La sécurité des matériaux de greffe dérivés d’os bovin a-t-elle déjà été prouvée ?Has the safety of bovine-derived bone grafting materials ever been proven?

Introduction

À mesure que les implants dentaires sont devenus des options thérapeutiques prometteuses pour les patients édentés, une variété de techniques de greffe et de matériaux de greffe ont été introduits.

Les matériaux de greffe d’origine bovine sont fréquemment utilisés en dentisterie implantaire à la place des tissus autogènes. Cependant, la sécurité de leur utilisation a rarement été mentionnée dans la littérature dentaire et la seule question de sécurité que posent ces produits – le risque de transmission de l’encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) à partir d’une xénogreffe d’origine bovine – semble être ignorée de tous les praticiens.

L’ESB est une nouvelle forme de l’encéphalopathie subaiguë spongiforme transmissible (ESST) ou maladie à prions, entrant dans le groupe des maladies neurovégétatives fatales affectant les humains et un large spectre d’espèces animales (Aguzzi et al., ²⁰⁰⁴). D’une façon générale, durant plus de 200 ans, les humains ont été considérés comme étant à l’abri des infections à prions provenant d’autres espèces en raison des « barrières inter­espèces », de l’absence relative de transmission entre les espèces (cité par Bruce et al., ¹⁹⁹⁴ ; Pattison, 1965). Cependant, des études épidémiologiques (Wilesmith et al., ²⁰¹⁰ ; Will et al., ¹⁹⁹⁶) et des études de laboratoires (Bruce et al., ¹⁹⁹⁴ ; Collinge et al., ¹⁹⁹⁶) ont mis en évidence la relation de cause à effet entre l’épidémiologie de l’ESB et la variante que représente la maladie de Creutzfeldt-Jakob, maladie à prions humaine.

Les fabricants de produits à base d’os bovin anorganique certifient que ceux-ci sont totalement dépourvus de matériaux organiques, car la présence de tels matériaux dans les produits d’origine bovine indique l’existence possible de la protéine du prion pathologique (PrP^Sc), l’agent causal des maladies à prions. Cependant, des chirurgiens plasticiens ont détecté des protéines contenant des collagènes dans des blocs de Bio-Oss® après la cicatrisation sans complications d’un patient ayant subi une chirurgie orthognatique (Hönig et al., ¹⁹⁹⁹) et, plus récemment, Bannister et Powell ont rapporté une réaction à un corps étranger avec des cellules géantes multinucléées à l’intérieur de particules d’os bovin anorganiques et d’échantillons histologiques d’encapsulation fibreuse prélevés dans un site de régénération osseuse guidée (Bannister et Powell, ²⁰⁰⁸).

Sogal et Tofe ont suggéré que le risque de transmission de l’ESB à partir de substituts de greffe d’origine bovine devait être négligeable (Sogal et Tofe, ¹⁹⁹⁹). Wenz et al. ont rapporté qu’aucune protéine n’avait été détectée dans le Bio-Oss® et dans l’Osteograf/N lors d’un dosage de la protéine par la méthode de Lowry et que le traitement alcalin utilisé pour la préparation du Bio-Oss® inactivait les prions de l’ESB, ce qui s’observe par la disparition des PrP^Sc dans la réaction de Western blot (Wenz et al., ²⁰⁰¹). Cependant, notre revue systématique actuelle a souligné les erreurs de méthodologie de ces auteurs (Kim et al., ²⁰¹¹). La méthode de Lowry est utilisée pour estimer la teneur en protéines déjà présentes dans une solution ou faciles à dissoudre dans un réactif alcalin (Lowry et al., ¹⁹⁵¹ ; Simonian et Smith, ²⁰⁰⁶) et la matrice osseuse doit être extraite et solubilisée via des techniques de dégraissement et de décalcification (Anastassiades et al., ¹⁹⁷⁸). De plus, l’inactivation du prion doit être évaluée par titrage biologique et non par Western blot à cause des écarts évidents observés entre les niveaux résiduels de PrP^Sc dans le Western blot et les niveaux d’inactivation du prion (Giles et al., ²⁰⁰⁸ ; McLeod et al., ²⁰⁰⁴ ; Peretz et al., ²⁰⁰⁶).

