Prima pagină » OsteoMac și rolul lor în eșecul timpuriu al implanturilor și al osteointegrării

OsteoMac și rolul lor în eșecul timpuriu al implanturilor și al osteointegrării

by admin
A close-up of a risk level Description automatically generated

Originally published in Compendium, an AEGIS Publications Property. All rights reserved.

OsteoMacs and Their Role in Early Implant Failure and Osseointegration by Richard M. Yang, DDS; Huzefa S. Talib, BDS; Richard J. Miron, DDS, MSc, PhD; and Thomas G. Wiedemann, MD, PhD, DDS. Originally published in Compendium of Continuing Education in Dentistry 43(10) Nov/Dec 2022. ©2022 AEGIS Publications, LLC. All rights reserved. Reprinted with permission of the publishers.


Despre autori:

Richard M. Yang, DDS

Oral and Maxillofacial Surgery Resident, Highland Hospital Alameda Health System, Oakland, California

Huzefa S. Talib, BDS, MFD RCSI, FFD RCSI (OSOM)

Clinical Associate Professor, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, New York University College of Dentistry, New York, New York; Diplomate, International Congress of Oral Implantologists

Richard J. Miron, DDS, MSc, PhD

Adjunct Faculty, Department of Periodontology, Nova Southeastern University, Fort Lauderdale, Florida; Adjunct Visiting Faculty, Department of Periodontology, University of Bern, Bern, Switzerland

Thomas G. Wiedemann, MD, PhD, DDS

Clinical Associate Professor, Department of Oral and Maxillofacial Surgery, New York University College of Dentistry, New York, New York; Fellow, European Board of Oral and Maxillofacial Surgery; Diplomate, International Congress of Oral Implantologists


Articol publicat în Actualități Stomatologice nr. 100/noiembrie 2023
Traducere și redactare: Lector. Univ. Blanka Petcu


Implanturile dentare au transformat stomatologia de la adoptarea lor pe scară largă în ultimii 25 ani, ceea ce s-a datorat în mare măsură ratelor ridicate de supraviețuire și flexibilității în reabilitarea funcției orale.1 Conform unui studiu recent realizat de iData Research, anual se plasează aproximativ 3 milioane de implanturi dentare numai în Statele Unite. Studiile au raportat o rată de supraviețuire a implanturilor de până la 95% sau rate de eșec sub 5%,1-3, eșecurile implantare fiind de obicei clasificate fie de stadiu incipient, fie de fază tardivă.

Eșecul precoce este definit ca având loc înainte sau în momentul conexiunii bontului, în timp ce eșecul tardiv are loc după încărcare.3 Cel mai frecvent motiv pentru apariția timpurie este eșecul la suprafața implantului în timpul osteointegrării osoase, în vreme ce eșecul tardiv al implantului este cauzat de creșterea osoasă ulterioară inadecvată sau infecția datorată unor factori sistemici sau locali.2-4 Într-un studiu prospectiv de cohortă pe o durată de 10 ani s-a estimat că eșecurile timpurii ale implanturilor reprezintă aproximativ 8% din pierderile totale ale implanturilor, în timp ce eșecurile implantare tardive constituie aproximativ 12%.2 În grupul eșecurilor precoce din studiul menționat principalul motiv al eșecului a fost lipsa osteointegrării (73,2%); cele mai reprezentative motive din grupa eșuărilor tardive au fost periimplantita (32%), suprasolicitarea (46,4%) și fractura implantului (6,2%).2

Proprietățile imunologice inflamatorii ale macrofagelor au fost documentate pe larg încă din secolul al XIX-lea, începând cu studiile despre mișcarea amiboidului și chemotaxia. Cu toate acestea, abia în anii 1960 au fost documentate diferite linii de macrofage cu proprietăți antiinflamatorii distincte.5 În prezent, dihotomia macrofagelor consă în faptul că ele se pot polariza între un rol inflamator (subtipul M1) și rolul pro-rezoluție/antiinflamator (subtipul M2) (fig. 1).

