LES REPONSES IMMUNES

En Implantologie Dentaire

Kheir Eddine KERBOUA, Pharm.D

BJKA Consulting Tel. Innate Immunity and Repruductive Immunology, Unit of Immunology, HMRUO, Oran, Algeria. Email : K.K.Eddine@gmail.com

April 16th, 2016

The Fourth Conference on Dental Implantology Department of Dental Medicine

Oran University-INESM

Kheir Eddine KERBOUA, PharmD.

Clinical Immunologist K.K.Eddine@gmail.com

Les réponses immunes

en Implantologie dentaire

mi-ange mi-démon

(I) ROLE STRATEGIQUE DE LA REPONSE IMMUNE

PAR LE MACROPHAGE EN IMPLANTOLOGIE DENTAIRE

Le rôle initial des macrophages au cours du FORAGE OSSEUX est d'enlever les débris nécrotiques.

Les macrophages sont donc les premières cellules à adhérer aux surfaces IMPLANTAIRES (Tan, K.S et coll. 2006).

DES RÉPONSES INNÉES : L’influence des macrophages sur la capacité de cicatrisation de la plaie est stratégique. Ces cellules réagissent à la fois par DES RÉPONSES INNÉES et adaptatives qui incluent la réponse à des basophiles et la libération d'IL-4 par les mastocytes afin de susciter une différenciation des macrophages en voie de cicatrisation (Loke, P et coll. 2007 ; Brandt, E et coll. 2000).

LA RÉPONSE IMMUNITAIRE ADAPTATIVE (TH2) influence donc sur les macrophages via l’IL10 et pousse ces derniers à synthétiser les régulateurs intermédiaires IL4 et IL13 responsables de la formation d’une matrice extra cellulaire à la surface de l’implant (Stanford CM et coll. 2010).

MACROPHAGES EN IMPLANTOLOGIE DENTAIRE

A. NETTOYAGE

B. CICATRISATION

04 heures Ces débris referment des fragments d'ADN, d’histones, de protéines nucléaires et autres protéines de choc thermique ce qui conduit à des MODIFICATIONS PHYSIOLOGIQUES au niveau des macrophages (expression de protéines de surface cellulaire CD135 et production de cytokines ou de médiateurs pro-inflammatoires) (Mosser et Edwards (2008) ; Cao, S et coll. 2006).

Le développement d'un RÉSEAU COMPLEXE VASCULAIRE est un élément important du processus de guérison qui suit l’implantation et peut être provoqué par l'ISCHÉMIE INITIALE dans le site de la plaie immédiatement suivie par la libération par LES MACROPHAGES des médiateurs, 1. TNF-α 2. VEGF (facteur de croissance vasculaire endothéliale)

C. L'ANGIOGÉNÈSE

la population initiale de macrophages expriment des facteurs de croissance tels que les 1. facteurs de croissance des fibroblastes (fibroblast growth factor FGF-1, FGF-2, FGF-4), 2. les Transforming growth factors, 3. facteur de croissance épithélial 4. ainsi que LES PROTÉINES MORPHOGÉNÉTIQUES OSSEUSES (BMP)

Le processus de cicatrisation est le résultat final d’une cascade complexe:

(Crowther, M et coll. 2001 Okazaki, T et coll. 2005)

( Linkhart, T.A et coll. 1996 ; Crowther, M et coll. 2001).

La formation d'une MATRICE MINÉRALISÉE lors du remodelage osseux et de l'ostéogenèse ou pendant l'ostéo-intégration des implants dentaires implique LE RECRUTEMENT de cellules souches mésenchymateuses multipotentes et la DIFFÉRENCIATION PROGRESSIVE de ces cellules en ostéoblastes ( Aubin, J.E et coll. 1995).

Dans une étude in vitro, Misaski et coll. (2005) ont montré que les cellules souches mésenchymateuses humaines cultivées sur des surfaces de titane avec une topographie à l’échelle nanométrique présentaient des taux élevés de RUNX-2 et de collagène de type I et plus particulièrement une augmentation de la phosphatase alcaline, une enzyme clé impliquée dans le contrôle de LA BIOMINÉRALISATION À LA SURFACE DE L'IMPLANT (Masaki, C et coll. 2005).

