Hydroxyapatite - Hydroxyapatite

Hydroxyapatite
Mineraly.sk - hydroxylapatit.jpg
Cristaux d' hydroxyapatite sur matrice
Général
Catégorie Minéral phosphate Groupe
apatite
Formule
(unité répétitive)
Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)
Classement de Strunz 8.BN.05
Système de cristal Hexagonal
Classe de cristal Dipyramidal (6/m)
Symbole HM (6/m)
Groupe d'espace P 6 3 /m
Cellule unitaire a = 9,41 Â, c = 6,88 Â ; Z = 2
Identification
Masse de formule 502,31 g/mol
Couleur Incolore, blanc, gris, jaune, vert jaunâtre
Habit de cristal Sous forme de cristaux tabulaires et de stalagmites, nodules, en croûtes cristallines à massives
Clivage Mauvais sur {0001} et {10 1 0}
Fracture conchoïdale
Ténacité Fragile
Dureté à l'échelle de Mohs 5
Lustre Vitreux à subrésineux, terreux
Traînée blanche
Diaphanéité Transparent à translucide
Densité spécifique 3,14-3,21 (mesuré), 3,16 (calculé)
Propriétés optiques Uniaxial (-)
Indice de réfraction n ω = 1,651 n ε = 1,644
Biréfringence = 0,007
Les références
Hydroxyapatite
Cristaux d'hydroxyapatite en forme d'aiguille sur acier inoxydable. Photo au microscope électronique à balayage de l' Université de Tartu .
Revêtement à l'échelle nanométrique de Ca-HAp, image prise avec un microscope à sonde à balayage
Une visualisation 3D de la moitié d'une cellule unitaire d'hydroxyapatite, à partir de la cristallographie aux rayons X

L'hydroxyapatite , également appelée hydroxylapatite ( HA ), est une forme minérale naturelle d' apatite de calcium de formule Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH), mais elle est généralement écrite Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 pour désigner que la maille cristalline comprend deux entités. L'hydroxyapatite est l' extrémité hydroxyle du groupe apatite complexe . L' ion OH peut être remplacé par du fluorure , du chlorure ou du carbonate , produisant de la fluorapatite ou de la chlorapatite . Il cristallise dans le système cristallin hexagonal . La poudre d'hydroxyapatite pure est blanche. Cependant, les apatites naturelles peuvent également avoir des colorations brunes, jaunes ou vertes, comparables aux décolorations de la fluorose dentaire .

Jusqu'à 50 % en volume et 70 % en poids d' os humain est une forme modifiée d'hydroxyapatite, connue sous le nom de minéral osseux . L'hydroxyapatite carbonatée déficiente en calcium est le principal minéral qui compose l'émail dentaire et la dentine . Des cristaux d'hydroxyapatite se trouvent également dans les petites calcifications, à l'intérieur de la glande pinéale et d'autres structures, connues sous le nom de corpora arenacea ou « sable du cerveau ».

Synthèse chimique

L'hydroxyapatite peut être synthétisée via plusieurs méthodes, telles que le dépôt chimique humide, le dépôt biomimétique, la voie sol-gel (précipitation chimique humide) ou l'électrodéposition. La suspension de nanocristaux d'hydroxyapatite peut être préparée par une réaction de précipitation chimique humide suivant l'équation de réaction ci-dessous :

10 Ca(OH) 2 + 6 H 3 PO 4 → Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O

La capacité de répliquer synthétiquement l'hydroxyapatite a des implications cliniques inestimables, en particulier en dentisterie. Chaque technique donne des cristaux d'hydroxyapatite de caractéristiques variées, telles que la taille et la forme. Ces variations ont un effet marqué sur les propriétés biologiques et mécaniques du composé et, par conséquent, ces produits à base d'hydroxyapatite ont des utilisations cliniques différentes.

