TiNOx coatings for endosseous implants: improving osseointegration.

1. LABORATOIRE DE
BIOMATERIAUX
Les revêtements de TiNOx
Ostéointégration et
Caractérisation bio-fonctionnelle
Stéphane Durual, PhD
Ecole de Médecine Dentaire, 19 Barthelemy Menn, 1205 Genève

2. Introduction
O
Ti
N
● Les revêtements TiNOx sont parfaitement biocompatibles,
antibactériens, extrêmement durs et résistants à la corrosion.

3. Structures cristallographiques
Titanium nitride
Titanium oxide
Jérôme Guillot, PhD thesis
Titanium dioxide
Titanium nitride oxide
Réseau cubique à face centrée

4. Introduction
O
Ti
N
● Ils sont facilement déposés par PVD sur des substrats
métalliques, minéraux ou organiques.

6. Introduction
O
Ti
N
● Du fait de leur grande résistance à l’usure et à la corrosion,
mais aussi grâce à leurs propriétés optiques,
ils sont utilisés…

7. Pour les outils chirurgicaux
Et les autres…

8. En horlogerie, coutellerie…

9. Introduction
O
Ti
N
● Dans le domaine biomédical

10. En orthopédie
En implantologie dentaire

11. Dans le domaine cardiovasculaire
Protection contre la resténose en
mimant l’effet du NO.
● des particules de NO ont été
détectées à la surface des
revêtements.
Circulation 2001, 104:928-933

12. Introduction
O
Ti
N
● Est-ce que ces revêtements peuvent avoir un effet sur
l’ostéointégration d’implants métalliques de différentes sortes
(acier, titane, CoCr) ?
● Depuis la paillasse jusqu’au bloc, nous avons étudié le
comportement biologique de ces revêtements.

13. x5000
x500
CPGIV-Ti-SLA
Ra 2.49 0.34µm
Ti
Ti
N
O
O
Ti
Ti
N
N
Ti-SLA-TiNOx
Ra 2.61 0.34µm
O
Ti
N
O
x5000
x500

14. J1
J7
J14

16. PROLIFERATION CELLULAIRE
O
Ti
Ti-SLA
Ti-SLA-TiNOx
N
2000
Mitochondrial deshydrogenases
Activity, % control (Ti J1)
1800
x 1.5
1600
1400
1200
1000
x 1.5
800
600
400
200
0
J1
J7
J14
J22

17. DIFFERENCIATION CELLULAIRE 1
CINETIQUE
Ti-SLA
J1
J7
J14
Ti-SLA-TiNOx
J21
J1
J7
J14 J21
ALP activity,
% control (Ti 50% conf)
β-actin
runx-2
ALP
OPG
OCN
bmp-2
TGF-β1
800
600
400
200
0
Confluence
Ti-SLA
50%
80%
50%
90%
Conf ++
2 sem
post-
Ti-SLA-TiNOx

18. DIFFERENCIATION CELLULAIRE 2
STIMULATION VIT.D
2 sem.
post-confluence
90% confluence
Ti-SLATi-SLA TiNOx
Ti-SLATi-SLA TiNOx
Vit D
β-actin
ALP
OCN
600
*
*
400
200
0
-
Ti
+
TiNO
- +
ALP activity,
% control (Ti uns.)
ALP activity,
% control (Ti uns.)
β-actin
ALP
OCN
Vit D
300
*
200
*
100
0
-
Ti
+
TiNO
- +

19. EFFET DE TINOx INDEPENDANT DU SUBSTRAT ?
SS-SLA
Ti-SLA
Mitochondrial dehydrogenases
activity, % TiJ1
PROLIFERATION CELLULAIRE
1600
1400
1200
x 1.5-2
1000
800
Ti-SLA
600
SS-SLA
x 1.7
400
SS-SLA-TiNOx
200
0
J1
J7
J14
J21

20. DIFFERENCIATION CELLULAIRE
CINETIQUE
Ti-SLA
β-actin
J1
J7
J14
SS-SLA-TiNOx
J21
J1
J7
J14 J21
runx-2
ALP
OPG
bmp-2
OPN
STIMULATION VIT.D
2 sem.
post-confluence
90% confluence
Ti-SLA
SS-SLATiNOx
Ti-SLA
SS-SLATiNOx
β-actin
ALP
OCN
Vit D
-
+
-
+
-
+
-
+

21. CCL 1 in vitro
●TiNOx augmente la prolifération des ostéoblastes primaires
● Maintien d’un degré de différenciation élevé
● Effet indépendant du substrat:
● Ces résultats pourraient se traduire par une meilleure ostéointégration
d’implants revêtus in vivo
● Travaux publiés: - Clin. Oral. Impl. Res. 2011 (22): p552-559;
- Bio-Medical and Materials Engineering 2012 (22): p277-281.

23. x8
Ti-SLA
Ti-SLA
Ti-SLA-TiNOx
CoCr-SLA-TiNOx
Ra moy 2.5µm
Morphologie similaire
Ti-SLA-TiNOx
CoCr-SLA-TiNOx

25. 2 Ti-SLA
2 Ti-SLA-TiNOx
2 CrCo-SLA-TiNOx

27. 12wks
2 wks
4 wk
1

28. 2 wk
12wks
1 wks
4 wks

29. Sur Ti-SLA, Ti-SLA-TiNOx, CoCr-SLA-TiNOx
1
2
4
12
wks
500µm
● Ostéointégration rapide
● Initiée à partir de débris osseux et/ou de larges portions de vieil os
dès la première semaine
● Dès la 2ème semaine, un réseau trabecullaire primaire se développe
et des dépôts de tissu ostéoïde sont visibles à la surface des implants

30. 2 semaines, Ti-SLA-TiNOx

32. ● Sur les revêtements TiNOx,
déposés sur Ti ou CoCr,
le NBIC est 1.8 fois plus
élevé après 2 semaines.

33. CCL 2
● Les revêtementsTiNOx augmentent l’ostéointégration du Ti-SLA durant
le 1er mois de cicatrisation
Cela pourrait se traduire par une amélioration
de la stabilité primaire des implants
● Résultats similaires sur CoCr-SLA
Les revêtements TiNOx pourraient permettre l’utilisation du CoCr
pour la fabrication d’implants
Avantages: diamètre réduit, propriétés mécaniques identiques
par rapport aux implants Ti standards
● Des tests à plus long terme, sur des implants fonctionnels, ainsi qu’une
caractérisation poussée des revêtements sont nécessaires pour confirmer
ces résultats.
● Travaux publiés dans Bone 2013 (52): p230-237

34. Remerciements
● Tous les membres de l’équipe Biomat: Maria, Susanne, Anna, Fabienne,
Mira, Philippe, Jean, Giovanni & Anselm.
● O Banakh, P Jeanneret, IMA-ARC
● Pierre Fontana, Hémostase, HUG
● M. Mekki, société Hexacath.
● Tous les membres de l’équipe chirex du Pr Denis Morel.
● La fondation ITI (Basel, CH), grant 659-2009.
● FNS, grant CR32I2_137739/1