Stratégies thérapeutiques associant un dérivé de la matrice amélaire pour favoriser la chirurgie parodontale régénératrice dans les défauts intra-osseux Combination strategies with an enamel matrix derivative to enhance regenerative periodontal surgery in intrabony defects

Introduction

Le traitement parodontal régénérateur a pour objectif de restaurer de façon prévisible les tissus parodontaux de support d’une dent (c’est-à-dire un nouveau ligament parodontal, un nouveau cément avec des fibres conjonctives s’insérant à la fois dans un cément et un os nouveaux) qui ont été perdus à cause d’une maladie parodontale ou d’un traumatisme dentaire (Karring et al., ²⁰⁰³). Les traitements parodontaux non chirurgical et chirurgical conventionnels conduisent généralement avec succès à des résultats cliniques tels que la réduction de la profondeur de poche et un gain d’attache clinique mais, histologiquement, la cicatrisation est caractérisée par un épithélium de jonction long situé le long des surfaces radiculaires traitées et par l’absence de cément et de ligament parodontal néoformés (Caton et Greenstein, ¹⁹⁹³). Bien que, parfois, le traitement parodontal conventionnel puisse conduire à une néoformation osseuse ou à une reminéralisation, les études histologiques montrent que dans la plupart des cas, on obtient un revêtement épithélial interposé entre la surface radiculaire et l’os alvéolaire (Caton et Greenstein, ¹⁹⁹³). Plusieurs modalités thérapeutiques, telles que l’utilisation de différents types de greffes osseuses, la déminéralisation de la surface radiculaire, la régénération tissulaire guidée (RTG), les facteurs de croissance ou l’application d’une protéine dérivée de la matrice amélaire (EMD, enamel matrix derivative), ont été utilisées avec des degrés de succès variables afin d’atteindre cet objectif (Bowers et al., ¹⁹⁸⁹ ; Lynch et al., ¹⁹⁹¹ ; Brunsvold et Mellonig, ¹⁹⁹³ ; Lowenguth et Blieden, ¹⁹⁹³ ; Hammarström, ¹⁹⁹⁷ ; Karring et al., ²⁰⁰³).

L’utilisation clinique d’EMD repose sur l’observation d’un dépôt de protéines de la matrice amélaire (EMP, enamel matrix proteins) le long de la surface des racines d’une dent en formation avant la formation du cément (Slavkin et Boyde, ¹⁹⁷⁵ ; Slavkin, ¹⁹⁷⁶ ; Hammarström, ¹⁹⁹⁷).

D’un point de vue biologique, l’utilisation de n’importe quelle technique régénératrice doit être étayée par des preuves histologiques provenant d’études précliniques à la fois chez l’animal et chez l’homme, confirmant ainsi sa justification (Polimeni et al., ²⁰⁰⁶).