Une augmentation des taux d’osterix (Un deuxième facteur de transcription) et de BSP (la sialoprotéine osseuse:une des protéines de la matrice extracellulaire osseuse ) a été notée sur les surfaces de titane recouvertes d’alumine avec une topographie à l’échelle du nanomètre, par rapport aux surfaces avec seulement des caractéristiques de surface au niveau micrométrique. (Stanford CM et coll. 2010)

C. FORMATION OSSEUSE

1. LE RECRUTEMENT des souches mésenchymateuses

La greffe osseuse idéale en dentisterie sur implant devrait réunir les caractéristiques suivantes : elle serait 1. BIOMIMÉTIQUE, c’est-à-dire capable d’induire la différenciation des cellules appropriées

(cellules endothéliales et ostéoblastiques) en vue de la formation d’os nouveau; 2. elle pourrait facilement être SYNTHÉTISÉE ou produite, au lieu d’être extraite de matériaux

allogreffes (afin d’éliminer les risques de transmission de maladies); 3. elle serait facilement et rapidement RÉSORBABLE lorsque se produit la réaction

ostéogénique; elle serait dépourvue de propriétés immunogènes; 4. elle pourrait se transporter et s’entreposer facilement et elle serait offerte à un COÛT

RAISONNABLE.

2. la Régénération Osseuse: DIFFÉRENCIATION PROGRESSIVE

L’AVENIR DANS CE DOMAINE résiderait dans les protéines morphogénétiques osseuses (BMP) recombinantes, produites par génie génétique. Il a en effet été démontré que ces protéines stimulent la formation osseuse dans les zones déficientes, dans diverses situations expérimentales et cliniques, et ces substances font actuellement l’objet d’une étude d’innocuité par la Food and Drug Administration des États-Unis.

la population initiale de macrophages expriment LES PROTÉINES MORPHOGÉNÉTIQUES OSSEUSES (BMP)

Risque Infectieux et de Réponses Immunes ? ( Linkhart, T.A et coll. 1996 ; Crowther, M et coll. 2001).

L’allo-greffe osseuse

LE BLOCAGE DE L’IMMUNITÉ CELLULAIRE DE L’HÔTE PROVOQUE LES PÉRIIMPLANTITES

Augmentant avec l’âge, l’incidence de l’infection parasitaire (Entamoeba gingivalis) progresse rapidement jusqu’à ce qu’au-delà de 40 ans elle atteigne 75 % de la population.

Une amélioration clinique notable est obtenue par leur élimination

Thérapie locale à l’aide 1. d’eau hydrogénée et 2. de poudre salée de bicarbonate de soude en guise de dentifrice, 3. puis utilisé une crème de métronidazole 10 % en application topique

Le Polynucléaire Neutrophile

Entamoeba gingivalis se nourrissent de globules blancs autant que de globules rouges: activité hématophage et LA DÉGRADATION DE L’IMMUNITÉ CELLULAIRE DE L’HÔTE

L ’amibe E. gingivalis semble manipuler la réponse immune en inactivant certains facteurs (tel les neutrophiles dénucléés) qui autrement protégerait l’ os maxillaire de la destruction.

(II) ROLE NEFASTE DE LA REPONSE IMMUNE

EN IMPLANTOLOGIE DENTAIRE

Le chirurgien dentiste sera aussi amené à développer sa formation et ses connaissances dans les processus immunologiques en causes afin de pouvoir orienter le patient vers des dosages et tests qui pourront confirmer ou infirmer les suspicions d’allergie ou d’intolérance.

La tenue du titane à la corrosion est très satisfaisante en milieu biologique, toutefois la présence de fluorures en milieu acide diminue cette résistance. On pourrait donc penser à l’effet du dentifrice sur le titane, Par contre si le pH descend sous les 3.5 on peut avoir un relargage d’ions titane

Les métaux présentent la capacité de se comporter comme des haptènes et d'être immunisants Ils peuvent être responsables de dermatose de contact.

Toute allergie au titane annoncée par un patient, si elle n’est pas pleinement documentée (tests patch, TTL,…) est à considérer avec prudence.

La passivation forme une couche superficielle adhérente, isolante et très résistante à la corrosion, constituée en général par un oxyde.