Bien que nous en ayons conclu que les biomatériaux de greffe d’origine bovine pouvaient comporter un risque de transmission du prion à des patients (Kim et al., ²⁰¹¹), ce risque n’a pas pu être quantifié en raison des nombreuses variables et incertitudes concernant le prion de l’ESB et la maladie du prion. Par conséquent, cet article se propose de fournir de plus amples informations pour aider à comprendre le risque d’une infection à prions (en l’occurrence l’ESB) par l’intermédiaire de matériaux de greffe d’origine bovine.

Épidémiologie de l’ESB

Mesures de contrôle au Royaume-Uni et dans les États membres de l’Union européenne

L’origine de l’ESB demeure inconnue ; cependant, des études épidémiologiques ont identifié les farines à base de viande et d’os (farines animales) comme étant le véhicule le plus probable de l’infection, ce qui a conduit à une série de contre-mesures au Royaume-Uni. En 1988, l’alimentation du bétail contenant ces types de farines à base de viande et d’os de ruminants a été interdite ; en 1990, l’utilisation de déchets bovins spécifiques (les parties infectieuses telles que le cerveau, la moelle épinière, le foie et les intestins) a été interdite dans toutes les farines animales (Ducrot et al., ²⁰⁰⁸) ; enfin, l’interdiction totale de nourrir tout animal d’élevage avec des protéines de mammifères est intervenue en 1996 (Ducrot et al., ²⁰¹⁰). Environ 4,1 millions de têtes de bétail ont été abattues entre 1996 et 2000 selon le Programme pour les animaux âgés de plus de 30 mois (l’achat et euthanasie sans tests préalables de toutes les têtes de bétail anglais âgées de plus de 30 mois) (Food Standards Agency, ²⁰⁰⁰).

Des mesures de contrôle similaires ont été mises en place dans d’autres États membres de l’Union européenne à différents niveaux, par suite de l’épidémie d’ESB britannique, et ont été renforcées progressivement. Une interdiction totale a été prononcée à travers l’Union européenne en juillet 2001 (Ducrot et al., ²⁰¹⁰) et des « programmes pour les animaux âgés de plus de 30 mois » communs aux pays membres de l’Union européenne y ont été appliqués durant 6 mois avant l’instauration de la surveillance active à l’aide de tests rapides le 1^er juillet 2001 (Supervie et Costagliola, ²⁰⁰⁴).

En 1996, des embargos sur les importations de viande provenant de pays qui dénombraient des cas d’ESB ont été instaurés dans certains pays membres de l’Union européenne, mais les échanges commerciaux à l’intérieur de l’Union européenne n’ont pas été particulièrement touchés (Heim et al., ²⁰⁰⁶). En revanche, l’interdiction de l’utilisation de farines animales à l’intérieur d’un pays a permis d’augmenter l’exportation de produits animaux vers d’autres pays où ces farines étaient toujours autorisées. Après que le Royaume-Uni a interdit les farines animales, en 1998, ses exportations d’aliments pour animaux ont doublé dans l’année qui a suivi, principalement vers la France. Par ailleurs, l’interdiction de farines animales dans les pays membres de l’Union européenne au début des années 1990 a également fait considérablement augmenter leurs exportations vers des pays situés hors de l’Union européenne, en particulier l’Europe de l’Est (Butler, ¹⁹⁹⁶ ; Ducrot et al., ²⁰¹⁰).

Surveillance de l’ESB et tendances épidémiologiques au Royaume-Uni et dans les autres pays concernés

Une surveillance active a été instituée par la commission de l’Union européenne en juillet 2001 (Ducrot et al., ²⁰⁰⁸). Dans le cadre d’un système de surveillance active, les animaux de catégories déterminées (généralement des bovins âgés de plus de 30 mois pour les animaux de boucherie sains et ceux âgés de plus de 24 mois pour les troupeaux à risque) ont été testés avec l’un des tests « rapides » validés par l’Union européenne pour détecter la protéine anormale du prion (PrP^Sc) et une réponse positive ou non concluante était confirmée par Western blot ou par des méthodes d’immuno­histochimie (Grassi et al., ²⁰⁰⁸).

