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Fragestellung: In der aseptischen Prothesenlockerung spielen Makrophagen, die sich in der periprothetischen Membran in enger räumlicher Nähe zu den substanzabbauenden Osteoklasten und den substanzaufbauenden Osteoblasten befinden, eine bedeutende Rolle (Horowitz et al. 1994, Lind et al. 1998). Sowohl Abriebpartikel als auch bakterielle Lipopolysaccharide (LPS) induzieren die Sekretion proinflammatorischer Zytokine. Diese modulieren auf Basis osteoimmunologischer Reaktionen wiederum den Knochenstoffwechsel (Hallab & Jacobs 2009, Walsh et al. 2006). Dabei spielt das Gleichgewicht von Osteoblasten und Osteoklasten, reguliert durch die Interaktion der osteoblastären Proteine Osteoprotegerin (OPG) und Rezeptoraktivator des nukleären Faktors κB Ligand (RANKL) sowie des osteoklastären Rezeptors RANK, eine zentrale Rolle (Khosla 2001). Antiinflammatorische sowie antiresorptive Eigenschaften des Neuropeptids Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP) wurden unabhängig voneinander beschrieben (Jablonski et al. 2015, Wang et al. 2010).

In der hier vorgestellten Studie wurde untersucht, ob die Inhibition der Partikel- bzw. LPS-induzierten Inflammation durch CGRP den Knochenmetabolismus sowie speziell die Interaktion von Makrophagen und Osteoblasten beeinflusst.

Methodik: THP-1 makrophagenähnliche Zellen wurden in einem Transwell-System mit osteoblastenähnlichen MG-63 Zellen kokultiviert. Zur Simulation osteolytischer Bedingungen wurden die Makrophagen mit LPS (10 pg/ml bzw. 100 ng/ml) oder ultrahochmolekularen Polyethylen (UHMWPE) Partikeln (Zell-Partikel-Verhältnis 1:500) inkubiert. Zeitgleich wurde humanes CGRP (10^-8 M) appliziert. Nach 6, 24 und 48 Stunden wurde die Produktion des proinflammatorischen Zytokins Tumornekrosefaktor (TNF)-α im Zellkulturüberstand quantifiziert. Außerdem wurden die osteoblastären Marker OPG, RANKL, Osteopontin (OPN) und Alkalische Phosphatase (ALP) analysiert. Die statistische Analyse erfolgte mit Hilfe einer einfaktoriellen Varianzanalyse und anschließender Tukey post-hoc Testung (Signifikanz: p < 0,05).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Stimulation von THP-1 Makrophagen mit UHMWPE (2,62 ± 0,196 - 10,31 ± 3,379 pg/ml pro 100.000 Zellen) oder 100 ng/ml LPS (80,75 ± 8,458 - 256,08 ± 59,599 pg/ml pro 100.000 Zellen) induzierte die Produktion von TNF-α (p < 0,0001). Diese wurde durch die Anwesenheit von Osteoblasten (p < 0,0001) sowie zeitweise durch CGRP inhibiert (p < 0,05). Dies führte jedoch in Kokulturen nicht zu einer Modulation des OPG (p > 0,05) / RANKL-Verhältnisses oder einer gesteigerten ALP-Aktivität (p > 0,05). Interessanterweise wurde OPN ausschließlich von THP-1 Makrophagen produziert.

In dem hier verwendeten in vitro System bestand kein direkter Zusammenhang zwischen Inflammation, deren Eindämmung mit CGRP und dem Knochenstoffwechsel. Die Modulation inflammatorischer Reaktionen steht zu Beginn der Osteolyse offenbar im Vordergrund. Dies beeinflusst möglicherweise lediglich die Differenzierung von Osteoklasten, nicht jedoch die Osteoblastenaktivität.