A diagram of a cell

Description automatically generated

Capacitatea de a polariza la un spectru întreg de macrofage care funcționează distinct și care reglează mediul imunologic pentru diferite sisteme de organe câștigă din ce în ce mai mult atenția clinicienilor și a oamenilor de știință. În special, s-a documentat că proporția dintre macrofagele M1 și M2 contribuie la diferite patologii în alveola pulmonară, ateromul arterial, vindecarea plăgilor și homeostazia osoasă și a făcut obiectul unui studiu intensiv în ultimul deceniu.6 De asemenea, există un subgrup de macrofage, numite macrofage osteale sau „OsteoMac”, care joacă un rol esențial de supraveghere imună în osteointegrarea implanturilor dentare și homeostazia osoasă periimplantară.7,8

Pe baza unei recenzii a literaturii de specialitate realizată de către autori, acest articol oferă o privire de ansamblu asupra înțelegerii actuale a macrofagelor OsteoMac și a rolului lor în eșecul timpuriu al implantului și al osteointegrării.


ROLUL OSTEOMAC ÎN OSTEOGENEZĂ

Creșterea inițială a volumului osos imediat după plasarea implantului, așa cum este raportată de către Jennissen, are loc în principal prin osteogeneză de contact și la distanță.9 Microambientul imunohistologic din jurul suprafeței implantului modulează o secvență de evenimente care implică reacție inflamatorie acută de corp străin, angiogeneză și, eventual, osteogeneză. Jennissen a observat macrofage cu citologie distinctă separate de osteoclaste și osteoblaste pe suprafața unui implant încă din a treia până la a cincea zi.9 Aceste „macrofage osteale” (OsteoMac) sunt tot mai recunoscute ca fiind un jucător esențial în hemostazia osoasă.

Alexander și colab. au raportat într-un model de leziuni tibiale de șoarece că macrofagul osos inflamator a persistat pe tot parcursul procesului de vindecare.10 Depleția suplimentară in vivo a macrofagului osos folosind un model de șoarece transgenic a scăzut capacitatea gazdei de a depune colagen de tip 1 și mineralizarea ulterioară a osteocitelor. Chang și colab. au raportat în studiile knockout in vitro pe șoareci o scădere de până la 23 de ori a potențialului de mineralizare atunci când macrofagele osoase au fost epuizate.11 Chehroudi și colab. au raportat macrofagele osoase care acoperă suprafețele implantului înainte de recrutarea osteoblastelor.12

Tot mai multe dovezi sugerează o funcție de reglare esențială a macrofagelor osoase în mediul osteogen al implantului în stadiu incipient, poate prin rolul lor de supraveghere imună (fig. 2).

A diagram of a biomarker

Description automatically generated

Deși mecanismele exacte nu sunt clare, se presupune că macrofagele osteale promovează osteogeneza prin inducerea condrocitelor, eliberând factori de creștere bioactivi (de exemplu, proteina morfogenetică osoasă-2; 1,25-dihidroxi-vitamina D3; factorul de creștere transformator-ß, etc) și modularea mediului imunitar local.13


OSTEOMAC ȘI EȘECUL TIMPURIU AL IMPLANTURILOR

Deși intenția acestui articol nu este de a examina proprietățile pleiotrope ale macrofagelor osteale, dovezile actuale le descriu ca fiind celule care prezintă un spectru larg de plasticitate funcțională și citologie celulară. 13,14 Stabilitatea primară în timpul stadiului incipient al osteointegrării implantului este asigurată de condițiile biologice ale osului vecin osteotomiei (stabilitatea biomecanică) și osteogeneza inițială, în timp ce stabilitatea secundară depinde în mare măsură de formarea osului la interfața os-implant realizată prin osteogeneză de contact și la distanță.2,3 Prin urmare, capacitatea condițiilor locale periimplantare pentru a favoriza un mediu osteogen este cheia pentru stabilitatea primară sau prevenirea eșecului precoce al implantului (fig. 2).

Remodelarea osoasă în jurul suprafeței de oxid de titan a unui implant urmează o secvență distinctă de evenimente care încep cu formarea cheagului, adsorbția proteinelor și infiltrarea macrofagelor.15,16  Aceste macrofage sunt celulele pioniere care colonizează acest nou mediu osos periimplantar și, prin urmare, pot juca un posibil rol important în definirea condițiilor osteogene cu proprietățile lor imunologice. Capacitatea macrofagelor osoase de a polariza între rolurile inflamatorii și antiinflamatorii poate fi mecanismul de reglare pentru controlul acestui microambient. În mod clasic, macrofagele osteale M1 eliberează citokine proinflamatorii, inclusiv interleukina (IL)-1, IL-12, factorul de necroză tumorală-α și metaloproteinazele matriceale. Macrofagele osteale M2 eliberează citokine de vindecare a plăgilor, inclusiv factorul de creștere transformator, factorul de creștere endotelial vascular, factorul de creștere derivat din trombocite, IL-4 și IL-10 (fig. 2).14-18