1. les débris de titane libérés peuvent se combiner avec des protéines et former des complexes protéino-métalliques qui deviennent IMMUNOGÈNES et déclenchent une réponse de type IV

2. les ions de titane puissent diffuser loin du lieu d’implantation grâce à un couplage avec les protéines et rester longtemps dans l’organisme, ce qui contribue à sa dissémination et à la possibilité d’une présentation du titane comme antigène aux lymphocytes susceptibles d’induire une réaction immune

3. titane avaient une tendance à sécrété des cytokines PRO-INFLAMMATOIRE tel que IL-6 induisant ainsi un recrutement des cellules inflammatoire (comme on l’observe dans l’allergie) ainsi que des ostéoclastes, ce qui conduisait à une destruction plus importante de l’os.

DEUX PARAMÈTRES importants sont à prendre en compte : la taille des particules et leur concentration. Ainsi, l’état de surface des implants et le nombre d’éléments en titane que l’on apporte dans la cavité buccale va beaucoup influencer le comportement du matériau envers les cellules.

Facteurs limitant le développement d’allergie au titane en dentaire

1. La surface implantaire: on retrouve moins de particules de titane au niveau d’une zone d’implantation dentaire qu’au niveau d’une zone d’implantation orthopédique

2. Usinage du titane: Les procédés de fabrication des implants peuvent laisser en surface d’autres éléments que le titane rendant le diagnostic de l’allergie au titane beaucoup plus difficile. on peut observer que malgré les données fabriquant mentionnant 100% de titane on retrouve d’autres éléments non désirés.

eczema, angular cheilitis, cheilitis

erythema of the oral mucosa, hyperplastic gingivitis

lichenoid reactions of the oral mucosa

perioral dermatitis or a loss of lingual papillae that can mimic

“geographical tongue”

Localized inflammatory response in a 17 year old adult

as a result of ionic leaching from an implant in 12 region.

Malignancy formation as a response to adjacent implant

leach (corrosion)

most frequent complications encountered dental Implantology

Malignancy formation Localized inflammation

Hypersensibilite Type I Hypersensibilite Type IV

La face démon de la réponse immune en implantologie dentaire

malgré sa faible prévalence, le risque d’échec lié à une hypersensibilité au titane n’est PAS NUL

Mécanismes favorisant l’allergie au titane est surtout la DÉGRADATION ET CORROSION MÉTALLIQUE

Relargage des métaux dans Une solution electrolyte La salive

Ivana Dimić, Metall. Mater. Eng. Vol 19 (2) 2013 p. 167-176

Diffusion et accumulation tissulaire du Titane

Réaction inflammatoire Gx200 Pigmentation marron noire dorée Gx400

Réaction de la muqueuse a l’implant en titane

Nilüfer Bölükbaşı, Int J Dent Case Reports 2013; 3(1): 83-88

Echec

Aseptic lymphocyte dominated vasculitis-

associated lesion (ALVAL)

100-300 ppm titanium can be observed in tissues surrounding implants, as well as in regional

LYMPH NODES and

pulmonary tissue (Wennerberg et al, 2004).

oxidative processes can thicken and condense the TiO2 layer on the surface, IMPROVING the corrosion stability of the underlying Ti

Reductive agents, such as fluoride (F¯)

accelerated at low pH

Reclaru & Meyer, 1998; Schiff, et al., 2002

oral care products containing F¯

toothpastes, rinsing solutions, or prophylactic gels

Stress corrosion cracking

Könönen et al., 1995

Galvanic corrosion

between orthodontic wires and brackets

NiTi and CuNiTi

Schiff et al., 2006

Hydrofluoric acid (HF)

?

> 30 ppm

Nakagawa et al., 1999

pH: ranges from 3.5 up to neutral

F¯: between 1000 and 10,000 ppm

Hexafluorotitanate complex

Messer and Wahata, 2002

Electric Potential Difference

Na2TiF6

> 0.2 % Pd

Ti-0.2Pd

Nakagawa et al., 2001

The soft and hard tissues of THE ORAL CAVITY (the alveolar bone, or the conjunctive and epithelial parts of the mucosa).

A. PERI-IMPLANT MUCOSITIS defined as a reversible inflammatory change of the periimplant soft tissues WITHOUT bone loss,

Norowski & Bumgardner, 2009

B. PERI-IMPLANTITIS an inflammatory process resulting in A LOSS of supporting bones and associated with bleeding

and suppuration.

