gms | German Medical Science

Fragestellung: Künstliche Gelenkimplantate mit Cobalt-Chrom-Molybdän Legierungen werden routinemäßig eingesetzt. Die Freisetzung von Metallionen aus diesen Implantaten und deren Akkumulation im Organismus wurde bereits nachgewiesen. Dies kann zu Komplikationen wie Pseudotumoren, Hypersensitivitätsreaktion Typ IV und aseptischer Prothesenlockerung führen. Der exakte Pathomechanismus ist jedoch weitestgehend unbekannt. Im Hinblick auf die vermutete Pathogenese der Komplikationen scheint es unabdingbar, den Einfluss dieser Metallionen auf humane immunologische Zellen zu untersuchen.

Methodik: Humane CD4+ T-Lymphoyzten wurden aus Vollblut mittels Ficoll und magnetischer Zellseparation isoliert. Ein Metallionengemisch aus Cobalt(II+), Nickel(II+), Chrom(III+ und VI+) und Molybdän (VI+) wurde aus einer herkömmlichen Knieprothese hergestellt und der Einfluss in unterschiedlichen Konzentrationen (0-1000µg/l) auf CD4+ T-Lymphoyztenkulturen analysiert. Hierbei wurde der Aktivierungsstatus der CD4+ T-Zellen (CD25, CD38, CD45R0, CD45RA, CD62L, CD69, CD95, CD154, HLA-DR), die Viabilität (7-AAD/AnnexinV) und die Proliferation (CFSE Assay) ausgewertet. Analog wurden Cobalt(II+)chlorid, Chrom(III+)chlorid, Molybdän(V+)chlorid und Nickel(II+)chlorid separat untersucht, um die Rolle der einzelnen Metallionen auf die CD4+ T-Zellen zu untersuchen. Statistische Analysen erfolgten mittels t-test und Mann-Whitney U test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Weder das Metallionengemisch noch die einzelnen Metallionen führten zu einer Aktivierung der CD4+ T-Zellen unabhängig von Konzentration und Inkubationszeit. Erst bei 1000µg/l war die Viabilität signifikant erniedrigt. In der stimulierten CD4+ T-Zellkultur kam es bei einer hohen Konzentration (1000µg/l) des Metallionengemisches und des Cobalt(II+)chlorids zu einer signifikanten Suppression der Aktivierung, Reduktion der Viabilität und Anstieg der Apoptose. Zusätzlich zeigte sich eine signifikante Reduktion der Proliferation von stimulierten CD4+ T-Lymphozyten ab 500µg/l. Chrom(III+)-, Molybdän(V+)- und Nickel(II+)chlorid zeigten keinen wesentliche Einfluss auf den Aktivierungsstatus und Viabilität und Proliferation der CD4+ T-Lymphozyten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass hohe Konzentrationen an in-vivo freigesetzten Metallionen sowohl supprimierende als auch toxische Wirkung auf immunologische Zellen, insbesondere CD4+ T-Lymphozyten haben. Eine weitere wichtige Rolle im Hinblick auf Toxizität und Suppression spielt wahrscheinlich die Kombination der Metallionen wie sie durch Korrosionsprozesse im menschlichen Körper entstehen. Von den untersuchten einzelnen Metallsalzen scheint Cobalt(II+)chlorid in höheren Konzentrationen toxische und supprimierende Wirkung zu entfalten, während Nickel-, Chrom- und Molybdänchlorid keinen Einfluss haben. Da Cobalt in Cobalt-Chrom-Molybdän Legierungen mit 65% den größten Anteil ausmacht, ist es möglich, dass sowohl Cobaltionen als auch die Kombination verschiedener Metallionen das immunologische Milieu im periimplantären Gewebe modulieren.