LS 65, Spécial Greffe Osseuse

Utilisation des cellules souches mésenchymateuses auto- logues dans les greffes osseuses pour l’élévation du plancher sous sinusien
Autologous mesenchymal stem cells in maxillary sinus floor elevation

 

Auteurs : Dr Antoine DISS, Michael PIKOS, ShahramGHANAATI , Joseph CHOUKROUN, Laurine BIRAULT , Hichem CHENAITIA

Nous proposons dans cette étude de cas clinique, une double reconstruction maxillaire par élévation de la membrane sinusienne au moyen d’une greffe de cellules souches mésenchymateuses autologues. Ce choix de greffer uniquement des cellules mésenchyma- teuses a pour objectif de montrer leur potentiel pour la régénération osseuse. Certes, ce type de reconstruction comme le soulevé sinusien, peut faire appel à d’autres techniques ou à l’utilisation de bio-matériaux. Cependant, Il nous a semblé intéressant d’explorer une nouvelle approche, plus biologique faisant appel aux potentialités du patient et qui pourrait déboucher sur une utilisation plus fréquente et plus systématisée dans le cadre de réhabilitations plus difficiles ou complexes.

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DISS Antoine1, PIKOS Michael2, GHANAATI Shahram3, CHOUKROUN Joseph4 BIRAULT Laurine5, CHENAITIA Hichem6

1. Docteur en Chirurgie Dentaire, Docteur ès Sciences, Ancien Interne des Hôpitaux de Nice, Exercice privé à Nice.
2. Chirurgien oral, Pikos Institute, Palm Harbor FL, USA
3. Chirurgien maxilla-facial, University of Frankfurt, FORM Lab, Francfort, Germany
4. Docteur en médecine, Centre Anti-Douleur, Nice, France.
5. Docteur en Chirurgie Dentaire, Exercice privé à Nice
6. Docteur en médecine, Centre d’imagerie et de thérapeutique de l’appareil locomoteur, Nice, France

 

A. Résumé

Nous proposons dans cette étude de cas clinique, une double reconstruction maxillaire par élévation de la membrane sinusienne au moyen d’une greffe autologue de cellules souches mésenchymateuses autologues. Ce choix de greffer uniquement des cellules mésenchymateuses a pour objectif de montrer leur potentiel pour la régénération osseuse. Certes, ce type de reconstruction comme le soulevé sinusien, peut faire appel à d’autres techniques ou à l’utilisation de biomatériaux. Cependant, Il nous a semblé intéressant d’explorer une nouvelle  approche, plus biologique faisant appel aux potentialités du patient et qui pourrait déboucher sur une utilisation plus fréquente et plus systématisée dans le cadre de réhabilitations plus difficiles ou complexes.

 

B. Introduction

Le traitement des résorptions osseuses alvéolaires au niveau des régions maxillaires postérieur est l’un des défis majeur en implantologie orale. L’insuffisance d’os résiduel (diminution de la densité l’os trabéculaire et amincissement de la corticale osseuse) et une cicatrisation déficiente sont des situations cliniques défavorables auxquelles les chirurgiens-dentistes ou les chirurgiens oraux sont fréquemment confrontés. Dans le but de faciliter la pose d’implants dentaires, de nombreuses techniques d’augmentation osseuse pré ou per-implantaires ont été proposées. Parmi ces techniques, les greffes osseuses autogènes constituent, depuis plusieurs années, le « gold standard » pour leurs propriétés biologiques, immunologiques et mécaniques. Toutefois, d’autres procédures alternatives, et notamment l’utilisation de biomatériaux présentent les avantages d’être localisées, relativement peu traumatiques et moins morbides.
Au cours des dernières décennies, la compréhension des mécanismes biochimiques qui régissent les interactions des cellules osseuses et de leur environnement ont permis d’ouvrir un nouveau champ d’application clinique : l’ingénierie tissulaire. L’ingénierie tissulaire repose sur les principes biocellulaires, le développement biologique et la science des biomatériaux (Hynes et coll., 2012). Son objectif est de regrouper les cellules et les facteurs de régulations appropriés pour permettre des régénérations tissulaires (Hynes et coll., 2012). L’ingénierie tissulaire est construite autour d’une triade élémentaire (Langer et Vacanti, 1993), ou le rôle de chaque élément de base est interconnecté et bien défini (Benatti et coll, 2007) :
La matrice extra-cellulaire, qui va jouer un rôle dans la rétention cellulaire et la détermination morphologique
La présence de facteurs de croissance permet de modifier l’activité cellulaire, fournit un stimulus aux cellules pour les différencier et  favorise le développement tissulaire,
Une population de cellules souches multipotentes (ou pluripotentes) qui fournissent la matière première pour le développement et la régénération du tissu.
Les cellules souches hématopoïétiques se trouvent dans la moelle osseuse et le sang des adultes ainsi que dans le sang du cordon ombilical.