On estime que l’épidémie d’ESB a touché 3,5 millions de têtes de bétail en Grande-Bretagne (Donnelly et al., ²⁰⁰²) et 300 000 en France (Supervie et Costagliola, ²⁰⁰⁴), selon un modèle de rétrocalcul fondé sur les données de la surveillance active, même si le nombre de cas d’ESB rapportés au Royaume-Uni s’est élevé à seulement 180 000 depuis 1986 (Ducrot et al., ²⁰⁰⁸).

Bien qu’elle n’ait pas été opérationnelle dans chaque pays concerné, la surveillance active a permis de détecter des cas d’ESB indigènes dans 11 pays au préalable considérés comme exempts de la maladie (Autriche, République tchèque, Finlande, Grèce, Italie, Japon, Slovaquie, Slovénie, Israël, Pologne, Canada, États-Unis et Suède) (Ducrot et al., ²⁰⁰⁸).

De plus, des formes d’ESB atypiques ont été découvertes durant l’application du programme. Depuis 2003, deux types de variantes (les types H et L) de l’ESB classique ont été détectés dans plusieurs pays, y compris en Suède et aux États-Unis où l’exposition à l’ESB était faible ou improbable (Stack et al., ²⁰⁰⁹). Les phénotypes neuropathologiques et moléculaires des deux ESB atypiques diffèrent l’un de l’autre, d’une part, et de celui de l’ESB classique, d’autre part. Ces ESB semblent apparaître spontanément et l’ESB de type H est associée à une mutation E211K à l’intérieur du gène de la protéine du prion (Richt et Hall, ²⁰⁰⁸) qui est transmissible (Nicholson et al., ²⁰⁰⁸).

Les schémas moléculaires et les pathologies du cerveau provoqués par l’ESB de type L sont identiques à ceux de la maladie de Creutzfeldt-Jakob sporadique, un type de maladie de Creutzfeldt-Jakob humaine d’étiologie inconnue (Casalone et al., ²⁰⁰⁴ ; Comoy et al., ²⁰⁰⁸). Par ailleurs, des transmissions périodiques de l’ESB de type L à des souris non transgéniques ont généré une souche de prions similaire à celle de l’ESB classique, laissant supposer l’origine de l’ESB (Capobianco et al., ²⁰⁰⁷). Finalement, la transmission de l’ESB n’est peut-être pas empêchée par des mesures de contrôle telles que l’interdiction des farines animales.

Cependant, de nombreux pays n’effectuent pas de façon régulière de tests sur les animaux d’élevage pour détecter l’ESB et les variations entre les programmes de surveillance de l’ESB de chaque pays sont importantes. Les États membres de l’Union européenne testent des catégories d’animaux définies alors que les Japonais testent tous les animaux abattus et destinés à la consommation humaine. Le Japon a détecté 31 cas d’ESB sur 6 millions de têtes de bétail testées entre octobre 2001 et décembre 2006 (Kadohira et al., ²⁰⁰⁶), alors qu’aux États-Unis, 2 cas ont été détectés à la naissance sur 787 711 animaux testés durant la surveillance accentuée de juin 2004 à septembre 2006 (FDA/Department of Health and Human Services, 2008). Si l’on prend en compte le nombre de têtes de bétail abattues par an (37 millions aux États-Unis contre 1,26 million au Japon), la proportion d’animaux testés aux États-Unis est significativement plus faible qu’au Japon (Brink et al., 2004).

De plus, la limite d’âge fixée pour tester le bétail afin de détecter l’ESB s’est modifiée ; en janvier 2009, celle de tout le bétail sain abattu est passée de 30 à 48 mois et, en juillet 2011, de 48 à 72 mois dans les États membres de l’Union européenne, y compris le Royaume-Uni. À partir du 1^er janvier 2013, un échantillon minimum du bétail sain abattu âgé de plus de 72 mois sera testé au Royaume-Uni (Department of Agriculture and Rural Development and the Food Standards Agency in NI, ²⁰¹¹).

Prion et tests diagnostiques pour l’ESB

Prion

Le prion pathologique (PrP^Sc) est un isomère anormal d’une protéine de prion encodée par l’hôte (PrP^c, protéine de prion normale) (Aguzzi et al., ²⁰⁰⁴). Selon l’hypothèse du prion, le PrP^Sc est l’agent causal d’un groupe d’encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions (Prusiner, ¹⁹⁹⁸) qui s’accumule chez des individus affectés par la plupart des formes d’EST (Aguzzi et al., ²⁰⁰⁴).

