PROTHÈSE IMPLANTO-PORTÉE UNITAIRE : INTÉRÊTS DES MATÉRIAUX COMPOSITES CFAO

ACTUALITÉS ET PERSPECTIVES

Solution de choix, les couronnes céramo-métalliques (CCM) et céramo-céramiques sur armature zircone (CCCZr) sont encore les plus fréquemment utilisées [¹]. Avec un taux de survie (défini comme prothèse restant in situ, avec ou sans modification pendant toute la période de suivi) à 5 ans de plus de 97 %, le consensus de l’ITI (International Team of Implantology) de 2018 sur les PIP recommandait donc ces deux options pour les réhabilitations antérieures et postérieures [²]. Toutefois, la revue systématique de Pjetursson et al. de 2018 relève, pour ce type de prothèses, un taux de complications (mécaniques ou biologiques) compris entre 6,2 et 38,4 %, sans différence statistiquement significative entre les CCM et les CCCZr [¹]. L’étude du même auteur en 2007 attestait d’un taux de complications mécaniques de type fracture du cosmétique de 4,5 % à 5 ans [³].

L’évolution de notre pratique s’orientant vers des prothèses « tout céramique », les CCM laissent progressivement place aux CCCZr, plus esthétiques en général et biocompatibles.

Néanmoins, ces céramiques sur armature zircone présentent certains inconvénients. Elles apparaissent plus fragiles, avec des fractures cosmétiques de surface, appelées écaillage ou chipping (^{figures 1} et ²), rapportées dans 2,1 % des cas selon une méta-analyse [¹]. Toutefois, les données sur l’incidence du chipping sont assez variables. L’étude rétrospective de 2012 de Schwarz et al. avait conclu à un taux d’incidence de 24,5 % sur 5,8 années de suivi [⁴]. C’est un écueil majeur en sachant que les réparations intra-orales nécessitent des stratégies de collage exigeantes [⁵] dont l’utilisation de l’acide fluorhydrique, hautement toxique.

Conscient de cette faiblesse et de la fragilité potentielle que représente la surface de liaison entre l’infrastructure et le matériau cosmétique, les fabricants ont proposé des matériaux monolithiques. Concernant la zircone, son utilisation n’est plus limitée à la fabrication d’armatures, mais a été étendue à la réalisation de prothèses entièrement en zircone.

Au sujet de ces couronnes full zircone, le débat reste ouvert [⁶]. Si les complications de type chipping pourraient être supprimées [⁶], il pourrait exister une détérioration des propriétés mécaniques liée au défaut de stabilité des cristaux de zircone en milieux aqueux [⁷, ⁸]. De plus, leur rigidité limite l’absorption des forces occlusales, ce qui a pour conséquence une transmission très importante des forces exercées sur la prothèse vers l’implant et les tissus de soutien.

À noter que cet attrait pour les full zircone est aussi lié à l’engouement de certains laboratoires de prothèse (conception plus aisée et moins coûteuse que la stratification) et à la recherche par les praticiens d’une prothèse à moindre coût.

Autre matériau de choix en PIP, les céramiques vitreuses renforcées au disilicate de lithium (CVLiS2) apportent satisfaction grâce à leurs propriétés optiques et mécaniques [⁸]. Elles affichent un taux de survie de 100 % à 2 ans [⁹] et à 3 ans [¹⁰], et de 91 % à 5 ans [¹¹]. Une revue de littérature de 2018 montre que les CVLiS2 ont un taux de chipping inférieur à celui de la céramique stratifiée sur armature zircone (6 % contre 11,8 %) [¹¹]. Toutefois, leur forte résistance à la flexion (370-460 MPa [⁸]) les rend particulièrement difficiles à usiner et polir et, par extension, difficiles à ajuster en bouche [¹²].

Les principaux écueils des matériaux actuels en PIP sont donc d’ordre mécanique avec, d’une part, le problème de chipping et, d’autre part, la différence significative de propriétés mécaniques entre les matériaux de restauration utilisés, rigides, et le complexe émail/ dentine, capable lui d’absorber en partie les contraintes.

