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Fragestellung: Neben der Freisetzung von Abriebpartikeln kommt es bei metallischen Implantatmaterialien zu Korrosionsprozessen und Ionenfreisetzung, wodurch chemisch aktive Proteinverbindungen entstehen. Bislang ist wenig über den Einfluss von Metallionen auf knochenauf- und -abbauende Zellen bekannt. Das Ziel der vorliegenden in-vitro Studie war die Induktion der osteoklastären Differenzierung durch humane Osteoblasten (hOB) und Makrophagen (hM) nach Inkubation mit Metallionen (CoCr28Mo6) in vitro zu analysieren. Es sollte weiterhin untersucht werden, ob eine mögliche osteoklastäre Differenzierung durch einen humanen monoklonalen Antikörper aus der Gruppe der RANK-Ligand-Inhibitoren (Denusomab) gehemmt werden kann.

Methodik: Für die Versuche wurden hOB (n = 4, isoliert aus Hüftkopfspongiosa) mit Metallionen (Endkonzentration: 200 µg/l) von einer CoCr28Mo6-Legierung über 96 h in serumhaltigem Zellkulturmedium mit osteogenen Zusätzen bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Im Anschluss erfolgte die Bestimmung des sezernierten RANKL-Proteins mittels ELISA im Zellkulturüberstand. Dieses betrug 0,19 pg pro µg Gesamtprotein. Um die Wirkung von Metallionen auf hM (n >/= 3, isoliert aus Buffy Coats) zu überprüfen, wurden diese über 96 h wie folgt inkubiert: (1) 200 µg/l Metallionen über 96 h, (2) osteoblastäre Zellkulturüberstände, (3) osteoblastäre Zellkulturüberstände und Zugabe von Denusomab (Endkonzentration: 20 µg/ml) entweder ab Versuchsbeginn oder (4) nach 48 h. Unbehandelte Zellen dienten als Kontrolle. Im Anschluss wurden Genexpressionanalysen von RANK und Trap5b mittels quantitativer Echtzeit-PCR durchgeführt. Das statistische Signifikanzniveau lag bei p </= 0,05 (Mann-Whitney-U-Test).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Inkubation der hM mit den Metallionen bewirkte eine signifikant reduzierte Genexpression von RANK (0,4-fach, p=0,029) und Trap5b (0,1-fach, p=0,029) gegenüber der unstimulierten Kontrolle. Im Gegensatz dazu kam es unter Zugabe von Metallionen in den osteoblastären Zellkulturüberstande zu einem Anstieg der RANK- (1,3-fach) und Trap5b-Genexpression (1,1-fach). Die Behandlung mit Denusomab führte hierbei zu einer signifikanten Reduzierung der RANK-Expression um ca. 40 % (p=0,05), bei den Versuchsbedingungen (3) und (4). Es wurde ein signifikanter Rückgang der Trap5b Expression (p=0,05) nach 48-stündiger Denusomab-Inkubation beobachtet, obgleich eine 96-stündige Gabe von Denusomab (3) keine Veränderung in der Trap5b-Expression zeigte.

Die durch Metallionen induzierte RANK-Produktion von osteoblastären Zellen bewirkt eine Induktion der Osteoklastogenese in hM. Diese kann durch die alleinige Inkubation der hM mit Metallionen nicht hervorgerufen werden. Durch die Gabe von Denusomab konnte die Osteoklastogenese inhibiert werden, wobei der Effekt einer Zeitabhängigkeit unterliegt. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass Denusomab bei Metallionen-bedingten knochenabbauenden Prozessen (Osteolysen) eine therapeutische Wirkung entfaltet und eine Option für die klinische Anwendung darstellen könnte.