Régénération du ligament parodontal et péri-implantaire avec des cellules souches du ligament parodontal Periimplant and periodontal ligament regeneration using periodontal ligament stem cells

Introduction

La parodontite, parce que c’est une maladie infectieuse chronique de l’os alvéolaire et du ligament de soutien des dents, non seulement entraîne la perte des dents mais est également en relation avec des troubles systémiques tels que le diabète, des maladies cardio-vasculaires et la naissance de prématurés de faible poids (Manau et al., ²⁰⁰⁸). De 10 à 15 % environ de la population adulte présente une forme sévère de maladie parodontale, ce qui place celle-ci au premier rang mondial des maladies provoquant la perte des dents chez l’adulte. Le ligament parodontal est le tissu de soutien le plus important de la dent et il la protège des chocs. Bien que les implants métalliques puissent être utilisés pour remplacer des racines dentaires et soutenir des couronnes artificielles, le taux de survie des implants dentaires en 16 ans est de l’ordre de 82,94 % seulement. Si l’on prend en compte les complications biologiques et techniques, le taux de succès cumulatif des implants est de 51,97 % (Simonis et al., ²⁰¹⁰). La cause d’échec la plus importante est liée à l’absence d’ostéo-intégration durant la phase précoce de la cicatrisation ou résulte de l’apparition d’une péri-implantite à plus long terme. Ces deux raisons sont intimement associées à une moins bonne régénération des tissus parodontaux. De ce fait, il est absolument nécessaire d’obtenir la régénération du ligament parodontal après implantation.

Depuis la publication du concept initial du génie tissulaire dans la revue Science (Langer et Vacanti, ¹⁹⁹³) et à la lumière des récents progrès réalisés en nanotechnologie et en biologie des cellules souches, la régénération tissulaire en parodontologie est mieux comprise et trouve son application dans des essais cliniques. Le génie tissulaire est l’utilisation d’une association de cellules fonctionnelles, d’ingénierie, de matériels et méthodes ainsi que de facteurs biochimiques et physico-chimiques appropriés pour améliorer ou remplacer des fonctions biologiques. L’objectif principal de la régénération des tissus parodontaux est d’optimiser et de favoriser des mécanismes biologiques de la cicatrisation afin d’étendre au maximum la restauration du système parodontal, c’est-à-dire l’os alvéolaire, le liga­ment parodontal et le cément (Trombelli et al., ²⁰⁰⁸). Bien que plusieurs approches régénératrices, telles que la régénération tissulaire guidée, l’application topique de dérivé de la matrice amélaire et divers facteurs de croissance, aient été proposées pour traiter la maladie parodontale (Gonçalves et al., ²⁰⁰⁶), la régénération des tissus parodontaux reste limitée avec ces traitements et leur efficacité est encore imprécise. La régénération tissulaire via des cellules souches mésenchymateuses est une approche prometteuse pour la médecine régénératrice dans un large domaine d’application. De nouvelles techniques pour purifier des cellules souches isolées à partir de tissu provenant du ligament parodontal et permettant de guider leur prolifération en vue d’une régénération tissulaire ont été largement utilisées. Dans cet article, nous passerons brièvement en revue les avancées concernant les cellules souches du ligament parodontal et le revêtement en nanocomposite sur les implants, et nous discuterons du futur revêtement tissulaire bioactif généré par génie tissulaire sur les implants dentaires, pouvant servir de support aux cellules souches et promouvoir la régénération tissulaire parodontale.

Cellules souches du ligament parodontal

Propriétés des cellules souches du ligament parodontal humain

Le ligament parodontal est un tissu conjonctif spécialisé, dérivé du follicule dentaire, qui provient des cellules de la crête neurale. Il relie le cément à l’os alvéolaire et sa fonction initiale est de maintenir la dent dans son alvéole. Les propriétés des cellules souches incluent leur auto-renouvellement, leur totipotence et leur expression de marquage. Les cellules du ligament parodontal obtenues à partir de molaires extraites sont hautement prolifératives et clonogéniques. Une analyse plus poussée révèle que les cellules du ligament parodontal, incluant des populations cellulaires, expriment les marqueurs des cellules souches suivants : CD105, CD166, et STRO-1, CD146/ MUC18. Dans des conditions de culture bien définies, les cellules souches du ligament parodontal (CSLP) se différencient en cellules d’allure cémentoblastique, en adipocytes et en cellules sécrétant du collagène ; une étude in vivo indique qu’elles ont également la capacité de former du cément/des tissus ressemblant au ligament parodontal (Nagatomo et al., ²⁰⁰⁶ ; Seo et al., ²⁰⁰⁴).

Des cellules souches humaines pluripotentes induites, qui ont des propriétés similaires à celles de cellules souches embryonnaires humaines, ont été générées à partir de tissu dentaire provenant de dents lactéales exfoliées, de cellules souches de la pulpe et de la papille dentaire obtenues par reprogrammation de vecteurs viraux (Yan et al., ²⁰¹⁰). Des cellules souches pluripotentes dérivées de fibroblastes gingivaux et de fibroblastes du ligament parodontal humains montrent des caractéristiques similaires à celles des cellules souches embryonnaires. Ces cellules souches induites présentent un potentiel de différenciation à former des corps embryonnaires in vitro et permettent d’exprimer des gènes pour l’endoderme, l’ectoderme et le mésoderme. On observe la formation de tératome après l’implantation chez des souris expérimentales. Les cellules souches pluripotentes induites pourraient être une source autologue de cellules souches pour de futures thérapeutiques régénératrices (Wada et al., ²⁰¹¹).

