Brevet FR2767696A1 — publié le 19990305

La présente invention a pour objet l'utilisation de composés anti-oxydants et/ou porteurs de groupements thiol en tant que substances destinées à réduire la toxicité des biomatériaux comprenant une matrice polymère. Les biomatériaux servent notamment à fabriquer des prothèses, des organes artificiels implantables ou non, des matériaux de restauration, de collage, de scellement. II peut s'agir de métaux, de céramique, de polymères, de dérivés du carbone et de dispositifs médicaux qu'il convient souvent de sceller. Les biomatériaux doivent être tolérés par l'organisme et ne pas présenter d'effets toxiques pour ce même organisme. Or, il est apparu que les biomatériaux comprenant une matrice polymère sont susceptibles d'entraîner des effets toxiques indésirables. Les auteurs de la présente invention ont montré en particulier que les ciments verre-ionomère (CVI), notamment les CVI modifiés par des résines (CVI-résines), disponibles sur le marché des produits dentaires présentaient parfois de tels effets toxiques, caractérisés par une apoptose des cellules pulpaires pouvant conduire à la destruction de la pulpe dentaire à moyen terme. Les CVI se composent d'une charge d'aluminosilicate et d'une matrice polymère portant des groupes chargés négativement (ionomère). La matrice polymère des CVI conventionnels peut être notamment l'acide polyacrylique. La polymérisation est induite par un initiateur chimique. Dans les CVI-résines des générations suivantes, la matrice polymère est constituée par un copolymère formé par des motifs polymères monomères généralement dérivés de l'acide polyacrylique et des motifs polymères d'une résine généralement de type polyméthacrylate obtenue par polymérisation in situ de monomères d'acide méthacrylique, le copolymére étant en outre réticulé. Le durcissement de ces CVI-résines est obtenu uniquement par photopolymérisation. La désignation "CVI" ci-après se réfère aussi bien aux CVI conventionnels chémopolymérisants qu'aux CVI-résines photopolymérisants. De manière générale, la charge est présentée au praticien sous forme de poudre et la matrice sous forme liquide, à mélanger à la poudre extemporanément. L'ensemble de la charge et de la matrice peut être également présenté sous la forme de capsules prédosées activables à l'aide de vibreurs. Dans le domaine de la dentisterie, les CVI constituent des matériaux de choix en tant que: - ciments de scellement de pièces prothétiques, - fonds protecteurs sous les composites et les amalgames d'argent dans les cavités profondes, -biomatériaux de restauration, tant en dentisterie pédiatrique que gériatrique. Les CVI, et en particulier les CVI-résines, présentent de nombreux avantages. Ils ont un assez bon pouvoir d'adhésion aux parois dentinaires et cémentaires, ce qui limite l'aménagement par fraisage des préparations par le praticien. Après une phase de contraction de prise et de fissuration, les CVI-résines se chargent en eau, à partir de la salive et/ou de l'eau libre des tissus dentaires et présentent une expansion. Ils occupent alors tout le volume utile, devenant homogènes, sans que des fissures ou des craquelures apparaissent. Ils sont donc relativement étanches. Les CVI présentent l'avantage de libérer des fluorures de façon continue. De ce fait, ils sont susceptibles de contrôler la colonisation bactérienne à l'interface entre la dent et le biomatériau. Leur potentiel de prévention de la récidive de carie est au cceur de l'intérêt des praticiens. Les CVI peuvent se recharger en fluorures, du simple fait de l'usage de bains de bouches ou de pâtes dentifrices fluorés. Leur pouvoir bactériostatique et donc cariostatique peut être maintenu au cours du temps. Ceci implique qu'il n'est pas nécessaire de les changer pour maintenir cette action de prévention. Les CVI sont enfin d'un emploi aisé en clinique. Ces diverses propriétés et qualités rendent les CVI, et notamment les CVI-résines, particulièrement intéressants pour la réduction des pathologies carieuses des populations de pays en voie de développement. La mise en place de tels produits après fraisage minimal peut en effet être effectuée par des infirmiers ou par des personnels de santé n'ayant pas suivi le cursus d'études de chirurgie dentaire, mais étant simplement formés à ces tâches de prévention/obturation. Cette dentisterie minimale atraumatique est appelée à un grand avenir dans les pays en voie de développement. Les auteurs de la présente invention ont mis en évidence que les CVI, lors de leur prise initiale et dans les jours qui suivent, peuvent être à l'origine d'effets toxiques sur les tissus pulpaires, en particulier par la libération de composés toxiques tels que les composants acides et les monomères résiduels entrant dans la composition des CVIrésines. In vivo, la dentine, sur laquelle les CVI sont appliqués, joue un rôle de barrière