intra-orales contribuent à une déstabilisation des particules qui mené à la formation de petits agrégats et de particules individuelles, dont une partie est réabsorbée dans la pellicule ou déglutie. La dissolution continue des nanoparticules d’hydroxyapatite qui se produit également, intensifie ces résultats. Les agrégats plus importants sont aussi davantage exposés aux forces de cisaillement, à l’élimination de la surface des matériaux et a une déglutition subsequente.4, 16

3 – Efficacité d’adhésion de l’hydroxyapatite

Les micrographies MEB des échantillons rinces à l’eau (contrôle) (Figs. 5–8) ont révélé une couche mince et inégale, présentant des structures globulaires sur toutes les surfaces après trois minutes d’exposition intraorale. Une analyse MET des échantillons sélectionnés a été réalisée pour vérifier la présence d’une pellicule a la surface des spécimens.

L’image MET (Fig. 9) confirme la présence de la pellicule exogène acquise sur les spécimens. Après 30 minutes, la pellicule avait continué de s’étendre sur les quatre matériaux analyses et une surface d’aspect presque totalement noueux s’était formée après deux heures, composée d’agrégats de protéines salivaires de forme globulaire. La formation de la pellicule exogène acquise lors de l’essai de contrôle a évolué en accord avec les données de la littérature selon lesquelles l’adsorption des protéines et la formation subséquente de la pellicule salivaire commencent quelques secondes après l’exposition d’un matériau a l’environnement buccal.25

Les interactions protéines-protéines continuent et une pellicule protéique plus épaisse et plus homogène est visible après 30 et 120 minutes. La quantité de protéines absorbées a donc augmente avec le temps dans tous les échantillons analyses. Selon la littérature, le développement de la pellicule exogène acquise atteint un plateau après 30 à 90 minutes et sa pleine épaisseur une heure ou deux apres.25 Lors de l’application des solutions de nano-HAP a 5 %, la distribution des nanoparticules s’était déroulée aléatoirement sur toutes les surfaces des échantillons (Figs. 5–8). Immédiatement après l’utilisation de la solution de rinçage, la plupart des échantillons présentaient une surface hétérogène, recouverte avec des particules et des agrégats dont la taille et la forme variaient considérablement. HAP I et HAP II ont produit de grands agrégats mesurant jusqu’à 4 μm. La couche de HAP III montrait une meilleure répartition sur toutes les surfaces des matériaux immédiatement après l’utilisation de la solution de rinçage. Trente minutes après le rinçage, le nombre de particules fixées avait diminué et on pouvait observer un plus grand nombre de particules dispersées sur l’image MEB ; toutefois, des agrégats de plus petite taille étaient également visibles. Etonnamment, presque toutes les nanoparticules ont été éliminées des échantillons de titane rinces avec la solution de HAP I. Finalement, deux heures après l’utilisation de la solution de rinçage, des particules de plus petite taille étaient visibles sur les images MEB (Figs. 5–8) et on pouvait encore observer de petits agrégats.

 

Par contre, des particules et des agrégats d’une taille supérieure a 1 μm étaient rarement présents. La quantité et la taille des agrégats d’hydroxyapatite sur chaque surface des matériaux a diminué avec le temps. Jin et al. ont également rapporte l’influence de la taille des HAP dans le cadre d’un essai in vitro ayant démontré que les particules de la taille du nanomètre (< 1 μm) adhéraient mieux à l’email.16 L’étude in situ de Kensche et al. n’a aussi montré que des micro-agrégats isolés deux heures après l’utilisation d’une solution de rincage.30 En raison de la surface de contact plus importante, des particules et des agrégats de plus petite taille devraient donc mieux adhérer aux composants de la pellicule. En résumé, après deux heures d’exposition intra-orale, tous les échantillons présentaient une couche hétérogène et parsemée de nano- HAP en contact avec la pellicule externe. Un recouvrement homogène n’a pas pu être obtenu, probablement en raison des interactions complexes qui se produisent dans l’environnement intra-oral, ou en raison de la forme et de la taille des particules sélectionnées.

Jusqu’à présent, les rares données in situ sur ce sujet mentionnent seulement l’adhésion entre les HAP et la surface de l’email.9, 30 D’après nos résultats cependant, on peut conclure que les nanoparticules d’hydroxyapatite adhèrent également à d’autres surfaces dentaires, telles que le titane, la céramique et le poly méthacrylate de méthyle, ce qui ouvre la voie à un domaine de recherche prometteur en dentisterie préventive. Cette étude comportait toutefois certaines limitations. La stabilité de ces interactions impliquées dans l’adhésion des particules d’apatite sur les différentes surfaces analysées n’a pas été évaluée sur de longues périodes. Une autre limitation évidente était le nombre de volontaires qui n’a pas permis de réaliser une analyse quantitative. Les raisons sous-tendant le choix du peu de participants sont liées au grand nombre d’utilisations de la gouttière par chaque volontaire. Il est par conséquent nécessaire de réaliser davantage d’essais in vivo/in situ avec un nombre plus élevé de sujets pour clarifier les mécanismes moléculaires fondamentaux des interactions entre la pellicule et l’apatite.