Justification de l’utilisation de CSLP pour la régénération des tissus parodontaux

Bien que les cellules souches mésenchymateuses puissent contribuer à la régénération de nouveaux cément, os et ligament parodontal chez le chien beagle (Kawaguchi et al., ²⁰⁰⁴), les CSLP sont les « candidates » les plus prometteuses pour la régénération parodontale par rapport aux cellules du ligament parodontal (CLP), aux cellules stromales mésenchymateuses de la moelle d’os iliaque et aux cellules périostées alvéolaires. Des feuillets de triple couche cellulaire provenant de chaque source cellulaire, vectorisés par un treillis d’acide polyglycolique, ont été transplantés de façon autologue sur la surface radiculaire dénudée d’un chien beagle. Au bout de 8 semaines, on observe une régénération parodontale significativement plus importante dans le groupe CLP – avec du cément nouvellement formé et des fibres de ligament parodontal bien orientées – que dans les autres groupes. On note la présence de filets nerveux dans le tissu du ligament parodontal régénéré uniquement dans le groupe CLP, ainsi qu’une régénération plus importante d’os alvéolaire (Tsumanuma et al., ²⁰¹¹).

D’autres études chez le chien beagle montrent la formation de cémentoblastes par ensemencement de cellules autologues du ligament parodontal (Van Dijk et al., ¹⁹⁹¹). Dans une ultime expérimentation, des prémolaires extraites chez le chien ont pu être maintenues dans un environnement sec durant 1 mois après l’isolement et la prolifération de cellules du ligament parodontal. On a observé que les cellules de ligament parodontal autologues cultivées aidaient au rétablissement de l’architecture parodontale des dents autotransplantées qui est dépourvue de cellules parodontales (Wang et al., ²⁰¹⁰). Pour identifier la source cellulaire de la régénération du ligament parodontal, des chercheurs ont extrait des premières molaires maxillaires de 10 souris lacZ trans­géniques ROSA26 et les ont transplantées dans les alvéoles des premières molaires maxillaires de 10 souris ROSA26 de type sauvage. Au bout de 2 semaines, on ne détectait aucune cellule du donneur provenant des souris lacZ transgéniques dans l’espace du ligament parodontal. Cette expérimentation indique que la régénération des tissus parodontaux a été induite par les cellules de l’hôte, qui ont remplacé les cellules provenant des tissus parodontaux donneurs après la transplantation dentaire allogénique (Kim et al., ²⁰⁰⁶).

Nanomatériaux tuteurs

Le but de la régénération des tissus parodontaux consiste à établir des voies de réparation de façon à traiter les symptômes dégénératifs, les lésions et les traumatismes au sein du ligament parodontal et de l’os qui lui est associé. En dépit du fait que les cellules du ligament parodontal, les cellules souches mésenchymateuses ou les cellules souches du ligament parodontal peuvent devenir une population de cellules différenciées dans certains environnements, ces cellules ne peuvent reconstruire les tissus en 3D sans l’aide de matériaux tuteurs. Les polymères synthétiques, l’hydrogel de polysaccharides, les biocéramiques, les peptides biomimétiques et le collagène ont fait l’objet de recherches en tant que supports de greffons pour la régénération tissulaire. Les matériaux tuteurs dotés d’une topographie à l’échelle nanométrique, comme dans la forme des nanoparticules, des nanopores et des nanofibres, présentent des propriétés mécaniques très différentes et une biocompatibilité unique envers les comportements cellulaires par rapport aux matériaux plats et volumineux. Les avancées récentes sur les biomatériaux ont permis à la nanotechnologie d’améliorer les modifications de surface des implants dentaires (Tomsia et al., ²⁰¹¹) et la régénération des tissus cranio-faciaux (Gupte et Ma, ²⁰¹²).