vis-à-vis de ces composants toxiques et protège ainsi les tissus pulpaires. Cependant cette protection n'est assurée que lorsque la couche de dentine est suffisamment épaisse, à savoir d'au moins 1 mm. Or, il est impossible, avant une opération de chirurgie dentaire, d'évaluer l'épaisseur résiduelle de dentine. En outre, dans le cas des caries profondes, la couche de dentine résiduelle est extrêmement mince, voire inexistante. Eu égard aux nombreux avantages que confèrent ces biomatériaux, la réduction de la cytotoxicité dont ils sont responsables représente un enjeu majeur pour le développement de ceux-ci. Afin de contrer la toxicité connue des monomères utilisés, il a été proposé de prépolymériser le monomère pendant la fabrication des CVI-résines (Wilson et al, The International Journal of Prosthodentics, 1990, vol. 3, n.5, pp 425-429). Cependant cette solution n'est pas satisfaisante car les CVI-résines ainsi obtenus présentent des groupements insaturés eux-mêmes nocifs. Les auteurs de la présente invention ont découvert de manière surprenante qu'une réduction considérable des effets toxiques induits par les biomatériaux comprenant une matrice polymère était obtenue en utilisant au moins un composé choisi parmi la classe des antioxydants et/ou des composés porteurs de groupements thiol. La présente invention a donc pour objet l'utilisation d'au moins un composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol en tant que substance destinée à réduire la toxicité des biomatériaux comprenant une matrice polymère. Par "matrice polymère", on entend une matrice constituée par un polymère déjà formé ou les composants, tels que des monomères, destinés à former un polymère par polymérisation, ladite polymérisation étant généralement réalisée in situ. La présente invention a donc également pour objet l'utilisation de composés anti-oxydants et/ou porteurs de groupements thiol en tant que substances destinées à réduire la toxicité des biomatériaux comprenant une matrice polymère obtenue par polymérisation de monomères in situ. Par "anti-oxydant", on entend tout composé capable de piéger des radicaux libres. Ces composés actifs sur la réduction de la cytotoxicité induite par les biomatériaux comprenant une matrice polymère peuvent être utilisés seuls ou en mélange. Parmi ceux-ci, les antioxydants comportant un ou plusieurs groupements thiol sont particulièrement préférés. Le glutathion réduit, qui se trouve présent à l'état naturel dans les cellules, et la N-acétyl cystéine, qui est un acide aminé acétylé, se sont révélés particulièrement efficaces pour réduire la toxicité cellulaire. Lesdits biomatériaux comprenant une matrice polymère peuvent être tout biomatériau comprenant une matrice polymère utile en chirurgie orthopédique ou dentaire, et en particulier des produits de restauration de substances dentaires tels que notamment des ciments verre-ionomère (CVI), en particulier des CVI-résines, des adhésifs amélodentinaires, des promoteurs d'adhésion, des colles et des résines composites. Ledit composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol utilisé conformément à l'invention peut être appliqué simultanément avec ledit biomatériau comprenant une matrice polymère. II peut être également appliqué de manière séquentielle, par adsorption sur la surface nécessitant un tel traitement, préalablement à l'application dudit biomatériau, eV ou éventuellement mélangé à un agent de préparation de surface. La présente invention a également pour objet une composition de biomatériau comprenant au moins un composé antioxydant et/ou porteur de groupements thiol et un biomatériau comprenant une matrice polymère. Dans le cas des CVI-résines, ledit compose anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol peut être ajouté de manière avantageuse à la phase liquide contenant le monomère à polymériser pour former la résine. La présente invention a également pour objet une composition destinée à réduire la toxicité d'un biomatériau comprenant une matrice polymère, ladite composition comprenant au moins un composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol, et un agent de préparation de surface. En chirurgie dentaire, cet agent de préparation de surface, appelé aussi "primer", peut être notamment de l'acide polyacrylique à 10%. Il est appliqué sur les parois de la cavité à obturer et permet d'éliminer la couche de débris résiduels, et d'améliorer l'adhésion des biomatériaux sur les surfaces dentaires. Cet agent de préparation de surface, pouvant avoir un pH très bas, peut exercer aussi une action de mordançage. II est également possible d'adsorber ledit composé antioxydant et/ou porteur de groupements thiol sur la surface en contact avec le biomatériau. En chirurgie dentaire, ledit composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol peut donc être adsorbé sur les parois de la cavité à obturer avant