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In-vitro-Untersuchungen zum Einfluss von generierten Abriebpartikeln aus der Grenzfläche Hüftstiel-Knochenzement auf humane Osteoblasten
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Published: | September 28, 2006 |
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Fragestellung: Hauptgrund für das Frühversagen von Hüftendoprothesen ist die aseptische Lockerung. Diese ist begründet in einer inflammatorischen Reaktion auf Abriebprodukte mit Freisetzung von Zytokinen und direktem Einfluss auf die Funktion humaner Osteoblasten. Ziel der Studie war es, mittels eines In-vitro-Modells die zellulären Reaktionen humaner Osteoblasten auf Abriebprodukte zementierter Hüftendoprothesen zu analysieren.
Methodik: Die Generierung der Abriebpartikel erfolgte in einer speziellen Prüfvorrichtung, welche unter Aufrechterhaltung einer konstanten Flächenpressung definierte oszillierende Relativbewegungen zwischen Endoprothesenstiel und Knochenzement erzeugt. Für die Zellversuche wurden Abriebpartikel aus der Grenzfläche zwischen handelsüblichem zirkonoxidhaltigem Knochenzement und Hüftstielen identischen Designs, aber unterschiedlicher Materialzusammensetzungen (TiAl6Nb7 und CoCr28Mo6) sowie Oberflächentopographien (rau und glatt) verwendet. Diese wurden mit kommerziell erhältlichen Reintitanpartikeln (cp-Ti) und Partikeln aus Zirkonoxid (ZrO2) verglichen. Zur Analyse der Zellreaktionen inkubierten wir humane Osteoblasten, kultiviert aus Spongiosa resezierter Hüftköpfe, mit allen erwähnten Partikelentitäten in Konzentrationen von 0,01, 0,1, 1,0 mg/ml. Anschließend wurden das Zellüberleben mittels MTT, die Expression spezifischer Proteine anhand der Sekretion von Prokollagen Typ 1 und die entzündliche Aktivität über Zytokine wie Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-8 (IL-8) und Tumor Nekrose Faktor Alpha (TNF-α) mittels Multiplex Cytokine Assay bestimmt.
Ergebnisse: Im MTT-Test zeigten Konzentrationen von 1,0 mg/ml eine deutlich reduzierte Zellviabilität, so erreichten beispielsweise Osteoblasten nach Exposition gegenüber Partikeln des glatten CoCr28Mo6-Stiels nur etwa 25% der Aktivität von Osteoblasten in partikelfreier Lösung. Des Weiteren kam es bei den generierten Partikeln sowie bei cp-Ti in jeder Konzentrationsstufe zu einer Verminderung der Syntheseleistung von Prokollagen Typ 1, wohingegen ZrO2 die Expression nur in hoher Dosis supprimierte. Hinsichtlich Zytokinfreisetzung bewirkten hohe Konzentrationen eine Hemmung von IL-6 und IL-8 um den Faktor zehn gegenüber dem Kontrollwert.
Schlussfolgerung: Zusammenfassend neigen die nativen Abriebprodukte von Hüftstielen rauer Oberflächenbeschaffenheit sowie die kommerziell erhältlichen Reintitanpartikel eher zur Hemmung der untersuchten Zellparameter als die übrigen Partikelentitäten. In vorangegangenen Studien konnte gezeigt werden, dass raue Oberflächen zu einer erhöhten Freisetzung metallischer Abriebprodukte führen. Somit ergibt sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen freigesetzten Abriebpartikeln der metallischen Implantatoberfläche und Störungen im Metabolismus humaner Osteoblasten.