S 01/08: Serum Particles

In-vivo-Messung von freigesetzten Serumpartikeln aus Prothesenbestandteilen in Gewebeproben von Patienten

Professor Pierre Hoffmeyer
University Hospitals of Geneva, Division of Orthopaedics, Dept. of Surgery


(abgeschlossen 01/2011)

Das Ziel unseres Projektes ist die Bestimmung der Auswirkungen von kleinsten Partikeln und Ionen, die durch die Abnutzung von Hüftprothesenoberflächen freigesetzt werden, auf das Abwehr- und Immunsystem des Patienten.
1 - 2 % der implantierten Prothesen entwickeln während ihrer Standzeit eine Infektion. Dieses Forschungsprojekt will die Mechanismen untersuchen, die zu dieser Komplikation führen.
Wir haben daher ein Team gebildet, das dieses Phänomen sowohl klinisch als auch im Rahmen von Laboruntersuchungen analysiert. Finanziert aus Mitteln der ENDO-Stiftung arbeitet seit dem 1. November 2008 Frau Dr. Samira Daou, Spezialistin für Infektionskrankheiten, im Labor der Abteilung für Physiologie am Aufbau einer Sammlung von Gewebeproben von Patienten, deren Endoprothesen in der Abteilung für Orthopädie ausgetauscht werden.
Wir konnten bereits feststellen, dass Kunststoffpartikel (Polyethylen) die weißen Blutkörperchen (Leukozyten) daran hindern, Bakterien zu vernichten. Neuerdings haben immer mehr Prothesen ein Lager, in dem Metall auf Metall trifft (metallischer Kopf bildet ein Gelenk mit metallischer Pfanne), um die Abnutzung einzuschränken und die Langlebigkeit der Implantate zu verbessern. Diese neueren Prothesen geben jedoch Chrom- (Cr 3+) und Kobaltionen (Co2+) in hohen Konzentrationen in die Blutbahn ab und möglicherweise sogar in noch höheren Konzentrationen in das umgebenden Gewebe. Daher war unsere erste Aufgabenstellung, die Effekte dieser Ionenkonzentrationen auf die Wirkung der weißen Blutkörperchen zu untersuchen. Die weißen Blutkörperchen bilden die vorderste Linie im Kampf gegen Bakterien und Infektionen. Es schien uns daher von entscheidender Bedeutung zu prüfen, ob und in welchem Ausmaß die Freisetzung von Metallionen diese Zellen beeinträchtigt. Um Bakterien zu vernichten, produzieren die weißen Blutkörperchen ROS (Reaktive Sauerstoffspezies) oder Superoxide, die im Wesentlichen mit Sauerstoff angereichertes Wasser sind. Man kann diese Wirkung eines weißen Blutkörperchens einfach messen, indem man die Menge an produzierten ROS bei Ionenkonzentrationen (Cr3+ und Co2+) bestimmt, die denen im Blut von Patienten mit Hüftendoprothesen vergleichbar sind. Interessanterweise beeinträchtigt Cr3+ nicht die ROS-Produktion. Entscheidender ist jedoch die Tatsache, dass das Vorkommen von Co2+ die Produktion von ROS oder Superoxiden erheblich vermindert. Theoretisch kann Co2+ in hoher Konzentration zu einer größeren Anfälligkeit für prothesenbedingte Infektionen führen. Dies sind aufregende Erkenntnisse, die bisher in der Literatur noch nicht beschrieben wurden. Wir möchten nun unsere ersten Ergebnisse bestätigen und in-vivo-Proben analysieren, um die Konzentrationen und Wirkungen der Ionen im die Prothesen umgebenden Gewebe zu messen.

Publikationen:
Samira Daou, Antoun El Chemaly, Panayiotis Christofilopoulos, Louis Bernard, Pierre Hoffmeyer, Nicolas Demaurex

The potential role of cobalt ions released from metal prosthesis on the inhibition of Hv1 proton channels and the decrease in Staphylococcus epidermis killing by human neutrohphils
Elsvier Biomaterials 32(2011) 1769-1777 doi:10.1016/j.biomaterials 2010.11.016
www.elsevier.com/j.biomaterials