Lockerungen von Metallimplantaten aufgrund von Partikelexposition des umgebenden Gewebes sind eine der wesentlichen Ursachen für eine erneute Operationen und den Austausch der Endoprothese von Hüfte oder Knie. Die genaue Rolle dieser Metallpartikel, die zu nicht bakteriellen Entzündungen führt, ist noch umstritten. Es wird unter anderem vermutet, dass sich die Metalle chemisch verändern und hinter einer isolierenden periimplantären Membran im angrenzenden Knochen und Knochenmark ansammeln. Ein derartiges Prothesen-nahes Synovialgewebe bildet sich sekundär nach einer Implantation. (Die Synovialis oder Gelenkinnenhaut ist eine spezialisierte Schleimhaut, die die Innenseite der Gelenke, Sehnenscheiden und Schleimbeutel auskleidet. Sie
sezerniert den Gelenkschleim).

Die Wissenschaftler vom Julius Wolff Institut der Charité – Universitätsmedizin, vom Berlin Institute of Health, Center for Regenerative Therapies und von der technischen Universität Berlin verwendeten für ihre Untersuchungen den HUMIMIC Chip2 der TissUse GmbH. Humane mesenchymale Stammzellen wurden aus Knochenmarkproben von betroffenen Patienten isoliert. Nach einer weiteren Prozedur wurden die Zellen für die Knochen- und Knochenmark 3D-Kultur verwendet und gezüchtet. Im mikrofluidischen HUMIMIC Chip2 wurde das Knochen-/Knochenmarkmodell 20 Tage unter anderem gegenüber zweiwertigem Cobalt und dreiwertigem Crom über das Medium exponiert. Danach wurden Röntgenfluoreszenzanalysen und verschiedene mikroskopische Untersuchungen durchgeführt.

Die Forscher konnten zeigen, dass verschiedene Metalle aus Implantaten in dem umgebenden Knochen und dem Knochenmark zu finden sind. Dabei wurden die untersuchten Elemente Chrom, Cobalt und Titan bevorzugt in unterschiedlichen Regionen des Knochenmarks zu finden.

Die in dieser Studie durchgeführten räumlich aufgelösten Elementanalysen im Mikro- und Nanobereich liefern wichtige Erkenntnisse über Konzentration, Verteilung, Ort und Akkumulation von metallischen Abbauprodukten in periimplantärem Knochen und Knochenmark. Die Ergebnisse geben wichtige Hinweise auf örtlich begrenzte Verschleiß- und Korrosionsentwicklungen.

Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass bei der Risiko-Nutzen-Bewertung derartiger Medizinprodukte nicht nur die Biokompatibilität eine Rolle spielen sollte, sondern auch ein mögliches Verschleiß- und Korrosionsverhalten.  

Originalpubklikation:
Schoon J et al. (2020). Metal-specific biomaterial accumulation in human peri-implant bone and bone marrow. Adv Sci (2020), DOI: 10.1002/advs.202000412

Weitere Quelle:
https://idw-online.de/de/news?print=1&id=752464