application du biomatériau, qui peut être notamment un CVI, en particulier un CVI-résine. La présente invention a également pour objet un kit utile en chirurgie orthopédique ou dentaire comprenant - un premier récipient contenant au moins un composé antioxydant et/ou porteur de groupements thiol; - un deuxième récipient contenant soit un biomatériau comprenant une matrice polymère soit un agent de préparation de surface; et - éventuellement un troisième récipient contenant un agent de préparation de surface. La présente invention a également pour objet une méthode de traitement chirurgicale et/ou thérapeutique comprenant les étapes consistant à: - appliquer sur la surface de l'organisme nécessitant un tel traitement une composition de biomatériau comprenant au moins un composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol et un biomatériau comprenant une matrice polymère; - et/ou adsorber sur la surface de l'organisme nécessitant un tel traitement au moins un composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol puis appliquer un biomatériau comprenant une matrice polymère; -et/ou appliquer sur la surface de l'organisme nécessitant un tel traitement une composition comprenant au moins un composé antioxydant et/ou porteur de groupements thiol et un agent de préparation de surface, puis un biomatériau comprenant une matrice polymère. Les exemples et figures suivants illustrent l'invention sans la limiter. Légende des figures: La figure 1 représente le pourcentage de viabilité in vitro des fibroblastes dermiques humains (fig. 1A) et des cellules pulpaires humaines (fig. 1 B) en présence de CVI, en fonction de la concentration en giutathion réduit (GSH), par rapport aux cellules témoins sans CVI ni antioxydant inhibiteur. La figure 2 représente le pourcentage de viabilité in vitro des fibroblastes dermiques humains (fig. 2A) et des cellules pulpaires humaines (fig. 2B) en présence de CVI, en fonction de la concentration en N-acétyl cystéine (NAC) par rapport aux cellules témoins sans CVI ni antioxydant inhibiteur. EXEMPLE 1: Effet inhibiteur du glutathion réduit sur la toxicité cellulaire induite par les CVI. a. Matériels et Méthodes: PréParation des cultures cellulaires: La cytotoxicité des biomatériaux a été évaluée par un test "MTT" sur des fibroblastes humains in vitro d'une part et sur des cellules pulpaires humaines in vitro d'autre part. Ce test "MTT" est un test colorimétrique basé sur la quantification des déshydrogénases mitochondriales, enzymes signant la viabilité cellulaire. Les cellules pulpaires ont été obtenues à partir de cultures d'explants pulpaires de donneurs sains. II s'agit là de "déchets hospitaliers", obtenus après extraction de germes de dents de sagesse ou de prémolaires, les extractions de ces dents entrant dans le cadre habituel de traitements orthodontiques. PréParation des pastilles de CVI dans des conditions standardisées: Les CVI sont photopolymérisés dans des conditions standardisées selon le protocole défini par les fabricants. La taille des échantillons obtenus est également contrôlée, du fait de l'utilisation d'un moule en silicone permettant la préparation d'une série d'échantillons ne variant pas en taille. Le volume et la prise des échantillons de chaque ciment étant ainsi bien définis, ces échantillons photopolymérisés sont placés dans le milieu dé culture à des temps différents et pour des durées déterminées de façon à établir une cinétique de diffusion des produits libérés par ces biomatériaux. La concentration du milieu de culture contenant l'élut est également contrôlée. Mis en présence des cultures cellulaires, les éluats interagissent avec elles. La viabilité des cellules pulpaires est traduite par le test colorimétrique au MTT. Différents CVI-résines ont été évalués pour leur toxicité: - le VitremerB (3M), -leFuji II LC (GC Int.) - le Compoglass(E) (Vivadent), et - le Photac Fil2) (ESPE) Ces différents CVI ont été choisis du fait de leur très grande utilisation par des chirurgiens-dentistes. Effets du alutathion réduit: Les cellules soumises à l'action d'éluats des biomatériaux évalués sont cultivées en présence ou en l'absence de glutathion réduit. b. Résultats: L'effet protecteur du glutathion réduit (GSH) sur la toxicité des CVI testés sur des fibroblastes dermiques humains et sur des cellules pulpaires humaines est évalué par l'augmentation de viabilité cellulaire exprimée par le pourcentage de viabilité des cellules en présence de biomatériau et d'anti-oxydant par rapport à la viabilité des cellules en présence de biomatériau mais sans anti-oxydant (tableau 1). Les expériences ont été réalisées trois fois et les résultats ont été confirmés. Tableau I : Effet protecteur du GSH (10 mM) sur la cytotoxicité des CVI Augmentation de la viabilité cellulaire (pourcentage de la viabilité cellulaire par rapport aux cellules avec CVI seul) CVI fibroblastes