A. Echec Fonctionnel De l’un implant

THE FAILURE OF DENTAL IMPLANTS

inflammatory processes

eczema, angular cheilitis, cheilitis

erythema of the oral mucosa, hyperplastic gingivitis

lichenoid reactions of the oral mucosa

perioral dermatitis or a loss of lingual papillae that can mimic

“geographical tongue”

Waroquier et al, 2009, Vamnes et al., 2004, Leigh et al., 2001, Alanko et al., 1996

Localized inflammatory response in a 17 year old adult as a result of ionic leaching

from an implant in 12 region.

Malignancy formation as a response to adjacent implant leach (corrosion)

(Gawkrodger, 2005)

A. l’Hypersensibilite type IV

B. L’inflammation chronique

B. Echec NON Fonctionnel de l’un implant

Host tissue response to an implant material

The keystone: Ti DEBRIS

Explication immuno-pathologique

I. Innate Immunity Response: Macrophage Inflammatory Damage

II. Specific Immunity Response: TH2 IgE ou Macrophage + TH1 Allergy and Hypersensitivities

I. l’inflammation et l’osteolyse

l’hypersensibilité retardée Cell-mediated response (Type IV)

Concept de l’haptene

1. Antigens activate Anti Ti Memory T-lymphocytes

2. T-Lymphocytes release cytokines

•INTERFERON •Tumor necrosis factor TNFα •Interleukin 1&2 IL1 et IL2

3. Cytokines recruit and activate

macrophages, monocytes and neutrophils

Le cercle vicieux

D’apres Duché et Barré

Nickel Cobalt

Chrome Beryllium

Titanium Tantellum Vanadium

Macrophages provoquent l’activation des T-cells T-cells activent macrophages

Macrophages provoquent l’activation des T-cells T-cells activent macrophages

Métaux inducteurs d’allergie

++++

Ti Ti

Ti

II. Les etats d’hypersensibilite

TH1

Anti Ti Memory T-lymphocytes

Titanium has a high affinity for proteins

Environmental sources

and not necessarily from previous contact with dental implants.

1. watches, jewellery and spectacle frames

2. E171 TiO2 :cosmetics such as

sunscreens, make-up and deodorants, and in food, medicines or toothpaste

50 ppm of titanium

4,2%

Pranay D. Khare 2010

sensitization to titanium is it possible?

Forte et al, 2008

Anti Ti Memory T-lymphocytes???

Exploration immuno-allergologique En implantologie, les enjeux sont importants car la prise de décision d’implanter ou d’enlever des implants et leurs suprastructures sera lourde de conséquence. C’est pourquoi, les outils de diagnostic seront d’une grande utilité pour pouvoir prendre la décision finale d’un commun accord avec le patient et éventuellement l’allergologue consulté.

la majorité des allergie au titane sont des hypersensibilités de type IV

L’évaluation de l’allergie au titane, chez un grand nombre de patients ne justifie pas des tests allergologiques chez tous, du fait de sa faible prévalence. Une évaluation des patients à risque semble plus logique. Une identification des patients potentiellement allergiques pourra se faire par l’examen du dossier médical, des signes et des symptômes associés à l’allergie au titane et par la présence d’échecs implantaires non expliqués

Malgré une biocompatibilité au titane internationalement reconnue, lors d’apparition de symptômes cutanées, ou gêne/ douleur, il est important de rechercher après avoir écartées toutes les autres causes telles que contamination microbiennes, virales, fongiques, et allergie à d’autres métaux ou matériaux, une éventuelle allergie au titane.

Les tests allergologiques au titane Le test cutané est un test in vivo tandis que le test de transformation des lymphocytes (LTT) est un test in vitro. Le LTT peut être utile dans des cas litigieux et permettre de confirmer une réaction d’hypersensibilité à un ou plusieurs allergènes potentiels.

Tests cutanés

D’apres Dr Guillot.

Les tests In-Vivo ?

1. Temps d’exposition trop faible

2. La réponse d’Hypersensibilité n’est pas contre implant lui meme, mais contre les produits de dissolution ou de corrosion product

3. L’optimisation de l’agent inititaeur n’est pas claire (eg, chlorides du metal, complexes specifiques metal-protein).

4. La peau sollicite une seule Cellule Présentratrice d’antigene (Langerhans cells) qui sont 10 fois moins nombreuses dans les tissues perimplantaire.