La chirurgie parodontale régénératrice utilisant l’EMD a montré qu’elle pouvait favoriser la régénération parodontale (c’est-à-dire la formation de cément, de ligament parodontal et d’os alvéolaire) (Hammarström et al., ¹⁹⁹⁷ ; Heijl, ¹⁹⁹⁷ ; Mellonig, ¹⁹⁹⁹ ; Yukna et Mellonig, ²⁰⁰⁰ ; Sculean et al., ¹⁹⁹⁹, ²⁰⁰⁰, ²⁰⁰⁰ ; Bosshardt et al., ²⁰⁰⁵ ; Mazjoub et al., ²⁰⁰⁵). Les résultats provenant d’une revue systématique récente montrent que les protéines de la matrice amélaire influencent de nombreux types cellulaires différents, tels que les cellules épithéliales, les fibroblastes du ligament parodontal et de la gencive, les cellules cémentogènes, ostéoblastiques et de la moelle osseuse, ainsi que les myoblastes (Bosshardt, ²⁰⁰⁸). Ces données indiquent que l’EMD peut entraîner une augmentation de l’attache des cellules épithéliales, des fibroblastes gingivaux et des fibroblastes du ligament parodontal. Il semble également qu’il possède un effet chimiotactique sur les cellules endothéliales. L’effet clinique positif souvent observé sur la cicatrisation semble être dû à l’amélioration de la migration et de la prolifération, ainsi qu’à la stimulation de la prolifération des vaisseaux sanguins et à l’augmentation du nombre de cellules endothéliales (Bosshardt, ²⁰⁰⁸). Les propriétés antibactériennes attribuées à l’EMD semblent être essentiellement dues à l’effet du transporteur PGA (propylène glycol alginate) (Sculean et al., ²⁰⁰¹ ; Arweiler et al., ²⁰⁰²). Après l’application d’EMD, il se produit une augmentation de la synthèse des protéines totales en molécules extracellulaires spécifiques (Bosshardt, ²⁰⁰⁸). Les preuves issues d’études in vitro suggèrent que l’EMD a un effet déterminant sur les phases précoces de la cicatrisation en inhibant la régulation de certains gènes dans les événements inflammatoires précoces et en stimulant l’expression de gènes codant pour l’expression de facteurs de croissance et autres molécules impliqués dans la réparation cicatricielle tels que les TGF-β1, BMP-2, BMP-7, PDGF-AB, IGF-1, TNF-α, IL-6, IL-8, PGE₂, OPN, les collagènes de type II, et les X, MMP-2 (Kawase et al., ²⁰⁰⁰ ; Schwartz et al.,²⁰⁰⁰ ; Van der Pauw et al., ²⁰⁰⁰ ; Lyngstadaas et al., ²⁰⁰¹ ; Okubo et al., ²⁰⁰³ ; Palioto et al., ²⁰⁰⁴ ; Suzuki et al., ²⁰⁰⁵ ; Bosshardt, ²⁰⁰⁸). Parallèlement, l’EMD semble avoir un effet cytostatique (mais pas d’effet cytotoxique) sur les cellules épithéliales, effet qui peut à son tour inhiber ou retarder la migration apicale de l’épithélium (Kawase et al., ²⁰⁰⁰ ; Bosshardt, ²⁰⁰⁸). Lorsque l’EMD est associé à une allogreffe d’os déminéralisé congelé (DFDBA, demineralized freeze-dried bone allograft), on observe un gain supplémentaire de formation osseuse (Boyan et al., ²⁰⁰⁰).

Les revues systématiques d’études cliniques contrôlées ont montré que le traitement des défauts intra-osseux par lambeau-curetage (OFD, open flap debridement) suivi d’une application d’EMD peut conduire à des gains d’attache clinique supérieurs à ceux obtenus par lambeau-curetage seul (Esposito et al., ²⁰⁰⁵ ; Trombelli et Farina, ²⁰⁰⁸). Pour les défauts intra-osseux et les atteintes de furcation de classe II, les résultats obtenus par lambeau-curetage + EMD sont comparables à ceux obtenus avec lambeau-curetage et régénération tissulaire guidée (RTG) (Sculean et al., ¹⁹⁹⁹ ; Jepsen et al., ²⁰⁰⁴ ; Meyle et al., ²⁰⁰⁴ ; Esposito et al., ²⁰⁰⁵ ; Trombelli et Farina, ²⁰⁰⁸).

Justification d’une stratégie thérapeutique combinée

Une revue systématique d’études animales précliniques, évaluant l’efficacité d’une association de membranes et de matériaux de greffes sur la régénération parodontale, indique des résultats histologiques supérieurs, surtout en termes de réparation osseuse, après l’utilisation de membranes + matériaux de greffe à ceux obtenus avec des membranes utilisées seules, dans des défauts intra-osseux à 2 parois dépourvus de support et dans des défauts supra-osseux (Sculean et al., ²⁰⁰⁸). Ces résultats sont en accord avec des études cliniques indiquant que pour les défauts dépourvus de support, une association matériaux de greffe + membranes peut apporter certains avantages cliniques, tels qu’une récession gingivale moindre et un niveau de gains en attache clinique supérieur (Paolantonio, ²⁰⁰² ; Cortellini et Tonetti, ²⁰⁰⁵). Ces données semblent indiquer qu’une approche ciblée sur la morphologie du défaut peut s’avérer d’importance lorsque l’on envisage une association de membranes et de matériaux de greffe.