INFLUENȚA BIOMATERIALELOR ASUPRA POLARIZĂRII OSTEOMAC

Proprietățile suprafeței implantului au fost concepute pentru a minimiza reacțiile de corp străin și pentru a promova un mediu osteogen. Rayahin și Gemeinhart au rezumat diverse strategii ale biomaterialelor pentru a modula fenotipul macrofagului osos.15 Astfel de strategii sunt prezentate în fig. 3. Celulele gigantice multinucleare sunt semnul distinctiv al reacțiilor cu corpurile străine, deoarece macrofagele fuzionează unele cu altele pentru a crește capacitatea lor de a înghiți obiecte străine mari. Modularea dimensiunii suprafeței implantului cu proprietăți biodegradabile a demonstrat că favorizează macrofagul osteal M2. Champion și Mitragotri au raportat o curbură mai mare care depășește adesea capacitatea macrofagelor de a suferi remodelarea actinei citoscheletice, reducând astfel funcționalitatea M1.19 În mod clasic, suprafețele hidrofobe favorizează macrofagele osoase M1 inflamatorii, deoarece țesuturile asociază cu defavorabilitate suprafețele hidrofobe expuse.17,18 Alternativ, suprafețele hidrofile promovează fenotipul macrofagului M2. Chimia suprafeței implantului, capacitatea de a promova adsorbția proteinelor și rigiditatea substratului sunt toate aspecte importante care pot influența polarizarea macrofagelor osoase (fig. 3).

A screenshot of a computer screen

Description automatically generated

Pe scurt, biomaterialele pot crește proporțiile macrofagelor osteale M2 prin trei mecanisme: (1) polarizarea selectivă a macrofagelor OsteoMac native, (2) recrutarea directă a OsteoMac native cu polarizare ulterioară și (3) recrutarea directă a OsteoMac M2 embrionare existente.15,18


REZUMAT

Eșecul implantului dentar nu poate fi explicat întotdeauna prin factori de risc clinici. Literatura recentă sugerează că celulele imune sunt jucători esențiali în integrarea biomaterialelor și au o corelație în cadrul unui set de macrofage osteale cunoscute sub numele de „OsteoMac”. Se știe că aceste celule se polarizează rapid între o stare de vindecare a plăgilor M1 proinflamatoare și una M2 în timpul osteointegrării implantului. OsteoMac joacă un rol esențial de supraveghere imună în osteointegrarea vindecării implanturilor dentare și a homeostaziei osoase.

Această recenzie a avut scopul de a oferi o imagine de ansamblu asupra înțelegerii actuale a OsteoMac și a rolului lor în eșecul timpuriu al implantului și al osteointegrării. După ce au analizat literatura de specialitate, autorii au descoperit că OsteoMac M1 eliberează citokine inflamatorii, în timp ce OsteoMac M2 eliberează citokine de vindecare a plăgilor. OsteoMac M2 se asociază cu un volum osos periimplantar mai mare în jurul implanturilor stabile, în timp ce OsteoMac M1 sunt implicate în respingerea corpului străin.

Biomaterialele pot crește proporțiile M2 OsteoMac prin mai multe mecanisme. Anumite proprietăți ale biomaterialelor care favorizează OsteoMac M1 includ nanoparticulele netede, hidrofobe, hidroxilate și agenții bio-inductivi, în timp ce nanoparticulele aspre, poroase, hidrofile și pe bază de hidrocarburi favorizează OsteoMac M2. Vitamina D blochează eliberarea de citokine proinflamatorii din OsteoMac M2, iar deficiența acesteia este legată de eșecul timpuriu al implantului.

În concluzie, s-a raportat pe scară largă capacitatea OsteoMac de a polariza între diferite stări. Modularea proprietăților suprafeței biomaterialului și a sănătății celulelor imune pentru a favoriza o stare OsteoMac dorită este o ipoteză viabilă care poate explica biologia fazelor incipiente ale osteointegrării cu succes a implantului, dar poate fi și un motiv proeminent pentru eșecul timpuriu al implantului. Prin urmare, sunt justificate cercetările viitoare care optimizează starea lor.


