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Fragestellung: In der Endoprothetik spielt die aseptische Lockerung von orthopädischen Implantaten eine bedeutende Rolle. Insbesondere an den Grenzflächen der Implantate werden Abrieb- und Verschleißprodukte freigesetzt, die zur Generierung von inflammatorischen Mediatoren (z.B. Zytokine) beitragen. Die Folge ist die Endoprothesen-Lockerung verbunden mit der Notwendigkeit zur Revision.

Ziel der Studie war die Bewertung unterschiedlicher Implantatmaterialien hinsichtlich ihrer Beeinflussung von primären, humanen Osteoblasten. Dafür wurde die Freisetzung verschiedener Zytokine (IL-6, IL-8, MCP-1, VEGF) sowie die Synthese von Prokollagen Typ1 nach Exposition mit verschiedenen Abriebpartikeln untersucht.

Methodik: Humane, primäre Osteoblasten (isoliert aus Hüftköpfen) wurden mit verschiedenen Partikeln von phagozytierbarer Größe in den Konzentrationen von 0,01, 0,05 sowie 0,1 mg/ml behandelt. Die Abriebpartikel (mittlere Größe 2–3µm) wurden dabei durch Mikrobewegungen von rauen Ti-6Al-7Nb-, glatten Co28Cr6Mo- sowie polierten 316L-Edelstahl-Hüftstielen im umgebenden Knochenzement mittels eines speziell entwickelten Prüfstandes generiert. Als Vergleich dienten kommerziell erhältliche Partikel aus Polymethylmethacrylat (PMMA), Zirkoniumoxid (ZrO2), Rein-Titan (cp-Ti) sowie Titandioxid (TiO2). Zur Untersuchung der inflammatorischen Reaktion wurde die Menge der generierten Zytokine Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-8 (IL-8), Monocyte Chemoattractant Protein-1 (MCP-1) und Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) im Zellkulturüberstand nach 48 h mittels Multiplex Cytokine Assay (Bio-Rad) gemessen. Zudem wurde die Wirkung der unterschiedlichen Abriebpartikel auf die Kollagensynthese untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die MCP-1-Synthese wird nach 48 h durch die generierten Abriebpartikel sowie cp-Ti- und TiO2-Partikel deutlich gesenkt, wohingegen die IL-8-Synthese induziert wird. Dabei ist eine Dosis-Wirkungsabhängigkeit zu erkennen, bei der die jeweils höchste Partikelkonzentration auch die stärkste Reaktion verursacht. Nach 48h kommt es unter Einwirkung höherer Partikelkonzentrationen (0,1 mg/ml) zu einer Verringerung der VEGF-Expression bei allen Abriebpartikeln. IL-6 scheint nach 48h Inkubation nicht durch die hier verwendeten Abriebpartikel beeinflusst zu werden. Einen deutlich negativen Einfluss haben die verschiedenen Materialien (ausgenommen PMMA und ZrO2) jedoch auf die Prokollagen Typ 1-Synthese.

Die veränderte Regulation von MCP-1 bzw. IL-8 hat möglicherweise einen Einfluss auf die Osteoklastogenese. Verstärkt wird dieser Effekt durch die verringerte Neusynthese von Kollagen Typ 1. Zudem kann die verminderte VEGF-Expression negativ auf die Angionese in der Implantatumgebung und damit die Versorgung des betroffenen Areals wirken.

Zusammenfassend haben die eingesetzten Abriebpartikel und metallischen Referenzpartikel negative Auswirkungen auf die Osteoblastenfunktion und damit die langfristige Integration des Implantats im Knochen.