hydroxyapatite déficiente en calcium

L'hydroxyapatite déficiente en calcium (non stoechiométrique), Ca 10− x (PO 4 ) 6− x (HPO 4 ) x (OH) 2− x (où x est compris entre 0 et 1) a un rapport Ca/P compris entre 1,67 et 1.5. Le rapport Ca/P est souvent utilisé dans la discussion des phases de phosphate de calcium. L'apatite stoechiométrique Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 a un rapport Ca/P de 10:6 normalement exprimé par 1,67. Les phases non stoechiométriques ont la structure hydroxyapatite avec des lacunes cationiques (Ca 2+ ) et anioniques (OH ). Les sites occupés uniquement par des anions phosphate dans l'hydroxyapatite stoechiométrique, sont occupés par des anions phosphate ou hydrogénophosphate, HPO 4 2- . La préparation de ces phases déficientes en calcium peut être préparée par précipitation à partir d'un mélange de nitrate de calcium et de phosphate diammonique avec le rapport Ca/P souhaité, par exemple, pour faire un échantillon avec un rapport Ca/P de 1,6 :

9,6 Ca(NO 3 ) 2 + 6 (NH 4 ) 2 HPO 4 → Ca 9,6 (PO 4 ) 5,6 (HPO 4 ) 0,4 (OH) 1,6

Le frittage de ces phases non stoechiométriques forme une phase solide qui est un mélange intime de phosphate tricalcique et d'hydroxyapatite, appelé phosphate de calcium biphasique :

Ca 10− x (PO 4 ) 6− x (HPO 4 ) x (OH) 2− x → (1 − x ) Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 3 x Ca 3 (PO 4 ) 2

Fonction biologique

Crevette mante

Les appendices matraqués de l' Odontodactylus scyllarus (crevette mante paon) sont constitués d'une forme extrêmement dense du minéral qui a une force spécifique plus élevée; cela a conduit à son enquête pour la synthèse potentielle et l'utilisation de l'ingénierie. Leurs appendices dactyles ont une excellente résistance aux chocs en raison de la zone d'impact composée principalement d'hydroxyapatite cristalline, qui offre une dureté importante. Une couche périodique sous la couche d'impact composée d'hydroxyapatite avec une teneur en calcium et en phosphore plus faible (d'où un module beaucoup plus faible) inhibe la croissance des fissures en forçant les nouvelles fissures à changer de direction. Cette couche périodique réduit également l'énergie transférée à travers les deux couches en raison de la grande différence de module, reflétant même une partie de l'énergie incidente.

Mammifère/primate/humain

L'hydroxyapatite est présente dans les os et les dents ; l'os est constitué principalement de cristaux d'HA intercalés dans une matrice de collagène — 65 à 70 % de la masse osseuse est constituée d'HA. De même l'HA représente 70 à 80 % de la masse de la dentine et de l' émail des dents. Dans l'émail, la matrice de l'AH est formée d' amélogénines et d' émailines au lieu de collagène.

Les dépôts d'hydroxyapatite dans les tendons autour des articulations entraînent une tendinite calcifiante .

Hydroxyapatite dans la reminéralisation de l'émail dentaire

La reminéralisation de l'émail dentaire implique la réintroduction d'ions minéraux dans l'émail déminéralisé. L'hydroxyapatite est le principal composant minéral de l'émail des dents. Lors de la déminéralisation, les ions calcium et phosphore sont extraits de l'hydroxyapatite. Les ions minéraux introduits lors de la reminéralisation restaurent la structure des cristaux d'hydroxyapatite.

Utilisation en dentisterie

En 2019, l'utilisation de l'hydroxyapatite, ou de sa forme synthétique, la nano-hydroxyapatite, n'est pas encore une pratique courante. Certaines études suggèrent qu'il est utile pour contrer l'hypersensibilité de la dentine, prévenir la sensibilité après les procédures de blanchiment des dents et prévenir les caries. L'hydroxyapatite de coquille d'œuf aviaire peut être un matériau de remplissage viable dans les procédures de régénération osseuse en chirurgie buccale.