C. Les cellules souches mésenchymateuses :

Une cellule souche est une cellule caractérisée par ses capacités d’auto renouvellement, de différenciation et de prolifération. Elle possède des capacités de multiplication d'un côté pour produire d'autres cellules souches et de différenciation pour engendrer des cellules spécialisées constituant les différents tissus de l'organisme. On distingue plusieurs types de cellules souches, notamment les cellules souches embryonnaires (Thomson et coll., 1998) qui sont considérées comme des cellules totipotentes car elles ont la capacité de conduire à la formation de tous les tissus de l’organisme (endoderme, mésoderme et ectoderme) (Smith 2006). Mais leur utilisation est limitée par les difficultés d’isolement et des considérations éthiques.
Les cellules souches mésenchymateuses sont un type de cellules souches adultes multipotentes capables de donner naissance à des tissus d’origine mésodermiques tels que localement la dentine, l’os et le ligament parodontal (Caplan 1991) et plus généralement le cartilage, les muscles, les ligaments, les tendons et le tissus adipeux (Owen & Friedenstein, 1998 ; Pittenger et coll, 1999 ; Yamada et coll, 2004). Elles sont présentes dans la moelle osseuse et peuvent être prélevées dans l’aile iliaque ou sous le plateau tibial.
L’adjonction de ces cellules souches mésenchymateuses dans la régénération osseuse est un concept des plus prometteurs car elles pourraient permettre de réduire la morbidité des greffes autogènes ainsi que l’immunogénicité des greffes allogéniques (Vacant et coll, 1988). Et de nombreuse études ont montrées que les cellules souches mésenchymateuses permettaient d’améliorer la régénération osseuse, de réduire le temps de cicatrisation et d’augmenter le gain osseux (Rickert et coll, 2011 ; Aquino et coll, 2009) et plus particulièrement dans des procédures chirurgicales déjà bien établies telles que la Régénération Osseuse Guidée ou l’élévation du plancher sinusien (Aghaloo et coll 2007).
L’objectif de cet article est de décrire un cas clinique d’utilisation de cellules souches mésenchymateuses autologues associé à une gel de fibrine enrichi en plaquette comme biomatériau de comblement pour une élévation du plancher sous sinusienne par abord latéral.

D. Cas clinique

Chez une patiente de 69 ans, sans pathologie ni traitement médicamenteux, présentant un édentement complet maxillaire (Figure 1 et 2), il est décidé la pose au niveau maxillaire de 6 implants associée à 2 comblements de sinus et une mise en charge immédiate des 4 implants antérieurs par un bridge fixe provisoire.
Le prélèvement et la préparation des cellules souches mésenchymateuses autologues et du plasma riche en plaquettes et fibrine ainsi que les prélèvements sanguins et centrifugations sont réalisés dans le bloc opératoire où va être réalisé l’élévation du plancher sinusien, les cellules ne sont pas stockées dans une banque ni mis en culture.

