High porosity 3D printed titanium mesh allows better bone regeneration

Rui Ma, Qian Liu, Libo Zhou, Lingxiao Wang

Lien vers le texte complet : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36604677/

High porosity 3D printed titanium mesh allows better bone regeneration

1. Référence scientifique

• Titre de l’étude : High porosity 3D printed titanium mesh allows better bone regeneration
• Auteurs : Rui Ma, Qian Liu, Libo Zhou, Lingxiao Wang
• Journal scientifique : BMC Oral Health
• Année de publication : 2023
• DOI : 10.1186/s12903-023-02717-5

2. Contexte scientifique

La reconstruction d’un volume osseux insuffisant constitue un enjeu majeur lorsque des défauts alvéolaires horizontaux ou verticaux compromettent la prise en charge implantaire. Les treillis en titane peuvent assurer le maintien mécanique de l’espace nécessaire à la régénération osseuse, mais leur conception ne se limite pas à leur rigidité. L’épaisseur, la géométrie des pores et leur proportion dans la structure peuvent également intervenir dans l’équilibre entre stabilité mécanique et environnement favorable à la néoformation osseuse.

L’impression 3D associée à une conception CAD/CAM permet désormais de fabriquer des treillis personnalisés adaptés à l’anatomie du défaut. Dans ce contexte, la porosité devient un paramètre de conception particulièrement intéressant. Les auteurs soulignent cependant que son influence a été moins étudiée que d’autres caractéristiques du treillis. Leur travail cherche donc à isoler ce paramètre afin d’en évaluer les conséquences sur la régénération osseuse dans un modèle préclinique de défaut alvéolaire.

3. Objectif de l’étude

L’objectif était de déterminer si la porosité d’un treillis en titane personnalisé imprimé en 3D modifie la qualité de la réparation d’un défaut osseux alvéolaire. Les chercheurs ont comparé trois architectures présentant respectivement 55 %, 62 % et 68 % de porosité, en conservant comparables les autres paramètres principaux du dispositif. L’étude devait ainsi fournir des éléments expérimentaux susceptibles d’orienter la conception future de treillis destinés à la chirurgie implantaire.

4. Méthodologie

Il s’agit d’une étude préclinique in vivo réalisée chez neuf chiens beagle. Après extraction des prémolaires mandibulaires et trois mois de cicatrisation, des défauts osseux standardisés ont été créés. Chaque animal recevait des sites attribués aux trois niveaux de porosité : faible (LP, 55 %), intermédiaire (MP, 62 %) et élevée (HP, 68 %). Les treillis personnalisés avaient une épaisseur de 0,4 mm et étaient fabriqués en titane de grade IV par procédé de fabrication additive. Une membrane Bio-Gide était également mise en place.

Trois animaux étaient évalués respectivement à 4, 8 et 12 semaines. L’analyse reposait notamment sur la micro-CT et l’histologie, avec mesure de paramètres de microarchitecture osseuse tels que Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp et BV/TV.

5. Résultats principaux

Les observations convergent vers une régénération plus favorable avec le treillis présentant la porosité la plus élevée parmi les configurations étudiées. En micro-CT, le groupe HP présentait globalement une épaisseur et un nombre de travées ainsi qu’une fraction de volume osseux supérieurs aux deux autres groupes, tandis que l’espacement trabéculaire était plus faible. Les différences rapportées étaient statistiquement significatives pour les comparaisons indiquées par les auteurs (p < 0,05).

L’histologie complète cette lecture : à 8 et 12 semaines, le nombre trabéculaire était supérieur dans le groupe HP. À 12 semaines, la fraction volumique osseuse était également supérieure dans ce groupe. Les images micro-CT présentées à la page 5 montrent parallèlement une progression de la reconstruction entre 4 et 12 semaines, particulièrement marquée avec la porosité de 68 %.

6. Analyse clinique

L’intérêt principal de ce travail réside moins dans la démonstration générale de l’utilité d’un treillis en titane que dans l’étude d’un paramètre précis de sa conception : la porosité. À caractéristiques comparables de matériau, d’épaisseur et de taille des pores, augmenter celle-ci de 55 % jusqu’à 68 % était associé, dans ce modèle, à une microarchitecture osseuse plus favorable.

Pour la chirurgie orale et la reconstruction osseuse pré-implantaire, cette observation est pertinente car la conception numérique d’un treillis ne devrait probablement pas être envisagée uniquement sous l’angle de son adaptation anatomique. Son architecture interne pourrait également contribuer aux conditions biologiques de la régénération.