Tuteur en nanomatériau favorisant la régénération du ligament parodontal

Les matériaux en nanofibres ont montré qu’ils pouvaient accélérer l’adhésion cellulaire par rapport aux matériaux lisses parce que les cellules peuvent facilement s’adapter à la topographie de surface de façon similaire à celle d’une matrice extracellulaire in vivo. Des études récentes ont montré qu’une fibre en acide polylactique-co-glycolique produite par électrospinning peut promouvoir une bonne fixation et une bonne prolifération des cellules du ligament parodontal et leur différenciation ostéogénique (Inanç et al., ²⁰⁰⁹). Les nanofibres en poly­carbonates biodégradables améliorent de façon significative l’adhésion et la viabilité des cellules du ligament, par rapport à une coulée de film de même composition (Wu et al., ²⁰¹¹). De nombreux autres types de nanofibres montrent une adhésion cellulaire accrue, comme la nanofibre en polycaprolactone produite par électrospinning, les nanofibres en gélatine (Zhang et al., ²⁰⁰⁹) et les tuteurs en peptides auto-assemblés (Kumada et Zhang, ²⁰¹⁰). Des médicaments utilisés pour contrôler l’infection sont incorporés dans des nanofibres en polycaprolactone pour traiter les maladies parodontales, ce qui permet de prolonger leur libération continue au-delà de 19 jours (Zamani et al., ²⁰¹⁰). L’alignement correct des cellules de ligament transplantées et de leur matrice de collagène générée est vital pour obtenir une régénération tissulaire parodontale. Les cellules de ligament parodontal de rat ont montré qu’elles s’allongent le long de la nanofibre en acide polylactique-co-glycolique après 3 jours de culture. La prolifération et la migration des cellules du ligament sont significativement plus importantes sur les nanofibres alignées en acide polylactique-co-glycolique par rapport aux témoins alignés au hasard (Shang et al., ²⁰¹⁰). Ces résultats indiquent que le tuteur en nano­fibre présente un avantage unique sur une membrane pleine utilisée en régénération tissulaire guidée parodontale. Autre avantage : la surface de la nanofibre produite par électrospinning peut être modifiée avec des molécules bioactives fixées pour former une fraction immobilisée et relargable telle que les facteurs de croissance, l’ARN ou des médicaments. De telles nanofibres présentent une multifonction en favorisant l’adhésion cellulaire, la différenciation ainsi que l’effet antibactérien et anti-inflammatoire, ce qui en fait des « candidates » prometteuses pour la régénération parodontale et la reconstruction du ligament parodontal (Chen et al., ²⁰¹¹). Plusieurs systèmes de membrane hydrogel ont également été étudiés pour la régénération des tissus du ligament. Le chitosan, un dérivé déacétylé de chitine, est biocompatible, biodégradable et antimicrobien. La membrane de chitosan semble être un matériau au potentiel élevé pour la régénération guidée des tissus parodontaux (Xu et al., ²⁰¹²).

Un tuteur composite en 3D constitué de phosphate tricalciqueΒ et de chitosan montre un taux de prolifération plus élevé que le tuteur en chitosan pur après l’ensemencement de ces tuteurs par des cellules de ligament parodontal humain. L’expression du gène régulé à la hausse de la sialoprotéine osseuse et de la protéine de fixation cémentaire indique qu’un tel tuteur composite pourrait favoriser la différenciation des cellules de ligament humain vers des phénotypes d’ostéoblastes et de cémentoblastes (Liao et al., ²⁰¹⁰). Les tuteurs tridimensionnels poreux en nano-hydroxyapatite/chitosan sont préparés selon un processus de lyophilisation. Des cellules de liga­ment parodontal humain sont ensemencées sur les tuteurs, puis ceux-ci sont implantés en sous-cutané chez des souris athymiques. L’expression du collagène de type 1 et celle de la phosphatase alcaline sont régulées à la hausse dans le tuteur d’hydroxyapatite/chitosan. Après une implantation in vivo, les cellules de ligament parodontal humain prolifèrent et croissent dans le tuteur avec les tissus environnants (Zhang et al., ²⁰⁰⁷). En utilisant une matrice bioactive auto-assemblante, le groupe du Dr Snead a démontré la capacité à induire une formation ectopique d’émail dans des sites choisis adjacents à une incisive de souris cultivée in vivo sous la capsule rénale. Le matériau obtenu révèle la structure hautement organisée et hiérarchique de cristaux d’hydroxyapatite qui sont similaires à de l’émail natif (Huang et al., ²⁰¹⁰). Dans un test de novo, des feuillets de cellules de ligament sont transplantés dans une dent extraite et réimplantée sur un modèle de réimplantation canin (Zhou et al., ²⁰¹²). La couche de cellules contenant de la matrice extracellulaire d’origine montre une production réussie de ligament parodontal et la formation d’un nouveau tissu ligamentaire pendant 8 semaines. Cependant, en l’absence d’un support tridimensionnel approprié de matrice extracellulaire, le tissu ligamentaire est incapable de se régénérer complètement.

Revêtement en nanocomposite bioactif sur un implant dentaire

Le titane (Ti) et ses alliages sont largement utilisés en orthopédie et pour les implants dentaires. Cependant, de nombreuses études montrent que les implants en titane vierge ne sont pas aussi efficaces pour promouvoir la croissance d’ostéoblastes que les implants en titane revêtus de céramique bioactive (Fathi et al., ²⁰⁰³). Étant donné que l’os naturel est composé d’hydroxyapatite et de collagène de type 1, il est tout à fait raisonnable d’incorporer la couche intermédiaire dotée de propriétés similaires à celles de l’os naturel sur la surface d’un implant dentaire afin d’améliorer sa biocompatibilité. Le composite collagène-hydroxyapatite préparé par dépôt à la tournette (spin-coating) s’est montré plus efficace pour favoriser la prolifération et la différenciation de cellules semblables à des ostéoblastes que le revêtement en apatite pure (Teng et al., ²⁰⁰⁸). Dans un revêtement composite préparé par la technique de déposition électrolytique, les nanoparticules de minéraux sont incorporées de façon homogène dans des nanofibres de collagène auto-assemblées, formant un revêtement continu sur une surface en silicone (Fan et al., ²⁰⁰⁵). Un revêtement en nanocomposite similaire peut être préparé à température du corps sur une surface en titane (Miao et al., ²⁰⁰⁹). Une membrane imitant un revêtement de collagène/acide hyaluronique sur du titane peut également améliorer de façon significative l’adhésion de fibroblastes gingivaux humains, leur étalement, leur prolifération et leur différenciation par rapport aux surfaces usinées ou mordancées à l’acide (Zhang et al., ²⁰¹¹).