Les matériaux composites CFAO présenteraient-ils un moindre risque de chipping, tout en ayant des propriétés mécaniques plus proches de celles de la dent naturelle ? Seraient-ils le matériau idéal en prothèse implanto-portée unitaire ?

CAHIER DES CHARGES DES MATÉRIAUX COSMÉTIQUES

Propriétés biologiques

En implantologie, l’attache supra-crestale (espace biologique) garantissant l’herméticité du compartiment osseux est fragile comparée à celle de la dent naturelle [¹³]. Par conséquent, en plus d’être biocompatible en milieu buccal, le matériau devrait idéalement promouvoir l’attache des cellules de l’épithélium de jonction.

L’équilibre entre l’attache cellulaire, recherchée, et l’adhésion bactérienne, à éviter, sera influencé par :

• la rugosité de surface. Trop lisse, la surface empêche une bonne attache ; trop rugueuse, elle facilite la colonisation bactérienne [¹⁴, ¹⁵]. Cette rugosité est conditionnée tout d’abord par la microstructure des biomatériaux et, ultérieurement, par l’usinage et le polissage [¹⁴, ¹⁵]. À noter que la glaçure, remise en question au niveau des faces occlusales [¹⁶] du fait de sa faible durée de vie et du risque d’exposition d’une surface rugueuse sous-jacente, peut donc également être discutée dans ces zones infra-gingivales de par la surface lisse qu’elle crée ;

• la cytotoxicité. Si celle-ci est présente et connue pour les composites directs, elle sera bien moindre pour les composites CFAO de par leur composition et leur procédé de fabrication [¹⁴, ¹⁵, ¹⁷].

Rugosité et cytotoxicité prennent d’autant plus d’importance si les matériaux s’étendent dans la partie trans-gingivale (en cas d’implant bone-level et de limites prothétiques infra-gingivales) (^{figure 3}).

De par sa biocompatibilité supérieure à celle des CVLiS2 et des autres céramiques usinées ou stratifiées [¹⁴, ¹⁵], la zircone est le matériau de référence pour ces zones infra-gingivales (au même titre que le titane). Les matériaux composites CFAO présenteront la moins bonne biocompatibilité, voire même pour certains une cytotoxicité pour les cellules des tissus mous péri-implantaires [¹⁸].

Propriétés mécaniques et esthétiques

Couplées, les propriétés mécaniques et esthétiques sont réunies sous le terme de biomimétisme. Ceci implique donc des propriétés optiques, garantissant un résultat esthétique satisfaisant (^{figures 4} et ⁵), et des propriétés mécaniques, adaptées ici à l’implantologie, afin de remplacer une dent dépourvue de son « amortisseur » naturel, le desmodonte.

Les PIP seraient en effet davantage soumises à des charges en flexion [¹⁹]. Par conséquence, afin de compenser la quasi-absence de mobilité physiologique de l’implant (mobilité axiale de 5 microns en moyenne contre 25 à 100 microns pour une dent naturelle) et d’éviter une délétère transmission des contraintes occlusales, les biomatériaux devraient idéalement être capables d’absorber et de dissiper ces forces, à la manière du desmodonte.

Ceci s’avère particulièrement vrai pour les patients « bruxeurs ». Le temps de contact dento-dentaire est majoré et l’intensité des contraintes est décuplée. Dans ce cas, la capacité d’absorption des forces est un atout majeur. Soumis aux forces excessives liées à certains types de bruxisme du sommeil, les matériaux composites CFAO risqueraient-ils une usure prématurée ? Les céramiques cosmétiques recouvrant des infrastructures un chipping rapide ? Et les vitrocéramiques et les full zircone une agression mécanique de la zone crestale, voire de la dent antagoniste (si le polissage n’est pas optimum) ?

Force est de constater aujourd’hui que nous ne disposons pas de données probantes pour désigner le matériau adapté à résister aux contraintes mécaniques liées au bruxisme, encore moins en PIP. Le port d’une orthèse occlusale (en sus de la prise en charge du bruxisme) peut s’avérer nécessaire.