5. La vascularisation de muqueuse buccale élimine les allergens plus rapidement que la peau (Forte et al, 2008).

6. M. orale less permeable to antigens

7. Induction de l’ hypersensibilité

Seulement 3 /4 patients diagnostic efficiency of 75% for metal allergy

lack of standardization in the patch tests, especially for allergens such as titanium

Fischer, 2008, Forte et al, 2008

Les tests cutanés ne sont pas tres fiables en Implantologie Dentaire

Les tests In-Vitro

1. Le test LTT (Lymphocyte transformation testing)

Developé en 1960 Measure la réponse proliferative des

lymphocytes aux antigens Lymphocytes sensibilisés par les allergens

se transforment en blasts et proliferent lors du deuxieme exposition à cet antigene

La réplication de l’ADN est utilisée comme mesure de la prolifération

Ratio de la prolifération lymphocytaire apres la stimulation antigenique sur la prolifération lymphocytaire en absence d’antigene.

Ce ratio est applé the stimulation index (SI)

Avantages de la LTT

• Résultats Quantifiable

• Sensibilité importante

• Sang et pas la peau

• N’induit pas une hypersensibilité

• Permet l’analyse de plusieurs métaux à différentes concentrations

• sometimes lack specificity(Faux positifs) Fisher’s, 2008

Inconvenient de la LTT

Test MELISA; Stjekstal et al, 1994, Muller and Valentine-Thon, 2006

Du fait des problèmes de faux négatifs avec les tests épicutanés permettant la mise en évidence de l’allergie au Titane, le test MELISA (test LTT), est plus précis pour diagnostiquer cette allergie.

l’indice de stimulation des lymphocytes sur ces substances est égal ou supérieur à Trois considéré le patient comme étant allergique au titane les résultats ci-dessous confirment que le patient présente des lymphocytes très réactifs au calcium titanate et au trichlorure de titane qui sont des composants des implants ;

Isolat des Lymphocytes

Co-culture avec les sels de métaux

Mesure: Incorporation de la thymidine-H

Contrôle Qualité: Verifier la Morphologie

10-40 ml Sang Total Avant la centrifugation

Apres la cntrifugation Séparation des CMN

6 jours

A stimulation index of is a 2 cut-off value SI < 2: is considered negative

SI ≥ 2 but <3: a possible sensitization SI ≥ 3: positive sensitization

SI 2–3 “weakly positive” SI 3–5 “positive”

SI > 5 “strongly positive”

Accredited in Germany since 2001, should be considered for patients with

Suspicion of Ti allergy

!

Flow cytometry, for the purpose of detecting the activation of lymphocytes from peripheral blood mononuclear cells (PBMC) cultures isolated from patients, stimulated by a metal, and measuring

A. DIFFERENT MEDIATORS (cytokines, inflammatory mediators) released in response to

the metal.

2. LAT = lymphocyte activation test

Les tests In-Vitro

B. CD69 up regulation on antigen-reactive T-cells

Freshly isolated PBMC cultured for 48h in U-bottomed

tissue culture plate

metal concentrations PHA (positive control)

flow cytometry

PE-CD69, PerCP-CD3, FITC- CD4, APC-CD8 and PE-IgG1 as isotype control (BD).

highly quantitative

oral care products containing F¯

Hexafluorotitanate complex (Na2TiF6)

> 0.2 % Pd

pH: ranges from 3.5 up to neutral

Ti-0.2Pd

Nakagawa et al., 2001

Stress corrosion cracking

Galvanic corrosion

between orthodontic wires and brackets

NiTi and CuNiTi

Patients allergic to other metals

MELISA

Pre-Implant Post-Implant

LAT

Le chirurgien-dentiste pourra prescrire un test d’activation lymphocytaire ou test MELISA pour vérifier

l’intolérance éventuelle aux métaux qu’il envisage d’utiliser chez son patient.

le diagnostic d’une allergie ou d’une intolérance aux métaux utilisés est important lorsqu’un patient est déjà

porteur d’une réhabilitation orale avec des implants et qu’il présente des symptômes allergiques apparus en

concomitance avec le placement des implants et/ou des prothèses

Une concertation pluri-disciplinaire est à mettre en œuvre.

Un dialogue constructif et une prise de décision en collaboration avec les allergologues et/ou immuno-dermatologues seront alors nécessaires

L’ostéointégration d’un implant N’EST PAS SYNONYME

de bio-intégration

CONCLUSION

La décision quant à la dépose éventuelle des prothèses et implants ne doit pas se faire à la légère.

CHOKRANE !!!!!

AS’ILA???