À ce jour, il existe une variété de matériaux en nanocomposites d’hydroxyapatite/polymère, tels que le L-acide lactique, le poly(L-acide lactique-co-glycolique), le polycaprolactone, la gélatine, le poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalérate), le polyamide et le chitosan, qui ont été préparés selon différentes techniques pour les matériaux implantaires. Le revêtement en nanocomposite de poly(L-acide lactique-co-glycolique)/ verre bioactif/hydroxyapatite préparé via un processus de coulée de solvant montre d’excellentes fixation et viabilité de cellules souches dérivées de cellules adipeuses humaines. On observe la formation rapide d’apatite ressemblant à l’apatite osseuse sur le revêtement en poly(L-acide lactique-co-glycolique)/verre bioactif/hydroxyapatite et une dégradation très importante au bout d’environ 60 jours (Mehdikhani-Nahrkhalaji et al., ²⁰¹²).

Revêtement antibactérien sur un implant

L’infection sur et autour des implants en titane demeure un problème qui est généralement difficile à traiter. L’inflammation s’étend aux ligaments et à l’os qui soutiennent les dents, ce qui peut conduire à un éventuel échec implantaire. La surface implantaire est sensible à l’infection pour deux raisons majeures : la formation d’un biofilm à la surface et une capacité immunitaire compromise au niveau de l’interface implant/tissu. La biocompatibilité d’un implant en titane peut être attribuée à une couche superficielle de protéines qui se forme dans des conditions physiologiques. En fait, cette couche de protéines rend la surface compatible avec la colonisation bactérienne et la formation du biofilm (Zhao et al., ²⁰⁰⁹). Par conséquent, il est nécessaire de mettre en œuvre des mesures préventives pour diminuer l’infection liée à l’implant. L’une des stratégies majeures est de conférer à la surface implantaire une capacité antibactérienne en empêchant la formation d’un biofilm. Il est également indispensable d’inhiber les infections post-chirurgicales en orthopédie. Des recherches ont été effectuées sur du titane possédant une surface antibactérienne via un revêtement capable de libérer des antibiotiques en incorporant ceux-ci à l’intérieur d’un acide poly(L-acide lactique-co-glycolique) imprégné de gentamycine (Price et al., ¹⁹⁹⁶). Les antibiotiques peuvent être incorporés dans le revêtement biomimétique de phosphate de calcium sur un alliage en titane. La norvancomycine libérée a conduit à une excellente activité antibactérienne des revêtements en phosphate de calcium, et ce sans affecter l’adhésion des ostéoblastes (Pan et al., ²⁰¹¹). Un revêtement en phosphate de calcium doté d’une fonction antimicrobienne peut être facilement obtenu grâce à une technique de dépôt par trempage ou de bioconjugaison avec des peptides antimicrobiens (Gao et al., ²⁰¹¹ ; Kazemzadeh-Narbat et al., ²⁰¹⁰). On observe une réduction significative de la formation du biofilm et des effets bactéricides en quelques heures. D’autres revêtements polymères incorporés à des implants ont également été décrits comme étant capables de libérer des antibiotiques, tels que le revêtement en chitosan avec de la vancomycine (Sirivisoot et al., ²⁰¹¹) et des revêtements chitosan/phosphate de calcium avec de la gentamycine (Zhou et al., ²⁰¹¹). Pour incorporer une fonction antimicrobienne à l’intérieur d’un revêtement avec des capacités de charge supérieures et un temps de libération plus long, différents matériaux poreux incluant des matériaux nanoporeux, tels que l’oxyde d’alumine (Al₂O₃), l’oxyde de titane (TiO₂) et la silice poreuse ont été utilisés, démontrant les modes de libération prolongée (Gultepe et al., ²⁰¹⁰). La silice amorphe poreuse (Verraedt et al., ²⁰¹⁰) a été décrite comme étant un transporteur de chlorhexidine, avec une libération contrôlée à long terme. Ces vecteurs de substances médicamenteuses sont capables de maintenir les propriétés mécaniques du revêtement et peuvent promouvoir l’adhésion cellulaire.

Facteurs de croissance

Le revêtement d’hydroxyapatite pure et le revêtement biocéramique placés sur un implant dentaire montrent une bonne biocompatibilité et une bonne intégration avec le tissu osseux, une fois le processus de cicatrisation et la minéralisation terminés. Mais ces revêtements présentent une bioactivité limitée pour les cellules du ligament parodontal et pour l’adhésion des ostéoblastes. Afin de contourner ce problème, une matrice protéique et des facteurs de croissance ont été incorporés dans le revêtement pour permettre la croissance osseuse et l’adhésion du ligament parodontal. Les facteurs de croissance tels que ceux utilisés dans les modèles de réparation tissulaire ont montré leur capacité à réguler d’importants événements cellulaires impliqués dans la cicatrisation en se liant à des récepteurs de surface cellulaire spécifiques, rappelant leurs fonctions de prolifération et de différenciation.