Les vitrocéramiques restent cependant le matériau de choix au niveau esthétique.

Autre critère : la facilité d’ajustage

La dureté des CVLiS2 et plus encore celle de la Zr rendent leurs retouches complexes, voire fortement déconseillées pour la zircone [¹²] De plus, leurs propriétés mécaniques sont susceptibles de rendre le polissage fastidieux. En outre, il semblerait que les défauts de surface induits par l’ajustement occlusal soient une des causes d’échec mécanique des restaurations céramiques [²⁰].

Cliniquement, une différence significative existera entre tous ces matériaux lors d’une éventuelle mais fréquente équilibration occlusale et du polissage (indispensable) qui s’en suivra, ainsi que lors de réinterventions de surface en cas de chipping. Ces étapes seront plus aisées pour le praticien sur des restaurations en matériaux composites CFAO.

Les biomatériaux pour PIP unitaire doivent donc idéalement associer biocompatibilité, biomimétisme, absorption des contraintes, longévité, usure physiologique de la dent antagoniste, bonne stabilité chimique, facilité d’ajustage, voire de réparation, et un coût raisonnable.

Les matériaux composites CFAO répondent-ils à toutes ces exigences ?

LES MATÉRIAUX COMPOSITES CFAO

Les nouvelles technologies de fabrication ont permis la conception de biomatériaux innovants [¹⁷, ²¹, ²²] tels que les matériaux composites CFAO. Étant donné leurs propriétés mécaniques, qui s’éloignent considérablement de celles des composites artisanaux [¹⁷], les fabricants les ont baptisés « céramiques hybrides » en rajoutant parfois le terme « nano » en référence à la taille des charges minérales, ce qui entraîne une certaine confusion.

Les principales évolutions dans la fabrication (par rapport aux composites directs) sont :

• les conditions de polymérisation. À haute température (HT, pour la plupart) et haute pression (HT/HP, Enamic®, Vita), le degré de conversion des monomères est nettement amélioré [¹⁷], rendant le produit final plus homogène, plus résistant et surtout moins cytotoxique ;

• l’augmentation du volume total des charges. En effet, pour les composites directs, la quantité de charges minérales était limitée par la viscosité du produit final [¹⁷]. De nouvelles technologies, par exemple le FCS® (Full Coverage Silane Coating) ou GC (recouvrement total au silane), permettent une augmentation importante de la quantité des charges et donc des propriétés mécaniques.

Terminologie et classification

• La céramique est un biomatériau inorganique, composé de silices, quartz, feldspath et oxydes [²³]. Une phase cristalline et une phase vitreuse, dans des proportions variables, sont classiquement décrites.

• Les matériaux composites sont composés de deux ou plusieurs matériaux de nature ou d’origine différentes. Leurs caractéristiques mécaniques sont supérieures à celles des matériaux entrant dans leur composition. On distingue une phase organique servant de liant, des charges dispersées et un agent de couplage entre les deux, généralement du silane (^{figure 6}).

Classification : selon Mainjot et al. [¹⁷], les blocks de matériaux composites CFAO devraient être distingués, de par leur microstructure, en deux catégories :

• matériaux composites à charge dispersée : mélange de particules minérales dispersées ou agrégées dans une matrice résineuse, organique (par exemple, Ambarino®, Creamed ; Brilliant Crios®, Coltene ; Cerasmart®, et Cerasmart 270®, GC ; Grandio®, Voco ; Shofu Block®, Shofu) ;

• PICN (Polymer Infiltrated Ceramic Network ou réseau céramique infiltré par des polymères) : réseau tri-dimensionnel, souvent pré-fritté, céramique, dans lequel on injecte une matrice résineuse, polymérisée secondairement (par exemple Enamic®, Vita) (^{figure 7}) [¹⁷].

L’appellation parfois retrouvée de nano-céramique hybride (NCH) serait donc un nom commercial, regroupant différents biomatériaux innovants mais avec des propriétés mécaniques distinctes et une microstructure différente.

Composition

La composition va jouer un rôle important dans les propriétés mécaniques et biologiques. Le ^{tableau 1} résume la composition chimique des principaux matériaux composites CFAO et la fraction massique des charges minérales dans chacun des produits, selon les données des fabricants.