Sensibilité dentinaire

La nano-hydroxyapatite possède des composants bioactifs qui peuvent déclencher le processus de minéralisation des dents, remédiant à l'hypersensibilité. On pense que l'hypersensibilité des dents est régulée par le liquide contenu dans les tubules dentinaires. Le mouvement de ce fluide à la suite de différents stimuli exciterait les cellules réceptrices de la pulpe et déclencherait des sensations de douleur. Les propriétés physiques de la nano-hydroxyapatite peuvent pénétrer et sceller les tubules, arrêtant la circulation du fluide et donc les sensations de douleur causées par les stimuli. La nano-hydroxyapatite serait préférée car elle est parallèle au processus naturel de reminéralisation de surface.

Par rapport aux traitements alternatifs pour le soulagement de l'hypersensibilité dentinaire, il a été démontré que le traitement contenant de la nano-hydroxyapatite est plus efficace sur le plan clinique. La nano-hydroxyapatite s'est avérée meilleure que d'autres traitements pour réduire la sensibilité aux stimuli d'évaporation, tels qu'un jet d'air, et aux stimuli tactiles, tels que le tapotement de la dent avec un instrument dentaire. Cependant, aucune différence n'a été observée entre la nano-hydroxyapatite et d'autres traitements pour les stimuli froids. L'hydroxyapatite a montré des effets désensibilisants significatifs à moyen et long terme sur l'hypersensibilité dentinaire en utilisant des stimuli d'évaporation et l'échelle visuelle analogique (aux côtés du nitrate de potassium, de l'arginine, du glutaraldéhyde avec du méthacrylate d'hydroxyéthyle, de l'hydroxyapatite, des systèmes adhésifs, des ciments verre ionomère et du laser).

Co-agent pour le blanchiment

Les agents de blanchiment des dents libèrent des espèces réactives de l'oxygène qui peuvent dégrader l'émail. Pour éviter cela, de la nano-hydroxyapatite peut être ajoutée à la solution de blanchiment pour réduire l'impact de l'agent de blanchiment en bloquant les pores de l'émail. Cela réduit la sensibilité après le processus de blanchiment.

Prévention des caries

La nano-hydroxyapatite possède un effet reminéralisant sur les dents et peut être utilisée pour prévenir les dommages causés par les attaques carieuses. En cas d'attaque acide par des bactéries cariogènes, des particules de nano-hydroxyapatite peuvent s'infiltrer dans les pores de la surface dentaire pour former une couche protectrice. De plus, la nano-hydroxyapatite peut avoir la capacité d'inverser les dommages causés par les agressions carieuses en remplaçant directement les minéraux de surface détériorés ou en agissant comme un agent de liaison pour les ions perdus.

À l'avenir, il existe des possibilités d'utiliser la nano-hydroxyapatite pour l'ingénierie et la réparation tissulaires. La caractéristique principale et la plus avantageuse de la nano-hydroxyapatite est sa biocompatibilité. Il est chimiquement similaire à l'hydroxyapatite naturelle et peut imiter la structure et la fonction biologique des structures trouvées dans la matrice extracellulaire résidente. Par conséquent, il peut être utilisé comme échafaudage pour l'ingénierie des tissus tels que l'os et le cément. Il peut être utilisé pour restaurer les fentes labiales et palatines et affiner les pratiques existantes telles que la préservation de l'os alvéolaire après extraction pour une meilleure pose des implants.

En tant que matériau dentaire

L'hydroxyapatite est largement utilisée en dentisterie et en chirurgie buccale et maxillo-faciale , en raison de sa similitude chimique avec les tissus durs.

Dans certains dentifrices, l'hydroxyapatite peut être trouvée sous forme de nanocristaux (car ils se dissolvent facilement). Ces dernières années, les nanocristaux d'hydroxyapatite (nHA) ont été utilisés dans les dentifrices pour lutter contre l'hypersensibilité dentaire. Ils aident à la réparation et à la reminéralisation de l' émail , aidant ainsi à prévenir la sensibilité dentaire. L'émail des dents peut se déminéraliser en raison de divers facteurs, notamment l'érosion acide et les caries dentaires . Si elle n'est pas traitée, elle peut entraîner l'exposition de la dentine et une exposition ultérieure de la pulpe dentaire . Dans diverses études, l'utilisation de nano hydroxyapatite dans le dentifrice a montré des résultats positifs en aidant à la reminéralisation de l'émail dentaire.