cellules pulpaires Vitremert 24,5~ 6 34,8+ 1 5 Fuji II LC 203+5,6 48,6+09 Photac-fil 220+5,6 nd Compoglass(E) nd 61,2+62 nd = non déterminé En présence de GSH, le pourcentage de cellules vivantes est plus grand qu'en l'absence de GSH. Les membranes cellulaires sont intactes, et le cytoplasme de ces cellules est clair. Les résultats obtenus permettent de conclure que les effets cytotoxiques des CVI photopolymérisants - effets liés à la libération de molécules toxiques pour les cellules humaines pulpaires et dermiques en culture - peuvent être réduits jusqu'à 48 % de la valeur initiale pour le Fuji II LC8 et 61 % pour le Compoglass quand on ajoute le GSH à l'éluat obtenu à partir du CVI étudié. Les figures 1A et 1B montrent que l'effet réducteur de cytotoxicité est obtenu pour des doses de GSH comprises entre 1 et 10 mM. EXEMPLE 2: Effet inhibiteur de la N-acétyl cystéine sur la toxicité cellulaire induite par les CVI. a. Matériels et Méthodes: Des expériences identiques à celles menées.avec le GSH sont réalisées avec la N-acétyl cystéine (NAC). Les matériels et méthodes sont identiques à ceux décrits à l'exemple 1. b. Résultats: L'effet protecteur de la N-acétyl cystéine (NAC) sur la toxicité des CVI testés sur des fibroblastes dermiques humains et sur des cellules pulpaires humaines est évalué par l'augmentation de viabilité cellulaire exprimée par le pourcentage de viabilité des cellules en présence de biomatériau et d'anti-oxydant par rapport à la viabilité des cellules en présence de biomatériau mais sans anti-oxydant (tableau 11). Les expériences ont été réalisées trois fois et les résultats ont été confirmés. Tableau II . Effet protecteur de la NAC (30 mM) sur la cytotoxicité des CVI Augmentation de la viabilité cellulaire (pourcentage de la viabilité cellulaire par rapport aux cellules avec CVI seul) CVI fibroblastes cellules pulpaires VitremerS) 324+5 20,7#7 Fuji II LC 43, +3,6 nd Photac-filE 14,7+ 2,9 nd Compoglass# 92+8 nd nd = non déterminé Les figures 2A et 2B montrent que l'effet réducteur de cytotoxicité est obtenu pour des doses de NAC comprises entre 0,1 et 30 mM. Les exemples 1 et 2 montrent l'effet inhibiteur du GSH et de la NAC sur la cytotoxicité induite par les CVI. Ces deux composés présentant une parfaite innocuité pour l'organisme, ils sont particulièrement utiles pour améliorer la biocompatibilité des biomatériaux comprenant une matrice polymère utilisés en dentisterie ou en orthopédie générale. REVENDICATIONS 1. Utilisation d'au moins un composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol en tant que substance destinée à réduire la toxicité d'un biomatériau comprenant une matrice polymère. 2. Utilisation selon la revendication 1, dans laquelle ledit biomatériau comprend une matrice polymère obtenue par polymérisation de monomères in situ. 3. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit composé anti-oxydant est le glutathion réduit ou la N-acétyl cystéine. 4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit biomatériau est choisi parmi un ciment verre-ionomère (CVI), un adhésif amélo-dentinaire, et une résine composite. 5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle ledit biomatériau est un CVI-résine. 6. Composition de biomatériau comprenant au moins un composé anti-oxydant etlou porteur de groupements thiol et un biomatériau comprenant une matrice polymère. 7. Composition selon la revendication 6 dans laquelle ledit biomatériau comprend une matrice polymère obtenue par polymérisation de monoméres in situ. 8. Composition selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 dans laquelle ledit biomatériau est choisi parmi un ciment verreionomère (CVI), un adhésif amélo-dentinaire, et une résine composite. 9. Composition selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 dans laquelle ledit biomatériau est un CVI-résine. 10. Composition destinée à réduire la toxicité d'un biomatériau comprenant une matrice polymère, ladite composition comprenant au moins un composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol, et un agent de préparation de surface. 11. Composition selon l'une quelconque des revendications 6 à 10 dans laquelle ledit composé anti-oxydant est le glutathion réduit ou la N-acétyl cystéine ou un mélange de glutathion réduit et de N-acétyl cystéine. 12. Kit utile en chirurgie orthopédique ou dentaire comprenant - un premier récipient contenant au moins un composé antioxydant et/ou porteur de groupements thiol; - un deuxième récipient contenant soit un biomatériau comprenant une matrice polymère soit un agent de préparation de surface; et - éventuellement un troisième récipient contenant un agent de préparation de surface. 13. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle ledit composé anti-oxydant et/ou porteur de groupements thiol est sous la forme d'une composition selon l'une quelconque des revendications 6 à Il.