Impact de la quantité de charges sur les propriétés mécaniques

Le module d’élasticité, la dureté, la résistance à la compression et à la traction ainsi que la résistance à l’usure sont influencées par la quantité de charges [¹⁷].

Il est néanmoins regrettable que, pour la plupart des biomatériaux, la charge minérale soit exprimée en fraction massique. La nature différente des charges et, donc, leur densité différente ne permettent pas de conclure sur le vrai ratio charges/matrice polymère. Des données exprimées en fraction volumique auraient été préférables [¹⁷].

Composition chimique

Cerasmart 270®, Grandio®, Shofu Block® et Enamic® contiennent de l’UDMA (uréthane di-méthacrylate) qui leur procure un niveau de biocompatibilité supérieur à celui des matériaux contenant du bis-GMA (bisphénol A-glycidyl méthacrylate) ou une moindre cytotoxicité

Combinés avec des techniques de polymérisation à haute température et/ou à haute pression, les biomatériaux contenant de l’UDMA sont susceptibles de présenter des taux de conversion plus élevés [¹⁷] et donc des propriétés mécaniques et biologiques optimisées.

Propriétés

Propriétés biologiques

Du fait de leur mode de polymérisation HT/HP, les PICN sont biocompatibles et peu cytotoxiques sur les fibroblastes et kératinocytes humains [¹⁴, ¹⁵]. Cependant, selon les études de Grenade et al. en 2016 et 2017, l’Enamic® Vita, par exemple, ne surpasse pas le titane ou la zircone en termes de propriétés biologiques [¹⁴, ¹⁵].

Propriétés mécaniques

• La rigidité et la déformation élastique d’un matériau sont souvent décrites à l’aide du module d’élasticité, ou module de Young. Un module d’élasticité élevé signifie une résistance élevée à la déformation élastique. En d’autres termes, un biomatériau avec un module d’élasticité modeste se déformera plus facilement sous contrainte. Les céramiques, connues pour leur fragilité, ont un module de Young considérablement plus élevé que celui de la dentine ou de l’émail (entre 100 et 250 GPA selon les différents types de zircone [²⁴], aux alentours de 91 GPa pour les vitrocéramiques comme par exemple l’Emax Press, Ivoclar [¹²]). Il est intéressant de noter que le module de Young peut être utilisé pour évaluer la quantité d’énergie qu’un matériau peut emmagasiner. En PIP, des biomatériaux dont les propriétés se rapprocheraient de celles de la dentine seraient préférables afin d’absorber les contraintes occlusales. Selon le ^{tableau 2}, tous les biomatériaux remplissent cette condition. Cependant, avec les modules de Young les plus bas, les blocks Shofu Block®, Shofu seraient-ils sujets à une déformation à long-terme ?

• La dureté Vickers, aussi appelée dureté de surface, est la résistance du biomatériau à une indentation externe. Associée à une technique d’équilibration occlusale adaptée [²⁵], la dureté de surface participe à la longévité du biomatériau et à celle de l’antagoniste. À l’exception de Enamic®, Vita et de Grandio®, Voco, les matériaux cités ont des valeurs qui se rapprochent plus de la valeur de la dentine que de celle de l’émail, pouvant laisser craindre une usure précoce. Il semblerait en fait que, en cas de contrainte occlusale importante, ils se déformeraient… sans compromettre à long terme l’intégrité de la réhabilitation ?

• Résistance à la flexion. Le test le plus communément décrit est la résistance à la flexion en trois points. C’est le test le plus simple et le plus accessible, lors duquel une charge est appliquée jusqu’à rupture au centre d’une barre de biomatériau de dimension standard, posée sur deux supports situés vers les extrémités de la barre. Or, chez l’être humain, le cycle de mastication n’est pas vertical mais ogival, plus ou moins large selon les patients, avec une forte composante tangentielle des forces. Même si le test de résistance à la flexion est un instrument utile dans l’étude des biomatériaux, il est important de retenir qu’une seule valeur ne saurait refléter la complexité des forces exercées pendant la mastication. Néanmoins, comparés aux valeurs de résistance à la flexion du complexe email-dentine, tous les biomatériaux présentés ont des valeurs comparables, voire supérieures. De fait, lors de la mastication, une force importance devra être appliquée avant d’aboutir à la fracture du biomatériau, ce qui garantit a priori la longévité de la restauration.