a) La technique de prélèvement des cellules mésenchymateuses provenant de la moelle osseuse du tibia, qui est réalisée par un médecin spécialiste, est assez simple et peu invasive : anesthésie locale en regard de la tubérosité tibiale, préparation cutanée préopératoire et antisepsie cutané locale, prélèvement avec un trocart intra osseux introduit dans l’épiphyse tibiale figure 3 et 4 , prélèvement de 8 ml de moelle osseuse figure 5 et 6 dans un tube de prélèvement sanguin contenant un anticoagulant type ACD (Acide Citrate Dextrose), puis centrifugation à température ambiante. Récupération du surnageant comprenant le plasma et cellules souches, ce qui représente un volume de 2 à 3cc. Figure 7

b) Préparation du plasma riche en plaquettes (PRP) : prélèvement sanguin classique sur une veine du pli du coude de 8 ml de sang dans un tube de prélèvement sanguin contenant un anticoagulant type ACD (Acide Citrate Dextrose), puis centrifugation à température ambiante, séparation du plasma avec les plaquettes et des globules rouges, puis récupération uniquement du surnageant comprenant le plasma et les plaquettes, et qui représente un volume de 2 à 3cc. Figure 8

c) Ensuite mélange des 2 solutions dans une cupule stérile. Après l’élévation sinusienne, activation par chlorure de calcium 10% et transformation de la solution mélangée en gel. Figure 9

d) Elévation sous sinusienne : La hauteur sous sinusienne est de l’ordre de 2 mm. Un volet osseux est individualisé à l’aide d’une fraise en zircone montée sur pièce à main. Le volet est retiré puis la membrane sinusienne est décollée délicatement sans perforation. Les forages sont réalisés et 6 implants Astra Tech Osseospeed (Dentsply Implants) sont positionnés (Figure 10). Les piliers prothétiques sont vissés dans les connectiques. L’espace délimité sous la membrane sinusienne est comblé à l’aide du gel obtenu contenant les cellules souches mésenchymateuses autologues (Figure 11).  Celle-ci est placée avant et après la mise en place des implants (Figure 12). Le volet osseux est ensuite repositionné (Figure 13). Un cone beam de contrôle permet de se rendre compte du volume obtenu immédiatement après le comblement (Figure 14). Les étapes prothétiques (empreinte implantaire et enregistrement des rapports intermaxillaires sont réalisés). A 48 heures postopératoires le bridge est vissé. A 6 mois postopératoires le bridge définitif céramo-métallique transvissé est réalisé (Figure 15,16 et 17). Les implants postérieurs parfaitement intégrés sont mis en charge par ce bridge. Un cone beam de contrôle à 3 mois est réalisé (Figure 18), il objective la minéralisation de la matrice de fibrine et la régénération osseuse. On note aussi une contraction de son volume jusqu’à l’apex des implants.

 

