Zytokinprofil einer humanen Knochenmarkszellkultur unter Exposition von Titan-Aluminium-Vanadium-Partikeln

Zusammenfassung

Fragestellung: Eine standardisierte humane Knochenmarkszellkultur wurde über einen Zeitraum von zwei Wochen mit Tivanium-Partikeln in verschiedenen Konzentrationen versetzt (10⁹, 10⁸, 10⁷, 10⁶/ml). Ziel dieser Studie war es zu zeigen, dass freigesetzte Tivaniumpartikel, zu einer signifikant erhöhten Freisetzung proinflammatorisch und osteolytisch wirkender Mediatoren führen. Methodik: Anhand der standardisierten humanen Knochenmarkszellkultur wurde ein Zytokinprofil (Interleukin-6, Interleukin-1β, Tumornekrosefaktor-α und LDH) über einen Zeitraum von zwei Wochen analysiert. Ergebnisse: Interleukin-6 zeigte einen konzentrationsabhängigen Anstieg. Interleukin-1β dagegen demonstrierte nur bei der höchsten Konzentration von 10⁹ einen signifikant messbaren Unterschied. TNF-α zeigte bei allen Konzentrationen einen signifikanten Anstieg; das Maximum fand sich bei einer Konzentration von 10⁹ Partikeln pro ml Medium. Diskussion: Die Studie zeigt auf der einen Seite, dass die Tivaniumpartikel mit einer Größe von ≤ 1 μm hinreichend klein sind, um biologische Effekte erzielen zu können. Zum anderen liegt die Hauptaussage darin, dass freigesetzte Tivaniumabriebpartikel zu einer signifikanten Erhöhung der Freisetzung proinflammatorischer und osteolytisch wirkender Mediatoren führen. Die Unterschiede der Ergebnisse zu anderen Zellkulturmodellen lassen sich durch das von uns gewählte humane Knochenmarkszellkulturmodell erklären. Das humane Knochenmark zeichnet sich „in situ” als Effektorgewebe aus, da der Prothesensitz im Knochenmark zu finden ist.

Abstract

Introduction: The purpose of this study was to prove the effect of wear particles, especially Tivanium, in the mechanism of the aseptic loosening of total joint prostheses. Materials and Methods: Therefore, human bone marrow cell cultures were incubated with titanium-aluminium-vanadium particles of different concentrations which were added after the seventh day of culture (10⁹, 10⁸, 10⁷, 10⁶ particles per ml medium). From this time starts the real culture period (2 weeks). During these two weeks the medium was changed and the supernatants were sampled. Using an ELISA the cytokine levels of interleukin-6, interleukin-1β, TNF-α and LDH were measured approximately every second day (1, 3, 6, 8, 10, 14). As a marker for toxicity the activity of LDH was determined. Results: Incubation of a human bone marrow cell culture with titanium-aluminium-vanadium particles led to a maximum release of interleukin-6, interleukin-1β, and TNF-α at high particle concentration (10⁹ particles per ml medium). An increase of interleukin-1β was only detectable at particle concentrations of 10⁹ per ml medium. Exposure of the human bone marrow cell culture to titanium-aluminium-vanadium particles was toxic for high particle concentrations (10⁹ particles per ml medium), as reflected by release of the intracellular enzyme LDH. Discussion: This study shows the ability of tivanium wear particles in a human bone marrow cell culture to induce a signfically higher release of proinflammatory and osteolytic mediators which are responsible for the aseptic loosening of prosthesis and the problem of revisions. In comparison to other cell studies, our results were explained by the human bone marrow cell culture. The human bone marrow is the real effector tissue source “in situ” because the prosthesis is localised intramedullarly.

Schlüsselwörter

Humane Knochenmarkszellkultur - Zytokine - Titaniumpartikel

Key words

Human bone marrow cell culture - Cytokines - Titanium-aluminium-vanadium particles

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