CONCLUSION

Les matériaux composites CFAO paraissent donc adaptés à la PIP unitaire de par leur capacité d’absorption (supérieure à celle des céramiques et des métaux) permettant théoriquement de limiter les contraintes transmises à l’implant et au support osseux. Ils présentent également un moindre risque de détérioration fragile (fêlure, fracture…), des caractéristiques physiques proches de celles de la structure dentaire émail/dentine, et une facilité d’ajustage et de polissage au fauteuil, ainsi que des propriétés esthétiques suffisantes pour une grande majorité des cas.

Cependant, il peut leur être reproché une biocompatibilité a priori inférieure à celle du titane et de la zircone (pour les matériaux composites qui ont été évalués), des qualités esthétiques restant inférieures à celles des céramiques et une pérennité in vivo peu ou non évaluée.

Le sujet de la pérennité peut se poser du fait de la moindre dureté des matériaux composites CFAO. Toutefois, il faut avoir à l’esprit que le temps de contact dento-dentaire moyen (hors bruxisme) est d’environ 25 à 40 minutes par 24 heures, dont une majorité lors de la déglutition et donc sous contraintes mécaniques mineures.

Des études cliniques complémentaires restent nécessaires afin d’évaluer les résultats sur le moyen et long terme.

BIBLIOGRAPHIE

• 1. Pjetursson BE, Sailer I, Makarov NA, Zwahlen M, Thoma DS. All-ceramic or metal-ceramic tooth-supported fixed dental prostheses (FDPs)? A systematic review of the survival and complication rates. Part II: Multiple-unit FDPs. Dent Mater 2015;31:624-639.
• 2. Morton D, Gallucci G, Lin WS, Pjetursson BE, Polido W, Roehling S, et al. Group 2 ITI Consensus Report: Prosthodontics and implant dentistry. Clin Oral Implants Res 2018;29 (suppl.16):215-223.
• 3. Pjetursson BE, Brägger U, Lang NP, Zwahlen M. Comparison of survival and complication rates of tooth-supported fixed dental prostheses (FDPs) and implant-supported FDPs and single crowns (SCs). Clin Oral Implants Res 2007;18:97-113.
• 4. Schwarz S, Schröder C, Hassel A, Bömike W, Rammelsberg P. Survival and chipping of zirconia-based and metal-ceramic implant-supported single crowns. Clin Implant Dent Relat Res 2012;14 (suppl.1):e119-e125.
• 5. Kimmich M, Stappert CFJ. Intraoral treatment of veneering porcelain chipping of fixed dental restorations: a review and clinical application. J Am Dent Assoc 2013;144:31-44.
• 6. Sadowsky SJ. Has zirconia made a material difference in implant prosthodontics? A review. Dent Mater OffPubl Acad Dent Mater 2020;36:1-8.
• 7. Kawai Y, Uo M, Wang Y, Kono S, Ohnuki S, Watari F. Phase transformation of zirconia ceramics by hydrothermal degradation. Dent Mater J 2011;30:286-292.
• 8. Zarone F, Di Mauro MI, Ausiello P, Ruggiero G, Sorrentino R. Current status on lithium disilicate and zirconia: a narrative review. BMC Oral Health 2019;19:134.
• 9. Joda T, Ferrari M, Bragger U. Monolithic implant-supported lithium disilicate (LS2) crowns in a complete digital workflow: a prospective clinical trial with a 2-year follow-up. Clin Implant Dent Relat Res 2017;19:505-511.
• 10. De Angelis P, Passarelli PC, Gasparini G, Boniello R, D’Amato G, De Angelis S. Monolithic CAD-CAM lithium disilicate versus monolithic CAD-CAM zirconia for single implant-supported posterior crowns using a digital workflow: a 3-year cross-sectional retrospective study. J Prosthet Dent 2020;123:252-256.