E. Discussion

La littérature actuelle attribue de nombreuses indications à l’utilisation des cellules souches dans le domaine de l’implantologie et plus précisément dans la régénération osseuse. En effet,  Rickers D. et coll ont réalisés chez 12 patients des greffes d’élévation sinusale bilatérales selon le concept du « split-mouth » en utilisant, d’un côté, une association de substitut osseux d’origine bovine (BioOss) et de cellules souche mésenchymateuses récoltées à partir de la crête iliaque postérieure, tandis que le BioOss a été mélangé avec de l’os autogène prélevé à partir de la zone rétromolaire pour être appliqué du coté controlatéral. Après trois mois de cicatrisation osseuse, des biopsies ont été réalisées au niveau des futurs sites implantaires. Les résultats de cette étude ont mis en évidence une formation osseuse supérieure avec du BioOss combiné aux cellules souches, même si l’association du BioOss avec de l’os autogène permet également d’induire une quantité suffisante d’os pour la mise en place d’implants stables. Ils en arrivent donc à la conclusion que l’utilisation de cellules souches mésenchymateuses associé au BioOss pourrait être une bonne alternative à l’utilisation des greffes autogènes dans les comblements sinusiens.  Des résultats favorables ont également été obtenus par Yamada Y. et coll qui utilisent les cellules souches mésenchymateuses associées au PRP en solution injectable, dans des augmentations sinusiennes selon la technique de Summers, réalisée simultanément à la pose des implants. Cette étude a été réalisée sur 23 patients et a obtenue des différences significatives entre les valeurs de volume osseux pré-opératoire et post-opératoire avec une augmentation moyenne de 6,1 mm. Cette technique permet donc d’obtenir une formation osseuse prévisible et suffisante en utilisant une technique de médecine régénérative peu invasive.  Meijer et coll, ont évalué l’intérêt des cellules souches combiné au PRP dans la régénération des défects osseux alvéolaires. A l’aide d’une étude réalisée sur 6 patients et après 6 mois de cicatrisation osseuse, l’analyse radiographique des sites traités révèle de meilleurs résultats dans le groupe d’étude et l’analyse histologique à mis en évidence un os bien vascularisé avec une architecture lamellaire bien établie alors que les sites témoins étaient encore immatures et composés d’os fibreux. L’utilisation des cellules souches a donc permis d’obtenir une régénération osseuse plus rapidement et de meilleur qualité que dans les groupes témoins.
Kinoshita et al. ont étudié l'effet des cellules souches et du PRP sur la formation osseuse dans les techniques de distraction alvéolaire chez 12 lapins. Une étude radiologique et morphométrique a été effectuée à 2, 3 et 4 semaines après la distraction. De meilleurs résultats ont été obtenus lorsque l'écartement a été infiltré par les cellules souche et le PRP qu’avec du sérum physiologique ou du PRP seul. Les cellules souches mésenchymateuses associée au PRP comme échafaudage ont donc déjà fait leurs preuves dans de nombreuses indications et permettent d’améliorer les résultats obtenus dans les différentes techniques de régénérations osseuses.
Des résultats similaires ont déjà été obtenus avec l’utilisation du PRF ou de la fibrine dans la reconstruction de défauts osseux. En effet de nombreuses publications font part de l’intérêt qu’apporte le PRF en termes de cicatrisation osseuse notamment lorsqu’il est utilisé seul, sans matériau dans des comblements de sinus par abord crestal (Diss et coll. 2008) ou latéral (Simonpieri et coll. 2011). Il serait donc intéressant d’étudier plus amplement les résultats qui pourraient être obtenus par l’association des cellules souches et du PRF dans les techniques de régénération osseuse à visée implantaire.

 

F. Conclusion

Les cellules souches mésenchymateuses autologues ont prouvé leur potentialité à stimuler la croissance osseuse dans des conditions difficiles. Leur utilisation parait constituer un nouvel arsenal thérapeutique dans les techniques de régénération osseuse. Il est certain que cette technique sera proposée dans le futur dans les grandes réhabilitations maxillaires et mandibulaires, en appoint des techniques de régénération osseuse déjà éprouvées.
La simplicité et l’efficacité de cette technique permettra dans le futur de reconstruire des défauts osseux majeurs en y apportant plus de prédictibilité. Les indications, les protocoles et leurs utilisations avec des adjuvants comme par exemple le PRF demandent à être amplement plus étudiés.

Conflits d’intérêt  Aucun conflit d’intérêt n’est à déclarer.

Légendes des images

Figure 1 : Panoramique initiale
Figure 2 : Cone beam initial
Figure 3 : Trocard pour pénétration tibiale
Figure 4 : trocard en place.
Figure 5 : Aspiration de la moelle osseuse
Figure 6 : fin de prélèvement
Figure 7 : Tube après centrifugation. Le surnageant contient les cellules souches concentrées
Figure 8 : Récupération du PRP
Figure 9 : Le gel est obtenu en ajoutant de chlorure de calcium. Il est prêt à être greffé dans le sinus
Figure 10 : Pose de 6 implants avec 2 comblements de sinus simultané
Figure 11 : Matrice de fibrine contant les cellules souches
Figure 12: Comblement uniquement réalisé avec la matrice de fibrine et les cellules souches
Figure 13: Repositionnement du volet osseux
Figure 14: Cone beam post-opératoire : mise en évidence du volume de fibrine
Figure 15: Contrôle clinique à 6 mois
Figure 16 : Bridge transvissé céramométallique
Figure 17 : Radiographie de contrôle
Figure 18 : Cone beam de contrôle à 3 mois

 