Le PrP^c est complètement dégradé avec le traitement par 50 µg/ml de protéinase K (PK) durant 30 minutes à 37 °C, alors que le PrPSc provenant du hamster syrien infecté par le prion est partiellement résistant à ce traitement, laissant persister des résidus de 142 acides amines tronqués dans leur portion N terminale (PrP 27-30, masse moléculaire de 27-30 kDa) en raison de la haute teneur en feuillet β(Pan et al., ¹⁹⁹³ ; Prusiner, ¹⁹⁹⁸).

PrP 27-30 et validité des actuels tests diagnostiques d’ESB

Le PrP 27-30, composé de résidus d’acides aminés de PrP^Sc après traitement par PK, a été utilisé comme marqueur de substitution de l’infectivité du prion et la plupart des tests diagnostiques d’ESB actuellement disponibles reposent sur la détection du PrP 27-30.

Cependant, plusieurs études ont montré que l’infectivité du prion n’est pas toujours corrélée avec la présence de PrP^Sc ou de PK 27-30.

Une étude récente indique qu’il n’y a aucune simultanéité entre la détection du PrP^Sc et l’infection par l’ESB (Balkema-Buschmann et al., ²⁰¹⁰). Aucun des tests diagnostiques utilisés pour l’EST (immunohistochimie, immunodétection de fibrilles associées à l’immunodétection de la tremblante du mouton, immunodétection et amplification cyclique du mauvais repliement de la protéine) n’a détecté de PrP^Sc dans les nerfs périphériques, la langue et les muqueuses nasales, alors que de 30 à 92 % des souris transgéniques, lorsqu’on leur inocule des broyats de tissus, développent la maladie.

Chez les souris infectées par la maladie de Creutzfeldt-Jakob, les niveaux de PK 27-30 des microglies du système nerveux central sont 50 fois moins élevés que ceux des broyats de cerveau non dilués au Western blot, mais les niveaux infectieux des deux types tissulaires sont similaires entre eux (Baker et al., ²⁰⁰²). La présence (ou seulement des traces) de PK 27-30 n’a pas été détectée dans le tissu cérébral de hamsters infectés par l’agent 263K de la tremblante du mouton alors que, la concentration en agents infectieux y était élevée (Berardi et al., ²⁰⁰⁶) et les taux de PrP^Sc sont extrêmement bas ou indétectables par Western blot, immunohistochimie, CDI (conformation-dependent immu­noassay), ou par immunoprécipitation, que ce soit chez les hamsters infectés par l’agent 263K de la tremblante du mouton ou dans les tissus cérébraux de souris transgéniques infectées au GSS humain (Gerstmann Sträussler Scheinker, un type d’EST humaine) contenant des niveaux d’infectivité élevés (Barron et al., ²⁰⁰⁷).

Par ailleurs, le PrP^Sc sensible à la protéinase K a été découvert chez des humains et des animaux infectés par le prion (Safar et al., ²⁰⁰⁵ ; Thackray et al., ²⁰⁰⁷) et le PrP^Sc anormal (˜; 6 kDa), qui n’a pas été détecté par les techniques de diagnostic standard, a également été découvert dans une nouvelle forme de maladie à prions humaine (Gambetti et al., ²⁰⁰⁸ ; Head et al., ²⁰⁰⁹).

De plus, plusieurs études ont montré des disparités dans la répartition tissulaire du PrP^Sc lorsque différents tests diagnostiques sont utilisés, ce qui pourrait être attribué à une répartition inégale de PrP^Sc au sein des tissus ou des organes (Safar et al., ²⁰⁰²), à une sensibilité diagnostique différente entre les tests (Safar et al., ²⁰⁰² ; Soto et al., ²⁰⁰⁵), à une accumulation relativement faible de PrP^Sc dans des tissus autres que ceux du système nerveux central du bétail, etc. Cependant, on trouve également des résultats divergents dans certains échantillons de tissus du système nerveux central : moelle épinière et région rostrale du bulbe rachidien. Par ailleurs, lorsque différents anticorps (R145, F99) sont appliqués pour l’immunohistochimie, les résultats du test diffèrent dans de multiples échantillons de ganglion trigéminal et de ganglion spinal (Arnold et al., ²⁰⁰⁷).