La technique du dépôt par trempage pour incorporer des facteurs de croissance sur un implant dentaire a été utilisée en clinique pour favoriser une ostéo-intégration rapide. Ces facteurs de croissance comprennent le PDGFB (platelet-derived growth factor B), le plasma enrichi en plaquettes (PRP, platelet rich plasma) et la BMP-2 (bone morphogenic protein 2). La BMP-2 est largement utilisée en génie tissulaire parodontal pour promouvoir la régénération osseuse. Un test clinique a prouvé qu’utilisée sur une éponge en collagène résorbable avec des cages de fusion, elle pouvait maintenir la fusion intervertébrale au niveau de la colonne vertébrale, améliorait les résultats cliniques et réduisait la douleur après une arthrodèse antérieure entre les corps lombaires chez des patients présentant une atteinte dégénérative des disques lombaires après 6 ans de suivi sur 146 patients (Burkus et al., ²⁰⁰⁹). Un complexe de tissu osseux obtenu par génie tissulaire à partir de BMP-2 humaine recombinante (rhBMP-2) provenant de cellules souches de pulpe dentaire et d’une matrice en nano-hydroxyapatite/collagène/poly(L-lactide) a été utilisé pour reconstruire des défauts osseux alvéolaires de taille importante chez le lapin de Nouvelle-Zélande. Le complexe de tissu osseux avec la matrice en nano-hydroxyapatite/collagène/poly(L-lactide), la rhBMP-2 et les cellules souches de pulpe dentaire autologue offre une meilleure possibilité à l’os autologue pour la reconstruction clinique de défauts osseux parodontaux (Liu et al., ²⁰¹¹). Le film auto-assemblé sur la surface en titane peut absorber jusqu’à 10 fois plus de BMP-2, mais seulement environ 8 % de la BMP-2 immobilisée répond à la prolifération de cellules progénitrices en raison de la mobilité limitée (Lorenz et al., ²⁰¹¹). Le plasma autologue enrichi en plaquettes est largement utilisé en association avec la pose d’implants dentaires et de greffe osseuse. Le PRP à des concentrations de 0,5 et de 1 % favorise la prolifération et la différenciation de cellules souches dentaires humaines, mais les réduit lorsqu’il est utilisé à une concentration de 5 % (Lee et al., ²⁰¹¹). Des composites poreux en chitosan/corail associés à un gène codant pour le plasmide de PDGFB ont été préparés par un processus de lyophilisation. L’expression du PDGFB et du collagène de type 1I a été détectée après RT-PCR (reverse transcriptase polymerase chain reaction) après avoir ensemencé les cellules de ligament parodontal d’origine humaine dans ce tuteur. Une fois implantées in vivo, les cellules humaines du ligament parodontal non seulement prolifèrent mais augmentent également l’expression du PDGFB, indiquant ainsi qu’un tel composite pourrait être un bon substrat en régénération tissulaire paro­dontale (Zhang et al., ²⁰⁰⁷). Le peptide P-15 est un peptide acide aminé 15 (séquence : GTPGPQGIAGQRGVV) qui imite une partie de la séquence dans la chaîneα-1 du collagène de type 1. La justification biologique pour l’utili­sation du P-15 dans les techniques de reconstruction ­parodontale réside dans ses similitudes stériques avec le site de liaison cellulaire du collagène de type 1 et dans sa capacité à favoriser le taux et l’étendue de la fixation et de la migration des cellules parodontales sur et vers la racine (Palaiologou et al., ²⁰⁰¹).

La régénération parodontale médiée par le dérivé de la matrice amélaire (DMA) a récemment fait l’objet d’un regain d’intérêt, qui est fondé sur le concept selon lequel le DMA est présent durant le développement du système d’attache de la dent (Hammarström et al., ¹⁹⁹⁷). La matrice de l’émail est composée d’un certain nombre de protéines dont 90 % sont des amélogénines. Il a été démontré que de telles protéines peuvent induire la formation de l’attache parodontale (Haze et al., ²⁰⁰⁹). Il n’existe qu’un seul produit disponible dans le commerce contenant du DMA : l’Emdogain(r). On pense que le DMA a des effets de signalisation sur les cellules de la lignée des ostéoblastes, incluant la régulation à la hausse de marqueurs de la formation osseuse (Rathe et al., ²⁰⁰⁹). Cette hypothèse est étayée par des preuves expérimentales montrant que l’utilisation de DMA peut augmenter la prolifération cellu­laire des cellules du ligament parodontal, des fibroblastes gingivaux et des ostéoblastes sur les surfaces implantaires en titane (Qu et al., ²⁰¹⁰, ²⁰¹¹). On a récemment trouvé que le peptide amélogénine riche en leucine, l’isoforme issue de l’épissage de l’amélogénine, pouvait promouvoir l’ostéogenèse de cellules souches mésenchymateuses aux dépens de l’adipogenèse via l’expression du régulateur Wnt10b pour activer la signalisation de Wnt, montrant ainsi que le peptide amélogénine riche en leucine pourrait être une biomolécule potentielle pour la régénération tissulaire parodontale (Wen et al., ²⁰¹¹).