Étant donné que l’EMD peut également prévenir ou du moins retarder la prolifération épithéliale, alors que les résultats histologiques et cliniques obtenus sont similaires à ceux obtenus avec la RTG, on peut opter pour son utilisation dans certaines indications cliniques, à la place d’une membrane de RTG. Ainsi, la migration apicale de l’épithélium pourrait être inhibée avec, en même temps, un relargage indirect de facteurs de croissance. Cependant, la nature visqueuse de l’EMD n’offre pas toujours un support suffisant aux tissus mous pour prévenir la récession gingivale durant la cicatrisation (Mellonig, ¹⁹⁹⁹ ; Lekovic et al., ²⁰⁰⁰ ; Velasquez-Plata et al., ²⁰⁰² ; Zucchelli et al., ²⁰⁰³ ; Gurinsky et al., ²⁰⁰⁴ ; Kuru et al., ²⁰⁰⁶ ; Guida et al., ²⁰⁰⁷). Ce potentiel limité dans le support des tissus mous et du lambeau peut compromettre la régénération parodontale (Wikesjö et Selvig, ¹⁹⁹⁹). De ce fait, il a été suggéré que l’association EMD + RTG ou biomatériau osseux pouvait représenter une approche valable pour surmonter ce problème potentiel dans des défauts parodontaux dépourvus de support suffisant pour les tissus mous (Sculean et al., ²⁰⁰⁰, ²⁰⁰¹ ; Lekovic et al., ²⁰⁰⁰ ; Velasquez-Plata et al., ²⁰⁰² ; Zucchelli et al., ²⁰⁰³ ; Gurinsky et al., ²⁰⁰⁴ ; Bokan et al., ²⁰⁰⁶ ; Kuru et al., ²⁰⁰⁶ ; Guida et al., ²⁰⁰⁷). Parmi les avantages qu’on tire de l’utilisation de l’EMD figurent également l’excellente cicatrisation des tissus mous et le taux limité de complications postopératoires, telles que la déhiscence du lambeau et l’exposition de membrane qui ont souvent été rapportées après une RTG (Wennström et Lindhe, ²⁰⁰² ; Sanz et al., ²⁰⁰⁴).

En d’autres termes, une telle approche peut permettre une association des propriétés biologiques de l’EMD avec les propriétés de support tissulaire d’un matériau de greffe, améliorant ainsi le résultat du traitement.

Cependant, pour le moment, les données sur un possible avantage des différentes modalités d’associations avec de l’EMD restent limitées et quelque peu confuses.

Par conséquent, les objectifs de cette revue sont les suivants :

– évaluer si un traitement associant un EMD avec la régénération tissulaire guidée ou avec des matériaux de greffe peut favoriser les résultats de la chirurgie régénératrice, par rapport à l’utilisation d’EMD seul ;

– proposer une justification à l’utilisation d’une approche combinée dans le traitement par régénération parodontale.

Association EMD et RTG

Dans une étude chez le singe, des défauts intra-osseux sont créés chirurgicalement puis exposés à une infection de la plaque (Sculean et al., ²⁰⁰⁰). Après le traitement parodontal initial, comprenant des mesures d’hygiène buccale et l’application topique de chlorhexidine, les défauts sont traités avec l’une des modalités thérapeutiques suivantes :

– débridement par lambeau-curetage + RTG ;

– lambeau-curetage + EMD ;

– lambeau-curetage + EMD + RTG ;

– lambeau-curetage seul (témoin).

L’étude histologique montre que dans les défauts témoins, la cicatrisation est caractérisée par un épithélium de jonction long et une régénération parodontale limitée. L’évaluation histologique indique que le traitement par lambeau-curetage + EMD + RTG peut favoriser la formation d’une nouvelle attache et d’os nouveau, mais que la quantité de tissu néoformé n’est pas supérieure à celle obtenue par traitement associant lambeau-curetage + EMD ou lambeau-curetage + RTG (Sculean et al., ²⁰⁰⁰).

Ces données histologiques sont confirmées par les résultats provenant d’études cliniques contrôlées qui n’ont pu démontrer aucun avantage supplémentaire dans l’association EMD + RTG par rapport à l’utilisation d’EMD seul ou de RTG seule (Minabe et al., ²⁰⁰² ; Sculean et al., ²⁰⁰¹, ²⁰⁰⁴ ; Sipos et al., ²⁰⁰⁵) (^{tableau 1}). Prises ensemble, ces données indiquent que dans les défauts intra-osseux, une association EMD + RTG n’apporte pas forcément d’amélioration supplémentaire par rapport aux résultats obtenus avec l’EMD seul ou la RTG seule.

Association EMD et greffes d’os/biomatériaux osseux

Durant ces dernières années, les associations d’EMD avec différents types de greffes osseuses/substituts osseux tels que l’os autogène, l’allogreffe d’os déminéralisé lyophilisé congelé (DFDBA), l’os bovin anorganique, le verre bioactif, le phosphate tricalcique β (β-TCP), ou encore le phosphate de calcium biphasique (BCP) ont été proposés (Lekovic et al., ²⁰⁰⁰ ; Velasquez-Plata et al., ²⁰⁰² ; Sculean et al., ²⁰⁰², ²⁰⁰², ²⁰⁰³, ²⁰⁰⁵, ²⁰⁰⁵, ²⁰⁰⁸ ; Zucchelli et al., ²⁰⁰³ ; Gurinsky et al., ²⁰⁰⁴ ; Bokan et al., ²⁰⁰⁶ ; Kuru et al., ²⁰⁰⁶ ; Guida et al., ²⁰⁰⁷ ; Jepsen et al., ²⁰⁰⁸).