Il est prouvé que l'hydroxyapatite synthétique (SHA) fournit des résultats positifs dans la préservation de l'alvéole. La greffe d'alvéoles à l'aide d'hydroxyapatite synthétique peut entraîner une régénération osseuse réussie.

Les préoccupations de sécurité

La Commission européenne du Comité scientifique pour la sécurité des consommateurs (CSSC) a émis un avis officiel en 2021, où il a examiné si l'hydroxyapatite nanomatériau était sécuritaire lorsqu'il est utilisé en congé en marche et rincer les produits cosmétiques par voie cutanée et par voie orale, en tenant compte raisonnablement prévisible conditions d'exposition. Il a déclaré :

Après avoir examiné les données fournies et d'autres informations pertinentes disponibles dans la littérature scientifique, le CSSC ne peut pas conclure sur la sécurité de l'hydroxyapatite composée de nanoparticules en forme de bâtonnet pour une utilisation dans les produits cosmétiques d'hygiène bucco-dentaire aux concentrations maximales et aux spécifications indiquées dans le présent avis. En effet, les données/informations disponibles ne sont pas suffisantes pour exclure les préoccupations concernant le potentiel génotoxique des HAP-nano.

Chromatographie

Le mécanisme de la chromatographie sur hydroxyapatite est compliqué et a été décrit comme "en mode mixte". Il implique des interactions ioniques entre les groupes chargés positivement sur une biomolécule (souvent une protéine) et les groupes phosphate dans l'hydroxyapatite, et la chélation des métaux entre les ions calcium hydroxyapatite et les groupes phosphate et/ou carboxyle chargés négativement sur la biomolécule. Il peut être difficile de prédire l'efficacité de la chromatographie sur hydroxyapatite sur la base des propriétés physiques et chimiques de la protéine à purifier. Pour l'élution, un tampon avec une concentration croissante de phosphate et/ou de sel neutre est généralement utilisé.

Utilisation en archéologie

En archéologie , l'hydroxyapatite provenant de restes humains et animaux peut être analysée pour reconstituer les régimes alimentaires anciens , les migrations et le paléoclimat. Les fractions minérales des os et des dents agissent comme un réservoir d' oligo-éléments , dont le carbone, l'oxygène et le strontium. L'analyse des isotopes stables de l'hydroxyapatite humaine et faunique peut être utilisée pour indiquer si un régime alimentaire était principalement de nature terrestre ou marine (carbone, strontium); l'origine géographique et les habitudes migratoires d'un animal ou d'un humain (oxygène, strontium) et de reconstituer les températures passées et les changements climatiques (oxygène). L'altération post-dépositionnelle de l'os peut contribuer à la dégradation du collagène osseux, la protéine requise pour l'analyse des isotopes stables.

Défluoration

L'hydroxyapatite est un adsorbant potentiel pour la défluoration de l'eau potable , car elle forme de la fluorapatite au cours d'un processus en trois étapes. L'hydroxyapatite élimine le F de l'eau pour remplacer l'OH formant la fluorapatite. Cependant, pendant le processus de défluoration, l'hydroxyapatite se dissout et augmente le pH et la concentration en ions phosphate, ce qui rend l'eau défluorée impropre à la consommation. Récemment, une technique de défluoration à l'hydroxyapatite modifiée par du calcium a été suggérée pour surmonter la lixiviation du phosphate de l'hydroxyapatite. Cette technique peut également affecter l'inversion de la fluorose en fournissant de l'eau potable alcaline enrichie en calcium aux zones touchées par la fluorose.

Voir également

Les références

Liens externes

Médias liés à l' hydroxylapatite sur Wikimedia Commons