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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Zytotoxische Effekte von Silberionen und Silbernanopartikeln auf Osteoblasten und Osteoklasten

Meeting Abstract

  • C.E. Albers - Universität Bern, Departement Klinische Forschung, Bern, Switzerland
  • W. Hofstetter - Universität Bern, Departement Klinische Forschung, Bern, Switzerland
  • K.A. Siebenrock - Universitätsspital Bern, Inselspital, Klinik für Orthopädische Chirurgie, Bern, Switzerland
  • R. Landmann - Universitätsspital Basel, Departement Biomedizin, Basel, Switzerland
  • F.M. Klenke - Universitätsspital Bern, Inselspital, Klinik für Orthopädische Chirurgie, Bern, Switzerland

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocGR20-1472

DOI: 10.3205/11dkou526, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou5265

Veröffentlicht: 18. Oktober 2011

© 2011 Albers et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Prothesenassoziierte Infekte sind schwerwiegende Komplikationen, die häufig die Entfernung der Implantate erfordern. Aufgrund der antimikrobiellen Aktivität von Silber sind silberbeschichtete Implantate Gegenstand aktueller Forschung zur Vermeidung von Protheseninfekten. Die Toxizität von Silber auf Knochenzellen wurden bisher jedoch wenig untersucht. Ziel unserer Studie war die Analyse potentieller zytotoxischer Effekte von ionisiertem Silber und Silberpartikeln auf Osteoblasten und Osteoklasten sowie eine Korrelation dieser Effekte mit der antimikrobiellen Aktivität gegen Staph. epidermidis.

Methodik: Kulturen von murinen Osteoblasten (OB) und Osteoklasten (OC) wurden mit Silberpartikeln (mittlerer Durchmesser: 50 nm, 3 µm, 30 µm, Konzentration: 8 µg-500 µg/ml) und AgNO3 (Konzentration: 0.5-500 µg/ml) behandelt. Die Untersuchung der Zellviabilität erfolgte mit XTT Assays. Die Differenzierung von OB und OC wurde anhand der ALP Aktivität (alkalische Phosphatase) bzw. der TRAP Aktivität (Tartrate resistant acidic phosphatase) bestimmt. Titanpartikel (mittlerer Durchmesser: 50 nm, 30 µm) wurden als Kontrollen verwendet, um zu untersuchen, ob potentielle Effekte auf OB und OC ionen- oder partikelvermittelt waren. Die Freisetzung von Silberionen aus Silberpartikeln wurde mittels atomarer Emmissionsspektometrie (AES) quantifiziert. Die Analyse der antimikrobiellen Aktivität von Silberionen und Silberpartikeln erfolgte mit Staph. epidermidis Agar Inhibitions Assays.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: AgNO3 induzierte eine starke Hemmung der Zellviabilität und -differenzierung von Osteoklasten und Osteoblasten [Mittlere inhibitorische Konzentration (IC50; µg/ml), OB Viabilität 0.9±0.3, OB Differenzierung: 1.0±0.3, OC Viabilität 16.0±2.8, OC Differenzierung 5.3±2.1]. Silbernanopartikel führten zu einer dosisabhängigen Verminderung der Zellviabilität und -differenzierung [Mittlere IC50 (µg/ml), OB Viabilität 183.8±14.4, OB Differenzierung: 117.1±9.5, OC Viabilität 335.9±30.8, OC Differenzierung 130.2±11.5]. Silbermikropartikel hatten ebenso wie Titanmikro- und nanopartikel keinen Einfluß auf Zellviabilität und -differenzierung. Mittels AES zeigte sich eine grössen- und dosisabhängige Freisetzung von Silberionen aus Silberpartikeln. Die Agar Inhibitions Assays zeigten eine Dosiskorrelation der antimikrobiellen Aktivität von Silberionen mit den zytotoxischen Effekten auf OB und OC (Tabelle 1 [Tab. 1]).

Silberionen und Silbernanopartikel haben dosisabhängige zytotoxische Effekte auf Osteoblasten und Osteoklasten, die zu einer deutlichen Beeinflussung der Zellviabilität und Zelldifferentierung in vitro führen. Diese Effekte werden vor allem durch ionisiertes Silber vermittelt und korrelieren mit der antimikrobiellen Aktivität. Vor einer weitverbreiteten Anwendung von silberbeschichteten orthopädischen Implantaten mit direktem Knochenkontakt sind daher weitere in vivo Studien erforderlich, um den Einfluss von Silber auf die Osseointegration dieser Implantate zu untersuchen.