Thérapie avec les CSLP obtenus par génie tissulaire

La thérapie utilisant des cellules souches du ligament parodontal obtenues par génie tissulaire en association avec des nanomatériaux comme tuteurs s’est avérée être un succès pour le traitement de la paro­dontite sur les modèles animaux présentant des défauts osseux. Dans une expérimentation sur des chiens beagle, des chercheurs ont transplanté des feuillets de cellules de ligament parodontal autologues à trois couches en association avec une nanofibre en acide polyglycolique tressé sur des surfaces radiculaires de dents présentant des défauts osseux parodontaux à trois parois. La transplantation de ces feuillets de cellules a permis de régé­nérer à la fois de l’os et du cément reliés entre eux par des fibres de collagène bien orientées, alors que dans le groupe témoin, la régénération obtenue était limitée (Iwata et al., ²⁰⁰⁹). Placées dans une éponge de collagène leur servant de tuteur, les cellules du ligament parodontal sont utilisées pour traiter des atteintes de furcations de classe II et III chez le chien beagle. On observe la formation d’os nouveau en continuité avec l’os préexistant qui va combler la totalité du défaut ; la surface radiculaire est recouverte de nouveau cément et le ligament parodontal s’étend entre le nouveau cément et l’os nouvellement formé (Suaid et al., ²⁰¹¹, ²⁰¹²). D’autres chercheurs ont également observé la cicatrisation des tissus parodontaux avec formation d’os, de ligament parodontal et de cément grâce à l’application de feuillets de cellules de ligament parodontal autologue associés à un tuteur en acide hyaluronique (Akizuki et al., ²⁰⁰⁵).

Pour avancer dans l’étude de la fonction des cellules souches, un modèle artificiel de lésions parodontales a été créé chez des miniporcs, sur lesquelles on a transplanté des CSLP associées à une matrice d’hydro­xyapatite/phosphate tricalcique placée à l’intérieur des défauts : on a obtenu une réduction de l’inflammation et une régénération des tissus parodontaux, comprenant un nouvel os, un nouveau cément et un nouveau ligament parodontal (Liu et al., ²⁰⁰⁸). D’autres preuves observées chez le miniporc indiquent que les traitements avec des CSLP d’origine autologue mais également allogène améliorent la régénération des tissus parodontaux de façon significative par rapport aux résultats obtenus avec des CSLP d’origine porcine ; en outre, le feuillet de CSLP provenant du mini­porc peut réparer des défauts osseux allogènes dans un modèle de parodontite expérimentale sans détecter de rejets d’ordre immunologique (Ding et al., ²⁰¹⁰).

L’application de CSLP humaines pour la régénération du ligament sur des modèles animaux a également permis de grandes avancées. La transplantation de CSLP humaines chez des souris immunodéficientes a permis d’obtenir une structure semblable à celle d’un cément-ligament ; appliquées avec des particules en céramique d’hydroxyapatite/phosphate tricalcique, les CSLP sont impliquées dans la fixation du ligament à la surface dentaire et participent à la réparation de l’os alvéolaire et du ligament parodontal (Seo et al., ²⁰⁰⁴). La transplantation de granulés de CSLP humaines en association avec de l’os bovin et une dentine radiculaire conditionnée chimiquement chez des souris immunocompétentes a conduit à la formation d’un complexe semblable à un cément/ligament (Yang et al., ²⁰⁰⁹). Dans une étude détaillée portant sur la régénération des tissus parodontaux après transplantation de CSLP humaines mélangées avec une poudre d’hydroxyapatite/phosphate tricalcique Β, les chercheurs ont divisé le processus de cicatrisation en quatre phases. La première phase consiste en la migration uniforme des CSLP humaines sur l’ensemble du tuteur et en l’apparition des matrices de collagène amorphe. Durant la deuxième phase, on assiste aux événements suivants : la bonne orientation des fibres de collagène et la formation de tissu semblable à du cément. Durant la troisième phase, la minéralisation du tissu semblable à du cément se produit avec des fibres de collagène matures ressemblant à des fibres de Sharpey. La quatrième phase consiste en la maturation du tissu semblable à du cément (Kim et al., ²⁰¹²).

Études cliniques chez des patients atteints de parodontite

Application de CSLP

L’objectif fondamental de toute la recherche biomédicale est d’obtenir une guérison clinique des patients. Les succès observés chez l’animal ont encouragé les dentistes et les scientifiques à appliquer la thérapie des CSLP obtenues par génie tissulaire à des cas cliniques et les résultats sont prometteurs. Pour essayer de traiter la parodontite, des particules d’hydroxyapatite revêtues de cellules de ligament parodontal cultivées ont été transplantées à l’intérieur des défauts osseux de 4 patients après la phase I du traitement, et ce pendant 6 mois ; cela a permis d’obtenir une réduction de poche et un gain d’attache clinique plus importants ainsi que moins de récession gingivale que dans le groupe témoin (Feng et al., ¹⁹⁹⁴). Pour évaluer les effets du traitement à long terme, des cellules progénitrices du ligament parodontal (CPLP) ont été appliquées. À la différence des CSLP, elles ne sont pas dérivées d’une seule colonie et le taux de prolifération en culture est également différent. Les CPLP expansées in vitro et mélangées avec du matériau de greffe osseuse, de la calcitite 4060-2, ont été transplantées à l’intérieur des défauts intra-osseux de poches parodontales profondes chez 3 patients, avec des évaluations de suivi clinique allant jusqu’à 72 mois. Aucun patient n’a présenté d’inflammation au niveau de la zone traitée ou de problème d’ordre systémique lié à la transplantation des CPLP. On observe une amélioration significative des bénéfices cliniques incluant une diminution de la mobilité dentaire et de la profondeur de sondage, une augmentation très nette de la récession gingivale et du gain d’attache, ainsi que la récupération d’autres tissus parodontaux (Feng et al., ²⁰¹⁰).