Il serait toutefois incorrect de transformer le chiffre de 68 % en seuil clinique optimal. L’expérience ne compare que trois niveaux de porosité et a été menée chez l’animal. Les auteurs rappellent eux-mêmes qu’une porosité excessive peut compromettre les propriétés mécaniques de la structure. Le résultat doit donc être interprété comme l’identification d’une tendance favorable, dans l’intervalle expérimental testé, et non comme la validation d’un standard applicable directement aux patients.

7. Applications cliniques

Ces données intéressent principalement la régénération osseuse de défauts alvéolaires étendus en amont d’une réhabilitation implantaire. Elles sont également pertinentes pour le développement de treillis personnalisés intégrés à un flux numérique associant CBCT, conception CAD/CAM et fabrication additive.

L’étude suggère que l’optimisation d’un treillis personnalisé pourrait intégrer la porosité comme variable biologique et mécanique, au même titre que sa géométrie ou son épaisseur. Elle ne démontre toutefois pas chez l’être humain qu’une porosité de 68 % améliore les résultats cliniques, la stabilité des implants dentaires ou la survie implantaire. Ces critères n’ont pas été étudiés.

8. Niveau de preuve, limites et transparence

Le niveau de preuve reste celui d’une étude expérimentale préclinique animale. Neuf beagles seulement ont été étudiés et l’observation s’est arrêtée à 12 semaines. L’extrapolation directe à la reconstruction osseuse chez l’être humain doit donc rester prudente. Par ailleurs, trois valeurs de porosité seulement ont été testées ; l’étude ne permet pas d’établir une porosité optimale universelle.

Les auteurs signalent également que l’exposition du treillis personnalisé demeure une problématique et que le volume osseux effectivement obtenu peut différer du volume planifié.

Concernant la transparence, les auteurs déclarent ne pas avoir de conflit d’intérêts. L’étude a bénéficié de financements institutionnels et publics mentionnés dans l’article. Il est également à noter que Qian Liu est affilié à Digital Mesh Beijing Technology Co., Ltd. Cette affiliation est rapportée factuellement dans l’article et ne modifie pas la déclaration officielle d’absence de conflit d’intérêts.

9. Points clés de l’étude

• Type d’étude : étude préclinique in vivo sur modèle animal.
• Niveau de preuve : préclinique ; transposition clinique limitée.
• Population ou nombre d’études analysées : 9 chiens beagle.
• Nombre de patients ou d’implants : aucun patient humain ni implant dentaire évalué.
• Durée de suivi : évaluations à 4, 8 et 12 semaines.
• Critère principal évalué : régénération et microarchitecture osseuses autour de treillis présentant 55 %, 62 % ou 68 % de porosité.
• Résultat principal : la configuration à 68 % présentait globalement les paramètres de régénération osseuse les plus favorables parmi les trois porosités testées.
• Conclusion scientifique : dans l’intervalle étudié, une porosité plus élevée pourrait être avantageuse pour la réparation de défauts osseux de grande étendue.
• Limites éventuelles : modèle animal, faible effectif, observation maximale de 12 semaines et seulement trois niveaux de porosité comparés.

10. Impact scientifique

Cette étude apporte surtout une donnée de conception à la recherche sur les treillis en titane personnalisés. Elle montre expérimentalement que modifier la proportion d’espace poreux d’une structure imprimée en 3D peut s’accompagner de différences mesurables dans la formation et l’organisation du nouvel os.

Son apport est donc intéressant pour le développement d’une approche plus rationnelle de la fabrication additive en implantologie : la personnalisation ne concerne pas uniquement la forme externe du dispositif adaptée au défaut, mais potentiellement aussi son architecture. Les résultats micro-CT et histologiques concordants renforcent cette observation dans le modèle étudié.

Le travail ouvre néanmoins davantage une piste d’optimisation qu’il ne valide un protocole clinique. Des recherches complémentaires sont nécessaires pour préciser l’équilibre entre porosité, performances mécaniques, précision de l’augmentation osseuse et risque d’exposition du treillis, puis pour déterminer la pertinence de ces paramètres en situation clinique humaine.

11. Conclusion éditoriale

Cette étude préclinique met en évidence l’importance potentielle de la porosité dans la conception des treillis en titane personnalisés imprimés en 3D. Parmi les trois architectures évaluées, celle à 68 % de porosité est associée aux observations de régénération osseuse les plus favorables. Le résultat constitue une donnée intéressante pour l’ingénierie des dispositifs de reconstruction osseuse en implantologie, mais il ne permet ni de définir une porosité clinique optimale ni de prédire les résultats chez l’être humain sans validation supplémentaire.