aus: Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
Charité – Universitätsmedizin Berlin, Manuela Zingl, 21.06.2016

Hüftimplantate: Metallabrieb schädigt knochenbildende Zellen

Freisetzung von Ionen aus Implantaten mit Metall-Metall-Gleitpaarung

Implantate, bei denen sowohl Kugelkopf als auch Gelenkpfanne aus Kobalt-
Chrom-Molybdän-Legierungen bestehen, sogenannte Metall-Metall-
Gleitpaarungen, können im menschlichen Körper unter Belastung Metallionen
freisetzen. Rückbildungen des Knochens, Osteolysen genannt, sind
beobachtet worden. Einige Implantathersteller haben Produkte dieser Art
bereits vom Markt genommen. Ärzte und Wissenschaftler der Charité –
Universitätsmedizin Berlin und des DRK Klinikums Westend konnten jetzt
nachweisen, dass eine Freisetzung von Chrom und Kobalt zum implantatnahen
Knochenverlust beiträgt. Wie im aktuellen Fachmagazin Biomaterials*
veröffentlicht ist, schädigen Metallionen die Vorläufer knochenaufbauender
Zellen.

Die Implantation eines künstlichen Hüftgelenks gilt als „Operation des
Jahrhunderts“. In Deutschland werden jährlich etwa 220.000 dieser
Eingriffe durchgeführt. Die Mehrzahl von ihnen verläuft zufriedenstellend,
zahlreiche Patienten erlangen weitgehende Schmerz- und Bewegungsfreiheit
zurück. Heute werden in der Regel Implantate mit Metall-Polyethylen- oder
Keramik-Keramik-Gleitpaarung eingesetzt. Bei Implantaten mit Metall-
Metall-Paarung sind vermehrt Knochenrückbildungen festgestellt worden, was
eine frühzeitige Wechseloperation erfordert.

Die Berliner Wissenschaftler haben jetzt Veränderungen in gelenknahem
Gewebe, in der Gelenkflüssigkeit und im Knochenmark analysiert, die durch
eine Chrom- und Kobaltbelastung ausgelöst werden. Dabei hat sich gezeigt,
dass nicht nur Abriebpartikel, sondern auch gelöste Metalle eine
entscheidende Rolle bei der Gesamtbelastung spielen. Die gelösten
Bestandteile erreichen das Knochenmark und schädigen dort die
Vorläuferzellen von knochenmineralisierenden Osteoblasten, sogenannten
mesenchymalen Stammzellen (MSCs). Die Studie verdeutlicht, dass MSCs, die
aus dem Knochenmark von metallbelasteten Patienten isoliert wurden, ihr
Potential zur Differenzierung zu Osteoblasten und somit zum Knochenaufbau
vollständig eingebüßt haben. Diesen Effekt konnten die Forscher anhand von
Zellkulturen unbelasteter Patienten bestätigen, indem sie relevante Mengen
gelösten Chroms und Cobalts in der Zellkultur aussetzten, mit identischem
Resultat.

„Wir konnten zeigen, dass die Bestimmung der lokalen Metallbelastung
entscheidend dazu beiträgt, biologische Konsequenzen der
Metallabriebprodukte zu verstehen und als mögliche Ursachen des Versagens
einer Endoprothese zu identifizieren“, sagt Anastasia Rakow, Ärztin und
wissenschaftliche Mitarbeiterin am Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie
der Charité. Janosch Schoon, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Julius
Wolff Institut und Mitglied der Gesellschaft für Toxikologie, ergänzt:
„Die Freisetzung von Abrieb- und Korrosionsprodukten hat unseren
Untersuchungen zufolge mehrere Ursachen. Neben den Materialeigenschaften
spielen auch biomechanische und anatomische Gegebenheiten des einzelnen
Patienten eine zentrale Rolle. Deshalb benötigen wir systematische
Ansätze, um die tatsächliche Belastung durch die in der Endoprothetik
eingesetzten Metalle abschätzen zu können.“

Tatsache ist: Gelenkprothesen halten immer länger. Auch treten
Komplikationen wie die sogenannte aseptische Lockerung inzwischen deutlich
seltener auf. „Für den langfristigen Erfolg einer Prothese über 15 Jahre
hinaus müssen wir die biologischen Auswirkungen der implantierten
Materialien, vor allem der Metalle, noch besser verstehen“, erklärt Prof.
Dr. Carsten Perka, Ärztlicher Direktor des Centrums für Muskuloskeletale
Chirurgie. „Unser Bestreben ist es daher, die interdisziplinäre
Zusammenarbeit zwischen Medizinern, Toxikologen und Biologen am Berlin-
Brandenburger Centrum für Regenerative Medizin noch weiter
voranzubringen.“ Das Fazit der aktuellen Studie: Risiken, die von Metall-
Metall-Gleitpaarungen ausgehen, übersteigen deren Nutzen. Ihr Einsatz
sollte auf das medizinisch begründbare Maß begrenzt bleiben, folgern die
Forscher. Langfristiges Ziel der Charité-Wissenschaftler ist es, mithilfe
der gewonnenen Erkenntnisse zukünftige Endoprothesendesigns und
-materialien zu optimieren und somit zu bestmöglicher Patientensicherheit
beizutragen.

*Anastasia Rakow, Janosch Schoon, Anke Dienelt, Thilo John, Martin Textor,
Georg Duda, Carsten Perka, Frank Schulze, Andrea Ode. Influence of
particulate and dissociated metal-on-metal hip endoprosthesis wear on
mesenchymal stromal cells in vivo and in vitro. Biomaterials 2016; 98:
31-40. doi:10.1016/j.biomaterials.2016.04.023.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296121630134X

Kontakt:
Prof. Dr. Carsten Perka
Ärztlicher Direktor des Centrums für Muskuloskeletale Chirurgie
Charité - Universitätsmedizin Berlin
t: +49 30 450 515 062
E-Mail: carsten.perka@charite.de

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Quelle: Pressemitteilung:
http://idw-online.de/de/news654781