Application de DMA

Dans une récente revue de la Cochrane (Esposito, ²⁰⁰⁹), les auteurs concluent que l’utilisation de DMA durant la chirurgie parodontale conduit à des améliorations statis­tiquement significatives des niveaux d’attache au sondage et de la réduction des profondeurs de sondage par rapport à un placebo. L’utilisation de DMA dans le traitement de dents réimplantées lors d’études animales a fait l’objet de nombreuses études, mais aucune conclusion définitive n’a pu être établie en ce qui concerne l’efficacité de l’application de DMA sur la cicatrisation de dents permanentes réimplantées ou autotransplantées (Weigand et al., ²⁰⁰⁸). Dans le traitement de défauts intra-osseux, l’utilisation de DMA montre des résultats supérieurs à ceux obtenus dans le groupe témoin, c’est-à-dire n’ayant subi aucun traitement, mais tout aussi efficace que ceux obtenus avec d’autres membranes résorbables (Koop et al., ²⁰¹²).

Des dentistes turcs (Baltacioglu et al., ²⁰¹¹) ont publié des résultats sur la réimplantation délibérée de dents parodontalement condamnées avec une association de dérivé de la matrice amélaire et d’allogreffe d’os lyophilisé. Onze patients (5 femmes et 6 hommes, âgés de 13 à 53 ans) présentant 12 dents parodontalement condamnées à la suite d’une alvéolyse importante avec des défauts verticaux s’étendant jusqu’à l’apex ont été étudiés. Durant les 12 mois de suivi clinique et radiologique, on note une amélioration significative pour tous les paramètres cliniques et radiologiques, à l’exception de la récession (p < 0,05). Du rhPDGF, du PRP, du DMA disponible dans le commerce et du P-15 ont été testés cliniquement pour traiter différents défauts parodontaux. Ils se sont tous révélés bénéfiques pour le traitement des défauts intra-osseux mais limités pour le traitement des atteintes de la furcation (Trombelli et al., ²⁰⁰⁸). L’évaluation clinique du traitement des défauts intra-osseux chez l’homme avec du P-15 montre une amélioration significative des résultats cliniques par rapport à ceux obtenus avec un simple débridement par lambeau curetage (Kasaj et al., ²⁰⁰⁸). Ces résultats préliminaires montrent que la réimplantation de dents réalisée avec une association de DMA et d’allogreffe est une solution de remplacement de l’extraction dentaire prometteuse en termes de succès. Néanmoins, l’utilisation de DMA dans le traitement de défauts parodontaux et la réimplantation ne sont pas encore suffisamment au point pour une large application clinique. D’autres études cliniques systématiques sont attendues.

Régénération tissulaire parodontale sur les implants

Bien que les implants dentaires avec un revêtement aient été utilisés en clinique, les problèmes majeurs résident dans leur intégration au tissu osseux. Pour régénérer les tissus parodontaux, des recherches ont été menées d’abord sur l’animal puis sur des patients. Dans l’une de ces études, réalisée sur le miniporc, des CSLP humaines sous forme d’un gel/mousse et des cellules souches provenant de papilles apicales ont été transplantées sur un tuteur d’hydro­xyapatite/phosphate tricalcique pour générer un complexe racine/système parodontal capable de supporter une couronne en porcelaine, obtenant ainsi une fonction dentaire normale. Les CSLP ont la capacité de former des structures ressemblant à des fibres de Sharpey ancrées dans le cément nouvellement formé. Cette régénération tissulaire véhiculée par des cellules souches permet à la dent de retrouver sa stabilité (Sonoyama et al., ²⁰⁰⁶).

Des chercheurs et des dentistes ont mis au point une technique fondée sur l’application clinique de « ligaplants », c’est-à-dire de cellules du ligament associées à un biomatériau implantaire. Dans cet article, le « ligaplant » est représenté par un tenon en titane revêtu d’hydroxyapatite associé à une transplantation de cellules ligamentaires humaines. Les ligaplants ont été implantés en sous-cutané chez des souris nudes avec des témoins. Au bout de 12 semaines, on a observé des tissus semblables au cément et au ligament parodontal avec l’insertion de faisceaux de fibres collagènes orientées perpendiculairement à la surface. La détection immunologique a indiqué que ces fibres de collagène étaient d’origine humaine et non d’origine animale (souris). Les ligaplants ont ensuite été implantés dans des mâchoires de chien pour une durée de 20 semaines et l’on a pu observer du tissu de ligament parodontal. Enfin, ils ont été utilisés chez des patients. Des cellules du ligament parodontal provenant de patients individuels ont ainsi pu se fixer sur les tenons en titane et ont été implantées chez les donneurs de cellules. Trois ligaplants sur 8 sont restés en place durant plus de 4 ans et 2 autres durant plus de 1 an. Les implants se sont bien intégrés avec des propriétés mécaniques similaires à celles des dents. Les radiographies ont montré un espace desmodontal qui correspondait à un espace desmodontal de largeur normale et la structure de la lamina dura ressemblait à celle que l’on observe autour d’implants de dents naturelles (Gault et al., ²⁰¹⁰).