Les caractéristiques physiques et chimiques de chaque matériau influencent la formation de la pellicule et du biofilm, et pourraient également influer sur le dépôt des HAP.35 Les comparaisons entre tous les matériaux ont montré que l’accumulation des HAP sur les échantillons de céramique était la plus faible après deux heures (Fig. 7), tandis que les échantillons de PMMA contenaient le plus grand nombre de particules et d’agrégats au bout du même temps (Fig. 8).

La porosité et les zones de rétention du PMMA expliquent son association a un dépôt plus important de HAP.36, 37 Au regard des solutions de HAP utilisées, les HAP II et III se sont montrées plus efficaces pour recouvrir les échantillons de titane alors que les particules d’hydroxyapatite de HAP I étaient presque absentes. Sur les surfaces d’email et de PMMA, on a observé un recouvrement similaire par les trois solutions. La figure 7 montre que les particules de HAP III se sont aussi accumulées sur les irrégularités de surface de la céramique, ceci en raison du processus de polissage. Indépendamment des variations morphologiques (sphères ou cristallites) et dimensionnelles, les trois types de nanoparticules de HAP analyses pouvaient donc adhérer à l’email, au titane, a la céramique et au PMMA recouverts par la pellicule.

Un grossissement MEB plus fort a été utilisé pour analyser les interactions entre les nano-HAP accumulées et la pellicule qui recouvrait chaque substrat. Fait intéressant, lorsque les solutions d’hydroxyapatite ont été appliquées, on a pu observer les structures de connexion entre les particules et la pellicule formée sur les surfaces d’email, de titane et de PMMA deux heures après l’exposition buccale aux solutions de rinçage respectives (Fig. 10). Par contre, au bout de deux heures, il n’a pas été possible de trouver ces structures sur la céramique en raison de la quantité réduite de HAP sur cette surface. Selon Vukosavljevic et al., les précurseurs protéiques de la pellicule, tels que les histatines ou les statherines, possèdent une affinité élevée pour les cristaux d’hydroxyapatite présents sur les dents naturelles et amorcent le processus de formation de la pellicule exogène acquise.38 L’adhésion des nano-HAP synthétiques pourrait donc être associée a ces composants de la pellicule qui agissent comme un agent de liaison. Davantage d’études in vivo/in situ doivent être menées pour clarifier ces relations de façon détaillée.

Conclusions

Ainsi, pour la première fois, une étude a démontré que toutes les nano-HAP appliquées sous forme de solutions de rinçage orales, indépendamment de la forme et de la taille, recouvrent efficacement, mais de façon hétérogène, les surfaces de l’email, du titane, de la céramique et du PMMA dans l’environnement buccal. Les nano-HAP peuvent donc adhérer non seulement à l’email, mais également aux surfaces dentaires artificielles dans des conditions intraorales.

L’étude pilote a démontré la formation d’un pont entre les nano-HAP et les surfaces des matériaux en présence de la pellicule exogène acquise.

Etant donne l’importance croissante des nanoparticules de HAP en dentisterie, il est primordial de comprendre le mécanisme d’interaction de ces particules avec l’environnement intra-oral. En dépit des résultats intéressants obtenus dans cette étude pilote, ses limitations imposent de procéder a davantage d’essais sur un plus grand nombre de sujets afin de mieux clarifier les interactions entre la pellicule et l’apatite.

Disponibilité des données

Toutes les données importantes à l’appui des résultats sont présentées dans ce document.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêts au regard de la publication de cet article.

Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier Belinda König, qui a préparé les échantillons pour l’analyse MET et la Fondation allemande pour la recherche (DFG, SFB 1027) pour son soutien partiel à cette étude.

Copyright c 2020 Cintia Mirela Guimaraes Nobre et al. Cet article en libre accès est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution, qui en autorise l’utilisation, la distribution et la reproduction sur tout support, à condition que l’œuvre originale soit dument citée.

Source Wiley Hindawi, titre d’origine : Adhesion of Hydroxyapatite Nanoparticles to Dental Materials under Oral Conditions https://doi.org/10.1155/2020/6065739

Reçu le 31 mai 2019 ; Révisé le 21 février 2020 ; Accepté le 22 avril 2020 ; Publié le 5 mai 2020. PAru dans le journal Dental Tribune France août/septembre 2020 VOL.12 /NO 8-9

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