Les données provenant d’études histologiques ont apporté des preuves de régénération parodontale après l’utilisation d’une association d’EMD avec de l’os autogène, de l’os bovin anorganique, du verre bioactif et du BCP (Cochran et al., ²⁰⁰³ ; Sculean et al., ²⁰⁰³, ²⁰⁰⁵, ²⁰⁰⁸) (^fig. 1 et ²). À ce jour, il n’y a aucune donnée histologique sur la cicatrisation obtenue après l’utilisation d’une association EMD + DFDBA. En revanche, la régénération parodontale après l’implantation d’os autogène, de DFDBA et de verre bioactif utilisés seuls est prouvée (Hiatt et al., ¹⁹⁷⁸ ; Listgarten et Rosenberg, ¹⁹⁷⁹ ; Froum et al., ¹⁹⁸³ ; Stahl et al., ¹⁹⁸³ ; Bowers et al., ¹⁹⁸⁹ ; Camelo et al., ¹⁹⁹⁸ ; Sculean et al., ²⁰⁰³ et ²⁰⁰⁵ ; Nevins et al., ²⁰⁰⁰).

Des données provenant d’études cliniques contrôlées ont montré des améliorations statistiquement plus élevées en termes de gain en niveau d’attache clinique (NAC) ou de comblement du défaut, après le traitement de défauts intra-osseux avec de l’EMD associé soit avec de l’os autogène (Guida et al., ²⁰⁰⁷), soit de l’os bovin anorganique (Lekovic et al., ²⁰⁰⁰ ; Velasquez-Plata et al., ²⁰⁰² ; Zucchelli et al., ²⁰⁰³), soit du DFDBA (Gurinsky et al., ²⁰⁰⁴), par rapport au traitement avec de l’EMD seul (^{tableau 1}). Des découvertes cliniques et histologiques récentes montrent que les résultats obtenus avec l’association EMD + os bovin anorganique peuvent être maintenus pendant au moins 5 ans (Sculean et al., ²⁰⁰⁸).

Les résultats provenant d’études cliniques contrôlées à court terme (de 8 mois à 1 an) et à long terme (jusqu’à 4 ans), comparant le traitement de défauts intra-osseux avec de l’EMD + verre bioactif à celui utilisant l’EMD seul, sont quelque peu contradictoires (Sculean et al., ²⁰⁰⁵ ; Kuru et al., ²⁰⁰⁶). Bien que l’une des études n’ait pu démontrer un avantage supplémentaire en faveur de l’approche combinée (Sculean et al., ²⁰⁰⁵), les données provenant d’une autre étude clinique contrôlée suggèrent que le traitement combiné peut favoriser de meilleurs résultats dans les défauts intra-osseux larges (Kuru et al., ²⁰⁰⁶) (^{tableau 1}).

Dans une étude clinique contrôlée randomisée multicentrique récente, comparant le traitement de défauts intra-osseux avec de l’EMD seul par rapport au traitement EMD + BCP, on obtient des améliorations statistiques et cliniques significatives dans les deux groupes (Jepsen et al., ²⁰⁰⁸). Cependant, l’approche combinée n’a pu démontrer un avantage particulier en faveur du traitement combiné par rapport au traitement par EMD seul (^{tableau 1}).