• 11. Rabel K, Spies BC, Pieralli S, Vach K, Kohal RJ. The clinical performance of all-ceramic implant-supported single crowns: a systematic review and meta-analysis. Clin Oral Implants Res 2018;29 (suppl. 18):196-223.
• 12. Song XF, Ren HT, Yin L. Machinability of lithium disilicate glass ceramic in in vitro dental diamond bur adjusting process. J Mech Behav Biomed Mater 2016;53:78-92.
• 13. Shimono M, Ishikawa T, Enokiya Y, Muramatsu T, Matsuzaka KI, Inoue T, et al. Biological characteristics of the junctional epithelium. J Electron Microsc (Tokyo) 2003;52:627-639.
• 14. Grenade C, De Pauw-Gillet MC, Gailly P, Vanheusden A, Mainjot A. Biocompatibility of polymer-infiltrated-ceramic-network (PICN) materials with human gingival fibroblasts (HGFs). Dent Mater 2016;32:1152-1164.
• 15. Grenade C, De Pauw-Gillet MC, Pirard C, Bertrand V, Charlier C, Vanheusden A, Mainjot A. Biocompatibility of polymer-infiltrated-ceramic-network (PICN) materials with human gingival keratinocytes (HGKs). Dent Mater 2017;33:333-343.
• 16. Raux F, Bernard C. Abrasivité des matériaux prothétiques esthétiques face à une dent saine. Réal Clin 2018;2:37-43.
• 17. Mainjot AK, Dupont NM, Oudkerk JC, Dewael TY, Sadoun MJ. From artisanal to CAD-CAM blocks: state of the art of indirect composites. J Dent Res 2016;95:487-495.
• 18. Alamoush RA, Kushnerev E, Yates JM, Satterhwaite JD, Silikas N. Response of two gingival cell lines to CAD/CAM composite blocks. Dent Mater OffPubl Acad Dent Mater 2020;36:1214-1225.
• 19. Yuan JCC, Sukotjo C. Occlusion for implant-supported fixed dental prostheses in partially edentulous patients: a literature review and current concepts. J Periodontal Implant Sci 2013;43:51-57.
• 20. Mores RT, Borba M, Corazza PH, Della Bona A, Benetti P. Influence of surface finishing on fracture load and failure mode of glass ceramic crowns. J Prosthet Dent 2017;118:511-516.
• 21. Yin R, Kim YK, Jang YS, Lee JJ, Lee MH, Bae TS. Comparative evaluation of the mechanical properties of CAD/CAM dental blocks. Odontology 2019;107:360-367.
• 22. Eldafrawy M, Nguyen JF, Mainjot AK, Sadoun MJ. A functionally graded PICN material for biomimetic CAD-CAM blocks. J Dent Res 2018;97:1324-1330.
• 23. Heimann RB. Classic and advanced ceramics: from fundamentals to applications. John Wiley & Sons, 2010.
• 24. Gautam C, Joyner J, Gautam A, Rao J, Vajtai R. Zirconia based dental ceramics: structure, mechanical properties, biocompatibility and applications. Dalton Trans 2016;45:19194-19215.
• 25. Ré JP, Orthlieb JD, Paru A, Casazza E. Équilibration occlusale raisonnée de la prothèse sur implant. Inf Dent 2020;35/36:22-26.
• 26. Alamoush RA, Silikas N, Salim NA, Al-Nasrawi S, Satterthwaite JD. Effect of the composition of CAD/CAM composite blocks on mechanical properties. BioMed Res Int 2018;2018:1-8.
• 27. Lucsanszky IJR, Ruse ND. Fracture toughness, flexural strength and flexural modulus of new resin-composite CAD/CAM blocks. J Prosthodont 2020;29:34-41.
• 28. Khoroushi M, Mazaheri H, Manoochehri A. Effect of CPP-ACP application on flexural strength of bleached enamel and dentin complex. Oper Dent 2011;36:372-379.

Liens d’intérêts

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêts concernant cet article.