La proportion exacte et la taille des échantillons de tissu cérébral utilisés pour les tests diagnostiques de l’ESB ou de l’anticorps utilisé pour l’immunohistochimie peuvent varier selon les laboratoires. Cependant, l’obtention de résultats contradictoires lors du test de détection du PrP^Sc peut s’avérer problématique dans le domaine des tests de confirmation de l’ESB, parce que le Western blot ou l’immunohistochimie est utilisé pour confirmer un cas positif ou non concluant avec un test rapide pour un large criblage.

Infectivité de l’ESB dans l’os bovin avant et après le processus de fabrication

L’infection à l’ESB et le PrP^Sc ont été détectés dans la moelle du sternum de bétail expérimentalement infecté par l’ESB (Wells et al., ¹⁹⁹⁹) et dans des échantillons de sérum provenant de cas confirmés d’ESB à l’aide de la cytométrie de flux (Trieschmann et al., ²⁰⁰⁵). Malgré les règlements concernant l’ESB telles que l’interdiction d’utiliser des types particuliers de méthode d’étourdissement et d’élimination de MRS (matériaux à risques spécifiés contenant très certainement des agents de l’ESB tels que le cerveau, la moelle épinière, les intestins, les amygdales, etc.), il y a eu contamination des carcasses par des tissus du système nerveux central dans des abattoirs et des ateliers de découpe. Par exemple, l’élimination de la moelle épinière avant de découper la carcasse réduit son niveau de contamination mais n’empêche pas sa contamination (Helps et al., ²⁰⁰² ; Takada et al., ²⁰⁰⁸) et, si on reproduit les conditions de travail d’un abattoir, moins de 1,5 mg (maximum 9 mg) de tissu de moelle épinière provenant d’une carcasse est retrouvé dans les 4 carcasses suivantes à cause des scies de découpe (Helps et al., ²⁰⁰⁴). La contamination ou la contamination croisée des carcasses de bovins par du tissu du système nerveux central – ce qui se produit fréquemment dans les abattoirs – n’est pas éliminée par les différentes techniques de lavage (Takada et al., ²⁰⁰⁸).

Des protéines incluant les collagènes ont été détectées dans certains substituts d’os bovin, notamment le Tutoplast® (bovin), le Bio-Oss®, ainsi que dans des échantillons de tibia traités dans les mêmes conditions que le processus de déprotéinisation du Bio-Oss® (Murugan et al., ²⁰⁰³ ; Schwartz et al., ²⁰⁰⁰ ; Tadic et Epple, ²⁰⁰⁴), et plus important encore, l’inactivation du prion de l’ESB par les processus de fabrication d’os bovin anorganique n’a pas encore été prouvée à ce jour (Kim et al., ²⁰¹¹).

Enfin, les prions sont bien connus pour leur résistance aux méthodes conventionnelles de décontamination chimiques et physiques, et il n’a pas encore été prouvé que le traitement par chauffage utilisé pour la préparation des matériaux d’os bovin anorganique (300 °C pour le Bio-Oss®, 1 100 °C pour le PepGen P-15®) (Tadic et Epple, 2004) inactivait le prion de l’ESB. Les tissus cérébraux de hamsters infectés par la tremblante du mouton transmettent la maladie après une exposition à la chaleur sèche à 600 °C pendant 15 minutes, mais aucune transmission n’est observée après une exposition à 1 000 °C pendant 5 minutes (Brown, ²⁰⁰⁰ ; Brown et al., ²⁰⁰⁴). Cependant, le prion de l’ESB a-t-il une résistance à l’inactivation similaire à celle du prion de la tremblante du mouton dans les mêmes conditions de traitement à la chaleur ? La réponse à cette question reste inconnue à ce jour.

Par conséquent, les praticiens doivent être conscients du risque unique de transmission du prion de l’ESB à leurs patients par l’intermédiaire de matériaux d’origine bovine. Les matériaux de greffe d’os synthétiques pourraient être des solutions de remplacement lorsqu’il n’y a pas d’os autogène disponible.

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