CONCLUZII

Eforturile actuale de cercetare celulară de bază privind eșecul implanturilor pun accentul pe osteoclaste, osteoblaste și fibroblaste. Dovezile din ultimul deceniu s-au concentrat tot mai mult pe rolul macrofagelor osteale în modularea unui mediu osteogenic. Polarizarea macrofagelor osoase poate juca un rol esențial în conducerea citokinelor anabolice către reducerea inflamației nedorite și promovarea vindecării plăgilor. Interacțiunea macrofagelor osteale cu alți jucători celulari pentru a crea condiții osteogene favorabile cu siguranță justifică cercetările viitoare. Direcția macrofagelor osoase și modularea comportamentului lor de polarizare prin diferite modele de biomateriale pot fi un obiectiv terapeutic puternic pentru reducerea eșecului timpuriu al implantului.



Referințe bibliografice:

1. Oh SL, Shiau HJ, Reynolds MA. Survival of dental implants at sites after implant failure: a systematic review. J Prosthet Dent. 2020;123(1):54-60.

2. Manor Y, Oubaid S, Mardinger O, et al. Characteristics of early versus late implant failure: a retrospective study. J Oral Maxillofac Surg. 2009;67(12):2649-2652.

3. Olmedo-Gaya MV, Manzano-Moreno FJ, Cañaveral-Cavero E, et al. Risk factors associated with early implant failure: a 5-year retrospective clinical study. J Prosthet Dent. 2016;115(2):150-155.

4. Insua A, Monje A, Wang HL, Miron RJ. Basis of bone metabolism around dental implants during osseointegration and peri-implant bone loss. J Biomed Mater Res A. 2017;105(7):2075-2089.

5. Röszer T. What is an M2 macrophage? Historical overview of the macrophage polarization model. The Th1/Th2 and M1/M2 paradigm, the arginine fork. In: The M2 Macrophage. Progress in Inflammation Research. Vol 86. Springer; 2020:3-25.

6. Röszer T. Immune functions of the M2 macrophages: host defense, self-tolerance, and autoimmunity. In: The M2 Macrophage. Progress in Inflammation Research. Vol 86. Springer; 2020:115-132.

7. Miron RJ, Bosshardt DD. OsteoMacs: key players around bone biomaterials. Biomaterials. 2016;82:1-19.

8. Cho SW. Role of osteal macrophages in bone metabolism. J Pathol Transl Med. 2015;49(2):102-104.

9. Jennissen HP. A macrophage model of osseointegration. Curr Dir Biomed Eng. 2016;2(1):53-56.

10. Alexander KA, Chang MK, Maylin ER, et al. Osteal macrophages promote in vivo intramembranous bone healing in a mouse tibial injury model. J Bone Miner Res. 2011;26(7):1517-1532.

11. Chang MK, Raggatt LJ, Alexander KA, et al. Osteal tissue macrophages are intercalated throughout human and mouse bone lining tissues and regulate osteoblast function in vitro and in vivo. J Immunol. 2008;181(2):1232-1244.

12. Chehroudi B, Ghrebi S, Murakami H, et al. Bone formation on rough, but not polished, subcutaneously implanted Ti surfaces is preceded by macrophage accumulation. J Biomed Mater Res A. 2010;93(2):724-737.

13. Galdiero MR, Biswas SK, Mantovani A. Polarized activation of macrophages. In: Biswas SK, Mantovani A, eds. Macrophages: Biology and Role in Pathology of Diseases. Springer; 2014:37-57.

14. Röszer T. Mechanisms which control the size of M2 macrophage-dominated tissue macrophage niches. In: The M2 Macrophage. Progress in Inflammation Research. Vol 86. Springer; 2020:99-111.

15. Rayahin JE, Gemeinhart RA. Activation of macrophages in response to biomaterials. Results Probl Cell Differ. 2017;62:317-351.

16. Salehi G, Behnamghader A, Mozafari M. Cellular response to metal implants. In: Mozafari M, ed. Handbook of Biomaterials Biocompatibility. Elsevier; 2020:453-471.

17. Mutreja I, Ye Z, Aparicio C. Cell responses to titanium and titanium alloys. In: Mozafari M, ed. Handbook of Biomaterials Biocompatibility. Elsevier; 2020:423-452.

18. Barbosa JN, Vasconcelos DP. Macrophage response to biomaterials. In: Mozafari M, ed. Handbook of Biomaterials Biocompatibility. Elsevier; 2020:43-52.

19. Champion JA, Mitragotri S. Role of target geometry in phagocytosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006;103(13):4930-4934.

 

Articole Similare