De plus, d’autres données provenant d’études cliniques contrôlées et randomisées, comparant le traitement de défauts intra-osseux profonds associant de l’EMD + de l’os bovin anorganique ou de l’EMD + du verre bioactif avec l’utilisation d’os bovin anorganique seul ou de verre bioactif seul n’ont pas réussi à montrer de différences significatives entre ces traitements, en termes de réduction de la profondeur au sondage, de gain d’attache clinique ou de comblement du défaut (Sculean et al., ²⁰⁰² et ²⁰⁰² ; Scheyer et al., ²⁰⁰²). Cependant, lorsque l’on interprète ces résultats, il faut garder à l’esprit qu’en utilisant uniquement des mesures cliniques et/ou radiographiques pour évaluer l’efficacité des différents types de matériaux de greffe, il est extrêmement difficile de démontrer des différences statistiquement significatives, étant donné que ces biomatériaux ne se résorbent pas ou alors très lentement. De tels paramètres ne reflètent pas forcément la formation de ligament parodontal, de cément et d’os, mais seulement la présence de biomatériau qui peut être soit entouré d’os nouveau ou encapsulé dans du tissu conjonctif (Caton et Greenstein, ¹⁹⁹³). Par conséquent, d’un point de vue biologique, il semble raisonnable de penser que le choix d’un matériau de greffe doit reposer sur des preuves histologiques indiquant des propriétés biologiques positives pour le matériau de greffe utilisé seul dans le traitement de défauts parodontaux (c’est-à-dire sans la couverture d’une membrane de RTG ou l’association d’un agent biologiquement actif).

Il y a un autre aspect qui rend également difficile l’interprétation des données disponibles et qui est lié aux différences possibles en termes de morphologie du défaut. De récentes données suggèrent que pour les défauts offrant un support (c’est-à-dire les défauts intra-osseux à 3 parois et les défauts profonds et étroits) et qui possèdent un excellent potentiel de cicatrisation, il serait préférable que les études comparant l’utilisation d’EMD associé à des matériaux de greffe avec celle d’EMD seul incluent uniquement des défauts d’une morphologie complexe (c’est-à-dire les défauts dits dépourvus de support) tels que les défauts circonférentiels larges ou les défauts à 1 et 2 parois osseuses, pour lesquels l’effondrement du lambeau est presque certain, nécessitant ainsi une stabilisation supplémentaire du caillot sanguin (Cortellini et Tonetti, ²⁰⁰⁵ ; Sculean et al., ²⁰⁰⁸) (^fig. 3 à ⁸).

Conclusion

Les données actuellement disponibles provenant d’études cliniques contrôlées semblent suggérer que :

– l’association EMD + RTG n’apporte pas forcément d’avantage particulier par rapport au traitement utilisant l’EMD seul ou la RTG seule ;

– dans les défauts larges ou n’offrant pas de support osseux, l’association d’EMD avec certains matériaux de greffe tels que l’os autogène, l’os bovin anorganique, le DFDBA ou du verre bioactif peut apporter des améliorations supplémentaires en termes de récession gingivale et/ou de comblement du défaut par rapport à l’utilisation d’EMD seul.

Cependant, ces résultats préliminaires doivent être confirmés par de futures études cliniques contrôlées et menées à grande échelle.

Introduction

Regenerative periodontal theray aims to predictably restore the tooth’s supporting periodontal tissues (i.e. new periodontal ligament, new cementum with inserting connective tissue fibbers and new bone) which have been lost due to periodontal disease or dental trauma (Karring et al., ²⁰⁰³). Nonsurgical and conventional surgical periodontal therapy usually result in successful clinical outcomes such as probing depth reduction and gain of clinical attachment, but histologically the healing is characterized by a long junctional epithelium along the treated root surfaces and no formation of cementum with an associated periodontal ligament (Caton and Greenstein, ¹⁹⁹³). Although in some cases conventional periodontal therapy may result in bone regrowth or remineralization, histological studies have demonstrated that in most cases, an epithelial lining is interposed between the root surface and the alveolar bone (Caton and Greenstein, ¹⁹⁹³). Several treatment modalities such as the use of different types of bone grafts, root surface demineralization, guided tissue regeneration (GTR), growth factors or the application of an enamel matrix protein derivative (EMD) have been employed with varying degrees of success in order to accomplish this goal (Bowers et al., ¹⁹⁸⁹; Brunsvold et Mellonig, ¹⁹⁹³; Lowenguth et Blieden, ¹⁹⁹³; Lynch et al., ¹⁹⁹¹; Hammarström, ¹⁹⁹⁷; Karring et al., ²⁰⁰³).

The rationale for the clinical use of EMD is the observation that enamel matrix proteins (EMPs) are deposited along the surface of developing tooth roots prior to cementum formation (Slavkin and Boyde, ¹⁹⁷⁵; Slavkin, ¹⁹⁷⁶; Hammarström, ¹⁹⁹⁷).

From a biological point of view, the use of any type of regenerative technique needs to be supported by histological evidence from both preclinical (i.e. animal) experiments and humans, thus supporting its rationale (Polimeni et al., ²⁰⁰⁶).

