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Rôle des solvants dans les systèmes adhésifs amélo-dentinaires

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L’adhésion aux tissus dentaires minéralisés est considérée comme l’une des grandes révolutions de la dentisterie contemporaine [1]. Si l’adhésion à l’émail est parfaitement maîtrisée depuis ses débuts en 1955 [2], l’adhésion à la dentine, décrite beaucoup plus tardivement [3], reste plus sensible, difficile à obtenir et à pérenniser dans le temps. Cette difficulté provient d’une organisation et d’une composition totalement différente entre ces deux tissus. Alors que l’adhésion à l’émail s’obtient par la réalisation de microrugosités dans sa structure en prismes, constituée à 97 % en poids de minéral, l’adhésion à la dentine repose sur la formation d’une zone d’interpénétration de deux réseaux présentant des caractéristiques chimiques antagonistes.

BMC 2-2017 : Rôle des solvants dans les systèmes adhésifs amélo-dentinaires from Espace ID on Vimeo.

Structure et composition de la dentine : un challenge pour l’adhésion

La dentine est composée (en poids) :
– d’une phase minérale à 70 %, majoritairement constituée d’hydroxyapatite ;
– d’une phase organique, très riche en collagène, pour 20 %. Le collagène est organisé sous forme d’un réseau, souple et déformable, dont les caractéristiques mécaniques sont améliorées par l’hydroxyapatite de la phase minérale ;
– d’eau à 10 %. Cette phase aqueuse se divise elle-même en eau libre dans le tissu et eau liée, qui fait partie intégrante de la structure du tissu dentinaire.
Dans cet environnement riche en eau, les cliniciens tentent chaque jour de coller des matériaux composites, à base de polymères, qui présentent un très fort caractère hydrophobe. Sur quelle technologie se fonde l’adhésion à la dentine pour pouvoir réaliser cette prouesse au quotidien ?

Adhésion à la dentine

L’adhésion à la dentine est décrite depuis 1982 [3] (la couche hybride n’est décrite en tant que telle que trois ans plus tard [4]). Elle repose sur le prétraitement de la dentine par de l’acide orthophosphorique. Ce
mordançage élimine la phase minérale de la dentine et laisse apparaître le collagène sous forme d’un réseau de fibres.
L’objectif est alors d’infiltrer ce réseau par un polymère. Malheureusement, les polymères sont des structures hydrophobes ; il est donc difficile d’obtenir une bonne imprégnation du réseau de collagène par des polymères.
La stratégie pour obtenir une adhésion efficace à la dentine repose sur l’utilisation de monomères hydrophiles [5, 6]. Ce sont des molécules amphiphiles qui possèdent un groupement fonctionnel hydrophile et une partie hydrophobe.
Le caractère hydrophile de ces molécules leur permet de pénétrer au sein du réseau de collagène, dans les espaces interfibrillaires. Une fois cette imprégnation réalisée, il est possible de polymériser ces molécules in situ.
La structure tridimensionnelle ainsi obtenue est appelée couche hybride. C‘est une interphase, ou zone d’interpénétration du réseau de fibres de collagène et du réseau de polymère. C’est elle qui assure l’adhésion des composites à la dentine.
Malheureusement, une imprégnation n’est pas directement possible.
En effet, le réseau de collagène n’est accessible que s’il est hydraté. Lorsqu’il est desséché, on observe un collapsus et il ne peut plus être imprégné. Le défi consiste à imprégner le réseau de collagène de monomères hydrophiles et à éliminer l’eau tout en évitant un collapsus des fibres de collagène, et ce simultanément.

Intérêts des solvants

Les solvants permettent l’imprégnation du réseau de collagène, riche en eau, par les monomères hydrophiles et l’élimination de l’eau, en évitant le collapsus.
Lors de leur mise en place, ils repoussent une grande partie de l’eau contenue dans les espaces interfibrillaires. Puis, lors du séchage, ils s’évaporent en même temps que l’eau, laissant apparaître un réseau de collagène riche en monomères, sans effondrement [5].

Cet effet « chasse » peut être observé en laboratoire, comme le montre la vidéo.

Dans cette dernière, de l’eau colorée en bleu a été disposée sur une plaque de verre rétroéclairée à l’horizontale. Les limites de l’étalement de la flaque sont visibles sur les bords de l’image à gauche et à droite.
Une goutte de primaire d’adhésion (OptiBond FL, primer, Kerr) est déposée à la surface.
Les solvants contenus dans ce primaire sont de l’eau et de l’éthanol. Sa composition est présentée le tableau 1.
De manière très rapide, l’eau est repoussée du centre de la plaque vers l’extérieur.
Le centre de la plaque est riche en éthanol et monomères hydrophiles avec une absence totale d’eau colorée. Cette zone ne comporte que l’eau initialement contenue dans le primaire.
Autour de cette zone « blanche » se forme une auréole qui correspond à une zone de miscibilité entre le primer et l’eau colorée. Le plan resserré sur cette zone montre des mouvements de fluides et la formation de gouttelettes d’eau formées par la différence de miscibilité entre l’éthanol, l’eau et les monomères.
Au fur et à mesure de l’ajout de gouttes de primaire, la zone blanche centrale s’agrandit, l’eau étant repoussée un peu plus à chaque fois.
Au sein de l’auréole, on observe une accélération du mouvement des fluides, avec la formation de tourbillons : des gouttelettes d’eau roulent sur elles-mêmes, jusqu’à arrêt de l’apport de nouvelles gouttes de primaire.
Les primaires d’adhésion permettent donc de chasser l’eau, y compris à grande échelle.
Vient ensuite l’étape du séchage qui permet l’élimination de l’eau résiduelle et des solvants, laissant apparaître un réseau de collagène déminéralisé, imprégné de monomères hydrophiles, qu’il est possible de polymériser in situ. La couche hybride est créée.

Ethanol Wet Bonding

Il n’est malheureusement pas possible d’éliminer la totalité de l’eau présente dans le réseau de collagène déminéralisé. Des protocoles ont été proposés afin d’éliminer la totalité de l’eau présente dans le réseau de collagène. Cela peut être réalisé par l’application de solutions croissantes d’éthanol, aboutissant à la saturation du réseau en éthanol. Cette super saturation permet une meilleure imprégnation par les monomères hydrophiles, créant une couche hybride plus performante mécaniquement, plus étanche et plus résistante à la dégradation.
Malheureusement, ces protocoles dits « Ethanol Wet Bonding » ajoutent un temps à l’étape d’adhésion et ils semblent difficiles à mettre en place cliniquement.

Conclusion

Les solvants ont un rôle majeur dans la composition des adhésifs amélo-dentinaire. Ils permettent à la fois de chasser l’eau contenue dans le réseau de collagène, d’imprégner ce réseau de monomères hydrophiles et de s’évaporer en laissant derrière eux un substrat prêt à copolymériser avec les matériaux de restaurations composites.

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