Perspectives d’avenir

L’implant dentaire métallique est aujourd’hui le seul matériau que l’on peut utiliser pour remplacer des dents perdues et va rester la méthode principale pour encore longtemps. La régénération des tissus parodontaux constitue depuis très longtemps l’objectif suprême pour les dentistes et les scientifiques, en particulier la formation d’un ligament sur les implants pour que ces derniers fonctionnent comme une vraie dent. La régénération des tissus parodontaux à partir de CSLP présente un intérêt croissant, car ces cellules sont assez faciles à obtenir sur le plan clinique et font l’objet de moins de débats éthiques que les cellules souches embryonnaires et mésenchymateuses (Tanaka et al., ²⁰¹¹). Le prélèvement et le stockage de tissus parodontaux en vue d’un futur remplacement tissulaire sont réalisables sur de larges populations. Cela devrait permettre d’élargir l’application de la parodontologie et aura un impact sur la régénération tissulaire en général, incluant l’os, la peau, le cœur et le cartilage. Il a également été démontré que les cellules souches mésenchymateuses de ligament parodontal d’origine porcine possédaient une faible immunogénicité et une fonction immunosuppresive.

Les revêtements implantaires contenant des facteurs de croissance et des substances antibactériennes commencent tout juste à faire l’objet de recherches mais ne sont pas encore utilisés de façon générale. Des études récentes ont montré qu’une libération séquentielle de deux substances (gentamycine et BMP-2) ou trois (gentamycine, insulin-like growth factor I [IGF-1] et BMP-2) à partir d’un revêtement en acide polylactique placé sur des implants peut prévenir les infections potentielles et, de ce fait, stimuler les différentes phases de la cicatrisation osseuse (Strobel et al., ²⁰¹¹). Une nouvelle orientation dans la recherche sur les revêtements de surface devrait s’intéresser à l’amélioration d’activités multifonctionnelles en termes d’inhibition bactérienne et de régénération tissulaire. De futurs tests in vivo et des essais cliniques vont être accomplis dans les années qui viennent pour en comprendre les effets synergiques.

En se fondant sur les connaissances actuelles sur les cellules souches de ligament parodontal et sur les nouvelles nanotechnologies en médecine régénératrice, nous proposons un projet d’implant dentaire avec un revêtement de couches tissulaires multifonctionnelles obtenu par génie tissulaire, qui pourrait agir comme un vecteur de cellules souches dentaires pour la régénération tissulaire péri-implantaire. Le revêtement souhaité sur un implant doit avoir les caractéristiques suivantes (^fig. 1) :

– un revêtement hydraté avec une fonction de minéralisation. La couche interne constituée d’un revêtement d’hydroxyapatite dense va réduire les contraintes de cisaillement provenant du pilier métallique implantaire, formant une zone tampon mécanique entre l’implant dentaire et les tissus régénérés. La couche poreuse externe va procurer des ions calcium et phosphate pour la régénération des tissus minéralisés. Les ions libérés seront utilisés par le métabolisme pour former de nouveaux minéraux ;

– un revêtement poreux bioactif avec une matrice protéique. Cela va fournir le support mécanique et la porosité du revêtement et peut favo­riser l’adhésion et la migration de cellules souches. Le revêtement doit être constitué de nanofibres biodégradables produites par électrospinning et de collagène mélangé à des nanoparticules de phosphate de calcium. La couche externe d’un tel revêtement va contenir davantage de nanofibres alignées pour favoriser l’alignement des cellules souches du ligament parodontal ;

– des cellules souches fraîches. Des CSLP humaines fraîchement cultivées ou des feuillets de cellules souches du ligament parodontal sont introduits à l’intérieur ou autour du revêtement poreux bioactif. L’adhésion et la migration des cellules souches sont favorisées par le revêtement dont la taille des pores est appropriée ; la nutrition est apportée et échangée à travers la structure en canaux à l’intérieur du revêtement. La fixation cellulaire est améliorée grâce à la nanotexture ou à la nanostructure imitant la surface de la matrice extracellulaire placée sur un tuteur ou sur un implant. Un tel arrangement fait du revêtement un matériau hiérarchisé et agencé, et la structure poreuse va fournir un micro-environnement pour la migration, la prolifération et la différenciation des cellules souches ;

– des facteurs de croissance relargables. Les facteurs de croissance incluant la BMP-2, le plasma enrichi en plaquettes, l’amélogénine et de petits peptides de signalisation vont pouvoir être libérés à partir du revêtement composite poreux afin de promouvoir la différenciation des cellules souches et la régénération tissulaire parodontale. Différents facteurs de croissance vont se greffer sur les couches externe et interne du revêtement afin de promouvoir la différenciation en ostéoblastes, cémentoblastes, fibroblastes et autres cellules. Par ailleurs, l’association de biomolécules relargables – interleukine 2, TGF-Β et rapamycine – peut être incorporée dans le tuteur pour étendre l’action des cellules T régulatrices chargées de supprimer la réponse immune du tissu parodontal. (Jhunjhunwala et al., ²⁰¹²) ;

– des médicaments antibactériens relargables. Ils peuvent contenir un mélange d’antibiotiques, d’amine quaternaire et de substance antifongique. Un vecteur à libération contrôlée, telles la silice poreuse et les nanofibres à surface modifiée, peut être utilisé pour libérer des médicaments sur un mode prolongé.

Un tel implant, associé à des cellules souches ou à des feuillets de cellules souches, sera implanté dans la cavité buccale pour remplacer la racine dentaire lésée ou perdue. Après quelques mois de cicatrisation, le tuteur sera résorbé, cédant la place au ligament parodontal, au cément et à l’os alvéolaire régénérés. Le tissu parodontal nouvellement formé va ressembler au tissu parodontal naturel tant sur le plan histologique que fonctionnel.

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