Regenerative periodontal surgery with EMD has been demonstrated to promote periodontal regeneration (i.e. formation of cementum, periodontal ligament and alveolar bone) (Hammarström et al., ¹⁹⁹⁷; Heijl, ¹⁹⁹⁷; Mellonig, ¹⁹⁹⁹; Yukna and Mellonig, ²⁰⁰⁰; Sculean et al., ¹⁹⁹⁹, ²⁰⁰⁰, ²⁰⁰⁰; Bosshardt et al., ²⁰⁰⁵; Mazjoub et al., ²⁰⁰⁵). Results from a recent systematic review have shown that enamel matrix proteins affect many different types of cells such as epithelial cells, periodontal ligament and gingival fibroblasts, cementogenic, osteoblastic and bone marrow cells and myoblasts (Bosshardt, ²⁰⁰⁸). These data indicate that EMD may cause an increase in cell attachment of epithelial cells, gingival and periodontal ligament fibroblasts. It also appears that EMD possesses a chemotactic effect upon endothelial cells. The clinically often observed positive effect of EMD upon wound healing appears to be due to enhanced cell migration and proliferation and to the stimulation of outgrowth of new blood vessels and increase in the number of endothelial cells (Bosshardt, ²⁰⁰⁸). The antibacterial properties reported for EMD seem to be mainly due to the effect of the PGA vehicle (Sculean et al., ²⁰⁰¹; Arweiler et al., ²⁰⁰²). Following the application of EMD an increase in the total protein synthesis of specific extracellular molecules occurs (Bosshardt, ²⁰⁰⁸). Evidence from in vitro studies suggests that EMD have a profound effect upon early wound healing by down-regulating the expression of genes in early inflammatory events of wound healing and up-regulating the expression of genes encoding the expression of growth factors and other molecules involved in wound repair such as TGF-β1, BMP-2, BMP-7, PDGF-AB, IGF-1, TNF-α, IL-6, IL-8, PGE₂, OPN, collagen types II, and X, MMP-2 (Kawase et al., ²⁰⁰⁰; Schwartz et al.,²⁰⁰⁰; Van der Pauw et al., ²⁰⁰⁰; Lyngstadaas et al., ²⁰⁰¹; Okubo et al., ²⁰⁰³; Palioto et al., ²⁰⁰⁴; Suzuki et al., ²⁰⁰⁵; Bosshardt, ²⁰⁰⁸). In the same time EMD appears to have a cytostatic, but not cytotoxic effect upon epithelial cells which in turn, may inhibit or retard epithelial downgrowth into the wound (Kawase et al., ²⁰⁰⁰; Bosshardt, ²⁰⁰⁸). When EMD was combined with a demineralized bone allograft (DFDBA) an additional increase in bone formation was observed (Boyan et al., ²⁰⁰⁰).

Results from narrative and systematic reviews on controlled clinical studies have shown that treatment of intrabony defects with open flap debridement (OFD) followed by EMD application may lead to higher improvements in terms of clinical attachment gains when compared to treatment with open flap debridement alone (Esposito et al., ²⁰⁰⁵; Trombelli and Farina, ²⁰⁰⁸). In intrabony and class II furcation defects the results obtained following treatment with OFD and EMD are comparable to those obtained with OFD and guided tissue regeneration (GTR) (Sculean et al., ¹⁹⁹⁹; Jepsen et al., ²⁰⁰⁴; Meyle et al., ²⁰⁰⁴; Esposito et al., ²⁰⁰⁵; Trombelli et Farina, ²⁰⁰⁸).

Rationale of a combination strategy

A systematic review of preclinical animal studies evaluating the effectiveness of a combination of barrier membranes and grafting materials on periodontal regeneration has indicated superior histological outcomes, predominantly bone repair, following the combination of barrier membranes and grafting materials when compared to membranes alone in non-contained 2-wall intrabony and supraalveolar defects (Sculean et al., ²⁰⁰⁸). These findings are in line with recent data from clinical studies indicating that in non contained type defects, a combination of grafting materials and barrier membranes may result in certain clinical benefits such as less gingival recession and higher clinical attachment gains (Paolantonio, ²⁰⁰²; Cortellini and Tonetti, ²⁰⁰⁵). These data seem to indicate that a defect morphology directed rationale, may be of importance when a combination of barrier membranes and grafting materials is considered.