Bibliographie

Aghaloo TL, Moy PK. Which hard tissue augmentation techniques are the most successful in furnishing bony support for implant place- ment? Int J Oral Maxillofac Implants. 2007;22 Suppl:49-70.
Aquino R, De Rosa A, Lanza V, Tirino V, Laino L, Graziano A y cols. Human mandible bone defect repair by the grafting of dental pulp stem/progenitor cells and collagen sponge biocomplexes. Eur Cell Mater. 2009;18:75-83
Benatti BB, Silvério KG, Casati MZ, Sallum EA, Nociti FH Jr. Physiological features of periodontal regeneration and approaches for periodontal tissue engineering utilizing periodontal ligament cells. JBiosci Bioeng. 2007 ; 103(1) : 1-6.
Caplan AI. Mesenchymal stem cells. J Orthop Res. 1991;9:641-50
Diss A, Dohan DM, Mouhyi J, Mahler P. Osteotome sinus floor elevation using Choukroun's platelet-rich fibrin as grafting material: a 1-year prospective pilot study with microthreaded implants. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2008 May;105(5):572-9.
Hynes K, Menicanin D, Gronthos S, Bartold PM. Clinical utility of stem cells for periodontal regeneration. Periodontol 2000. 2012 ; 59(1) : 203-27.
Kinoshita K, Hibi H, Yamada Y, Ueda M. Promoted new bone for- mation in maxillary distraction osteogenesis using a tissue-engineered osteogenic material. J Craniofac Surg. 2008;19:80-7.
Langer R, Vacanti JP. Tissue engineering. Science. 1993 May 14 ; 260(5110) : 920-6
Meijer GJ, de Bruijn JD, Koole R, van Blitterswijk CA. Cell based bone tissue engineering in jaw defects. Biomaterials. 2008;29:3053- 61.
Owen, M. & Friedenstein, A.J. (1998) Stromal stem cells: marrow derived osteogenic precursors. Ciba Foundation Symposium 136: 42–60.
Pittenger, M.F., Mackay, A.M., Beck, C.B., Jaiswal, R.K., Douglas, R., Mosca, J.D., Moorman, M.A., Simonetti, D.W., Craig, S. & Marshak, D.R. (1999) Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science 284: 143– 147.
Rickert D, Sauerbier S, Nagursky H, Menne D, Vissink A, Rag- hoebar GM. Maxillary sinus floor elevation with bovine bone mine- ral combined with either autogenous bone or autogenous stem cells: a prospective randomized clinical trial. Clin Oral Implants Res. 2011;22:251-8.
Rickert D, Sauerbier S, Nagursky H, Menne D, Vissink A, Raghoebar GM. Maxillary sinus floor elevation with bovine bone mineral combined with either autogenous bone or autogenous stem cells: a prospective randomized clinical trial. Clin. Oral Impl. Res. 22, 2011; 251–258.
Simonpieri A, Choukroun J, Del Corso M, Sammartino G, Dohan Ehrenfest DM. Simultaneous sinus-lift and implantation using microthreaded implants and leukocyte- and platelet-rich fibrin as sole grafting material: a six-year experience. Implant Dent. 2011 Feb;20(1):2-12.
Smith A (2006) A glossary for stem-cell biology. Nature. 441:1060.
Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS y cols. Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science. 1998;282:1145-7.
Vacanti, J.P., Morse, M.A., Saltzman, W.M., Domb, A.J., Perez-Atayde, A. & Langer, R. (1988) Selec- tive cell transplantation using bioabsorbable artif- ical polymers as matrices. Journal of Pediatric Surgery 23: 3–9.
Yamada Y, Nakamura S, Ueda M, Ito K. Osteotome technique with injectable tissue-engineered bone and immediate implant placement by cell therapy. Clin. Oral Imp. Res. 24, 2013, 468–474
Yamada, Y., Ueda, M., Naiki, T., Takahashi, M., Hata, K. & Nagasaka, T. (2004) Autogenous injectable bone for regeneration with mesench- mal stem cells and platelet-rich plasma.-Tissue- engineered bone regeneration-. Tissue engineering 10: 955–964.