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Fragestellung: Artikulierende Komponenten von Metall-Metall-Hüftendoprothesen (MoM) bestehen aus Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen (CoCrMo). Die Freisetzung von Metallabrieb kann sich klinisch in aseptischen Osteolysen manifestieren. Die Ziele dieser Arbeit ergeben sich aus der Hypothese, dass dissoziiertes Co und Cr im Knochenmark (KM) akkumulieren und matrixmineralisierende Zellen beeinflussen. Daher wurde die lokale Exposition gegenüber partikulärem und dissoziiertem Co und Cr bestimmt und die Auswirkungen dieser Exposition auf mesenchymale Stromazellen des Knochenmarks (MSCs) untersucht.

Methodik: Es wurden 18 Patienten mit Indikation ad Revision einer MoM-Hüftendoprothese und mindestens einer osteolysensuspekten Läsion untersucht. Die Co- und Cr-Exposition wurde in Blut, KM, periprothetischer Flüssigkeit und periprothetischem Gewebe mittels Atomabsorptionsspektroskopie (GF-AAS) bestimmt. Hierbei wurde zwischen partikulären und dissoziierten Bestandteilen unterschieden. In vivo exponierte MSCs wurden aus KM der Patienten isoliert (MoM-MSCs) und in vitro mit Zellen von Probanden, die sich einer Hüfttotalendoprothesenprimärimplatation unterzogen (K-MSCs), verglichen. Außerdem wurden K-MSCs in vitro mit Co2+ und Cr3+ in relevanten Konzentrationen behandelt. Sowohl in vivo als auch in vitro exponierte Zellen wurden hinsichtlich ihrer Viabilität, Proliferation und ihres Differenzierungspotential analysiert. Nach statistischer Testung auf Normalverteilung mittels Shapiro-Wilk-Test wurden Student's t-Tests (p < 0.05) durchgeführt. Für die Experimente bezüglich in vitro Exposition wurde das Signifikanzniveau nach Bonferroni-Holm, aufgrund multiplen Testens, angepasst.

Ergebnisse: Dissoziiertes Co und Cr wurde in allen periprothetischen Kompartimenten inklusive des KM nachgewiesen. Co-Spitzenkonzentration im KM: 977 µg/l; Cr-Spitzenkonzentration im KM: 2 875 µg/l; n = 10. Während die in vivo Exposition gegenüber MoM-Abrieb die Viabilität, Proliferation, Migrationsfähigkeit, adipogene und chondogene Differenzierung der MSCs in vitro nicht beeinflusste, führte sie zu Abnahmen der Matrixmineralisierung an Tag 12 (n = 6, p = 0,009) und der zellulären ALP-Aktivität der MoM-MSCs an Tag 0 und Tag 5 der osteogenen Differenzierung (n = 7; p = 0,012 (Tag 0); p = 0,007 (Tag 5)). In vitro Exposition der K-MSCs gegenüber Co2+ und Cr3+ bestätigte die Abnahme der osteogenen Matrixmineralisierung (n = 6; p = 0,011) und der ALP-Aktivität (n = 6; p = <0,001).

Schlussfolgerung: Die lokale Freisetzung von MoM-Abrieb führt zur Exposition gegenüber dissoziiertem Co und Cr im KM. Als Folge dieser Exposition wurde ein vermindertes osteogenes Potential von MSCs nachgewiesen. Diese zelluläre Beeinträchtigung trägt sehr wahrscheinlich zum Pathomechanismus der periprothetischen Osteolyse bei und erklärt möglicherweise das ungünstige Outcome der Revisionsendoprothetik nach Primärversorgung mit MoM-Implantaten.