Since EMD may also prevent or at least retard epithelial proliferation while the obtained histological and clinical results are similar to those obtained with GTR, one may speculate that EMD may be used in certain clinical indications instead of a GTR membrane. In this way, the epithelial downgrowth could be inhibited and, at the same time, an indirect release of growth factors achieved. However, the viscous nature of the EMD formulation may not provide required soft tissue support in order to prevent gingival recession during healing (Mellonig, ¹⁹⁹⁹; Lekovic et al., ²⁰⁰⁰; Velasquez-Plata et al., ²⁰⁰²; Zucchelli et al., ²⁰⁰³; Gurinsky et al., ²⁰⁰⁴; Kuru et al., ²⁰⁰⁶; Guida et al., ²⁰⁰⁷). This limited potential for soft tissue/flap support may compromise periodontal regeneration (Wikesjö and Selvig, ¹⁹⁹⁹). It was thus suggested that a combination of EMD and GTR or a bone biomaterial may represent a valuable approach to overcome this potential problem in non-contained periodontal defects requiring additional soft tissue support (Sculean et al., ²⁰⁰⁰, ²⁰⁰¹; Lekovic et al., ²⁰⁰⁰; Velasquez-Plata et al., ²⁰⁰²; Zucchelli et al., ²⁰⁰³; Gurinsky et al., ²⁰⁰⁴; Bokan et al., ²⁰⁰⁶; Kuru et al., ²⁰⁰⁶; Guida et al., ²⁰⁰⁷). Another advantage using EMD is the excellent soft tissue healing and the limited rate of postoperative complications such as flap dehiscence and membrane exposure which have often been reported following GTR (Wennström et Lindhe, ²⁰⁰²; Sanz et al., ²⁰⁰⁴).

In other words, such an approach may allow for a combination of the biologic properties of EMD with the tissue supporting properties of a grafting material, thus potentially improving the therapy outcome.

However, at the time being, the data on a possible benefit of the various combination modalities with EMD are still limited and, to some extent, confusing.

Therefore, the aims of this review were:

– to evaluate whether a combination therapy of EMD and either GTR or grafting materials may enhance the outcome of regenerative surgery compared to the use of EMD alone;

– to propose a rationale for using a combination approach with EMD in regenerative periodontal therapy.

Combination of EMD and GTR

In a study in monkeys intrabony defects were created surgically and then exposed to dental plaque infection (Sculean et al., ²⁰⁰⁰). Following initial periodontal therapy consisting of oral hygiene measures and topical application of chlorhexidine the defects were treated with one of the following therapies:

– open flap debridement (OFD) + guided tissue regeneration (GTR);

– OFD + EMD;

– OFD + EMD + GTR;

– OFD alone (control).

The histological investigation has shown that in the control defects the healing was characterized by a long junctional epithelium and limited periodontal regeneration. The histological evaluation has indicated that treatment with OFD + EMD + GTR may enhance formation of new attachment and new bone, but the amount of the newly formed tissues was not superior to treatment with OFD + EMD alone or OFD + GTR alone (Sculean et al., ²⁰⁰⁰).

These histological data were corroborated by findings from controlled clinical studies which have failed to show any advantages of combining EMD + GTR over the use of EMD or GTR (Minabe et al., ²⁰⁰²; Sculean et al., ²⁰⁰¹, ²⁰⁰⁴; Sipos et al., ²⁰⁰⁵) (^{table 1}). Taken together, these data indicate that in intrabony defects, a combination of EMD + GTR may not additionally improve the results obtained with EMD alone or GTR alone.

Combination of EMD and bone grafts/bone biomaterials

In the last years various combinations of EMD and different types of bone grafts/bone substitutes such as autogenous bone (AB), demineralized freeze dried bone allograft (DFDBA), an anorganic bovine bone mineral (ABBM), bioactive glass (BG) or beta tricalcium phosphate (β-TCP) or a biphasic calcium phosphate (BCP) have been proposed (Lekovic et al., ²⁰⁰⁰; Velasquez-Plata et al., ²⁰⁰²; Sculean et al., ²⁰⁰², ²⁰⁰², ²⁰⁰³, ²⁰⁰⁵, ²⁰⁰⁵, ²⁰⁰⁸; Zucchelli et al., ²⁰⁰³; Gurinsky et al., ²⁰⁰⁴; Bokan et al., ²⁰⁰⁶; Kuru et al., ²⁰⁰⁶; Guida et al., ²⁰⁰⁷; Jepsen et al., ²⁰⁰⁸).

Data from histological studies have provided evidence for periodontal regeneration following the combination of EMD with AB, ABBM, BG and BCP (Cochran et al., ²⁰⁰³; Sculean et al., ²⁰⁰³, ²⁰⁰⁵, ²⁰⁰⁸) (^fig. 1 and ²).

