Etude des modifications post-mortem de la phase minérale la dentine sclérotique

Study of post-mortem changes in the mineral phase of sclerotic dentine

• Auteur / Autrice : Élodie Marchand
• Direction : Xavier Demondion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Santé publique, environnement et société
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Taphonomie Médico-Légale (UTML) - Unité de Taphonomie médico-légale et Anatomie - ULR 7367
• Jury : Président / Présidente : Clotilde Rougé-Maillart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Demondion, Anne Bécart, Valéry Hedouin, Benoit Bertrand, Laurent Martrille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Irène François-Purssell, Céline Clément

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modifications postmortem

Calcification dentaire

physiologie

Dentine

Minéralisation (biologie)

Taphonomie légale

Physiologie

Dentine

Mots clés libres

Dentine

Taphonomie

Modifications

Phase minérale

Dentin

Taphonomy

Modifications

Mineral phase

Résumé

Introduction : en médecine légale, l'identification des restes humains est un problème récurrent. L'estimation de l'âge au décès est l'un des critères à évaluer. Chez les adultes, la hauteur de la transparence de la dentine radiculaire est utilisée. Cependant, dans le matériel archéologique, ce phénomène apparaît inconstant et en lien avec des modifications d'aspect de la dentine sclérotique. Le but de ce travail était d'observer les modifications de la dentine sclérotique à différents délais post-mortem en se concentrant sur la partie minérale qui est le composant principal de ce tissu et qui est susceptible d'avoir des variations plus marquées sur des délais post-mortem longs. Matériel et Méthode : l'étude comprenait deux parties (rétrospective et prospective) avec 21 dents humaines monoradiculées, trois datées du 18ème siècle provenant de fouilles archéologiques et dix-huit issues de dons du corps à la science de la Faculté de médecine de l'Université de Lille conservées dans des conditions équivalentes et analysées à différents délais post-mortem de 0, 1, 2 et 5 ans. Après inclusion en résine, les dents ont été sectionnées et polies, puis analysées au microscope électronique à balayage, complétés par une analyse semi-quantitative du calcium et du phosphore par microanalyse EDS-X, ainsi qu'une détection large d'éléments du tableau périodique. Dans un second temps nous avons réalisé une analyse cristallographique par diffractométrie en rayons X.Résultats : les analyses ont montré l'existence de modifications tubulaires, chimiques et cristallographiques de la dentine sclérotique en fonction du délai post-mortem. Notre étude au microscope électronique à balayage nous a permis d'observer une différence d'aspect des tubules en lien avec l'augmentation du délai post-mortem : perte du col péritubulaire et obstruction de la lumière des tubules par un matériau hyperdense. La microanalyse a mis en évidence des variations des rapports phosphocalciques entre les différents groupes, notamment au niveau de la jonction avec le cément et plus spécifiquement dans la canine qui pourrait être un bon modèle prédictif pour l'évaluation du délai post-mortem. Par diffractométrie, nous avons confirmé que la phase minérale de la dentine sclérotique, quel que soit le délai post mortem, était composée de cristaux d'hydroxyapatite, avec un meilleur niveau de cristallinité dans les dents archéologiques par rapport aux dents de délai post-mortem 5 ans, mais aussi entre les dents de délai post-mortem de 0 et 1 an, par rapport à 2 ans. Discussion : les différences observées pourraient reposer sur des modifications post-mortem de la phase minérale de la dentine sclérotique par des phénomènes de déminéralisation et reminéralisation, à l'origine d'une variation de la taille des cristaux d'hydroxyapatite situés dans la zone intra tubulaire et par la substitution du calcium par d'autres éléments, sous l'influence d'une action chimique et/ou bactérienne et donc une influence de l'environnement de la dent (buccal et extérieur). Ce travail nécessite d'être poursuivi, d'une part par l'utilisation de techniques d'imagerie permettant l'association d'une étude structurale, chimique et cristallographique comme la microscopie électronique à transmission, mais également par l'étude des modifications du collagène et des protéines non collagéniques rendant plus accessible les composants minéraux aux facteurs extérieurs. Il serait également pertinent de réaliser les analyses sur des dents d'intervalles post-mortem de dizaines d'années.

Introduction: in forensics fields, the identification of human remains is a recurrent problem. Estimating age at death is one of the criteria to be evaluated. In adults, the height of root dentin transparency is used. However, in archaeological material, this phenomenon appears to be inconsistent and related to changes in the appearance of sclerotic dentine. The aim of this study was to observe the changes in sclerotic dentin at different post-mortem intervals, focusing on the mineral part, which is the main component of this tissue and is likely to have more marked variations over longer post-mortem periods.Material and Method: The study included two parts (retrospective and prospective) with 21 monoradicular human teeth, three dating frome the 18th century from archaeological excavations and eighteen from donations of the body to science from the Faculty of Medicine of the University of Lille preserved in equivalent conditions and analyzed at different post-mortem intervals of 0, 1, 2 and 5 years. After resin embedding, the teeth were sectioned and polished, then analyzed by scanning electron microscope, completed by semi-quantitative analysis of calcium and phosphorus using EDS-X microanalysis, as well as broad detection of elements from the periodic table. We then carried out a crystallographic analysis using X-ray diffractometry.Results: The analysis showed the existence of tubular, chemical and crystallographic changes in the sclerotic dentin as a function of the post-mortem interval. Our scanning electron microscope study revealed a difference in the appearance of the tubules linked to an increase post-mortem interval: loss of the peritubular collar and obstruction of the tubule lumen by a hyperdense material. Microanalysis highlighted variations in phosphocalcic ratios among the different groups, notably at the cementum junction and more specifically in the canine, which could be a good predictive model for assessing post-mortem interval. Using diffractometry, we confirmed that the mineral phase of sclerotic dentin, whatever the post-mortem interval, was composed of hydroxyapatite crystals, with a better level of crystallinity in archaeological teeth compared with teeth with a 5-year post-mortem interval, but also between teeth with a 0 and 1 year post-mortem interval, compared with 2 years. Discussion: the differences observed could be due to post-mortem changes of the mineral phase of sclerotic dentin through demineralization and remineralization phenomena, resulting in variations in the size of hydroxyapatite crystals located in the intra-tubular zone and through the substitution of calcium by other elements, under the influence of chemical and/or bacterial action and therefore an influence of the tooth's environment (buccal and external). This work needs to be pursued, on the one hand by using imaging techniques that combine structural, chemical and crystallographic studies, such as transmission electron microscopy, and on the other hand by studying changes in collagen and non-collagenous proteins making mineral components more accessible to external factors. It would also be relevant to carry out analyses on teeth from post-mortem intervals of decades.