At the time being there are no histologic data on the healing following the combination of EMD and DFDBA. On the other hand, evidence for periodontal regeneration has also been demonstrated following the implantation of AB, DFDBA and ABBM alone, while no periodontal regeneration occurred following the implantation of BG alone (Hiatt et al., ¹⁹⁷⁸; Listgarten and Rosenberg, ¹⁹⁷⁹; Froum et al., ¹⁹⁸³; Stahl et al., ¹⁹⁸³; Bowers et al., ¹⁹⁸⁹; Camelo et al., ¹⁹⁹⁸; Nevins et al., ²⁰⁰⁰; Sculean et al., ²⁰⁰³, ²⁰⁰⁵; ).

Data from controlled clinical studies have shown statistically significant higher improvements in terms of CAL gain or defect fill, following treatment of intrabony defects with EMD combined with either AB (Guida et al., ²⁰⁰⁷), ABBM (Lekovic et al., ²⁰⁰⁰; Velasquez-Plata et al., ²⁰⁰²; Zucchelli et al., ²⁰⁰³) or DFDBA (Gurinsky et al., ²⁰⁰⁴) when compared to treatment with EMD alone (^{table 1}). Recent clinical and histological findings have shown that the results obtained with the combination of EMD and ABBM can be maintained over a period of at least 5 years (Sculean et al., ²⁰⁰⁸).

Results from short-term (eight months to one year) and long-term (i.e. up to four years) controlled clinical studies comparing treatment of intrabony defects with EMD + BG to EMD alone are somewhat controversial (Sculean et al., ²⁰⁰⁵; Kuru et al., ²⁰⁰⁶). While one study has failed to show an added benefit of the combination approach (Sculean et al., ²⁰⁰⁵), data from another controlled clinical study suggested that the combined treatment may additionally enhance the results obtained in wide intrabony defects (Kuru et al., ²⁰⁰⁶) (^{table 1}).

In a recent multicenter randomized controlled clinical study comparing treatment of intrabony defects with EMD alone to EMD + BCP, statistically and clinically significant improvements were obtained in both groups (Jepsen et al., ²⁰⁰⁸). However, the combination approach has failed to demonstrate any advantage of the combination therapy when compared to the use of EMD alone (^{table 1}).

Furthermore, some other data from randomized controlled clinical studies, comparing treatment of deep intrabony defects with EMD + ABBM or EMD + BG with ABBM alone or BG alone, have failed to demonstrate significant differences in terms of probing depth reduction, clinical attachment gain and defect fill between the treatments (Sculean et al., ²⁰⁰² et ²⁰⁰²; Scheyer et al., ²⁰⁰²). However, when interpreting these findings, it should be kept in mind that by employing solely clinical and/or radiographical measurements to evaluate the efficacy of various types of grafting materials, it is extremely difficult to demonstrate statistically significant differences, since these biomaterials either do not resorb or they resorb very slowly. Such parameters may not necessarily reflect the formation of periodontal ligament, cementum and bone, but only the mere presence of the biomaterial which may either be surrounded by new bone or encapsulated in soft connective tissue (Caton and Greenstein, ¹⁹⁹³). Thus, from a biologic point of view, it seems reasonable that the selection of a grafting material should be based on histological evidence indicating positive biological properties of the grafting material used alone to treat periodontal defects (i.e. without coverage with a GTR barrier or a combination with a biologic active agent).

Another aspect which makes the interpretation of the available data difficult is related to the possible differences in terms of defect configuration. Recent data have suggested that contained type defects (i.e. three-wall and deep and narrow intrabony defects) possess an excellent healing potential, it seems reasonable that studies comparing the use of EMD and grafting materials to EMD alone should only include defects with a complicated anatomy (i.e. so called non contained type defects) such as large circumferential or one- and two- wall defects where a flap collapse is most likely to occur and an additional stabilisation of the blood clot is required (Cortellini and Tonetti, ²⁰⁰⁵; Sculean et al., ²⁰⁰⁸) (^fig. 3 to ⁸).

Conclusions

The available data from controlled clinical studies seem to suggest that:

– the combination of EMD and GTR may not result in any advantage compared to treatment with EMD alone or GTR alone;

– in large or non contained type defects, a combination of EMD and certain grafting materials including AB, ABBM, DFDBA or BG might lead to additional improvements in terms of soft tissue recession and/or defect fill compared to the use of EMD alone. These preliminary findings need, however, to be confirmed in future, large scale controlled clinical studies.

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