Expression der Interleukine-1Beta, -6, -10, -18 und Tumornekrosefaktor- Alpha bei aseptischer Lockerung von Hüfttotalendoprothesen

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2009-11-19
Issue Year
2009
Authors
Zeller, Philip
Editor
Abstract

2 Abstract 2.1 Objectives and background Loosening of total hip replacement is an unsolved problem. All successful developments aside, 30 % of all hip replacements still have to be removed after 14 years. The lost of implants as a result of aseptic loosening has been identified in 60- 80 % of all cases. Our study faced the problem of aseptic loosening of total hip replacements, by evaluating the quantities of Interleukin-1Beta, -6, -10, -18 and Tumor Necrosis Factor-Alpha in granulation-tissue. Furthermore we tried to find a staining method for Interleukin-18. 2.2 Material and methods The study enclosed sixteen granulomas of revised total hips performed at the orthopaedic hospital from Rummelsberg. There were three male and thirteen female patients. We formed four test groups according to the quantity of granulation and implant fixation. For every patient and every cytokine, three samples were made and stained by immunhistochemical treatment using specific antibodies. Then we evaluated the sections using digital measurements. Differences in means and standard variances for the percentage of positive cells were evaluated. Significant differences, for groups with more than five individuals, were determined using the Mann-Whitney-U-Test for independent samples with a significance level of p 0.05. 2.3 Results We achieved positive staining for each cytokine in all of the 485 samples. Difference in means and standard variance resulted in 92.5±0.5 %, 77.3±3.8 %, 85.7±3.5 % and 85.8±3.7 % for Interleukin-1Beta. For Interleukin-6 we achieved 67.0±1.0 %, 61.0±4.5 %, 60.0±4.0 % and 65.4±6.4 %. For Interleukin-10 we analysed 85.0±10.0 %, 89.7±6.3 %, 91.0±5.7 % and 95.0±3.3 %. For Interleukin-18 data was 70.0±0.0 %, 50.3±11.9 %, 68.5±9.1 %, 65.4±7.0 % and for Tumor Necrosis Factor-Alpha 84.0±7.0 %, 90.0±2.0 %, 88.0±6.3 % and 75.6±18.9 %. P-value was 0.194 for Interleukin-1Beta, 0.197 for Interleukin-6, 0.715 for Interleukin-10, 0.498 for Interleukin-18 and 0.225 for Tumor Necrosis Factor-Alha. For the first time our study achieved positive staining for Interleukin 18 producing cells, in granulomas of cemented and cement less hip prosthesis by the investigation of different types of implants. 2.4 Conclusions Interleukin-1Beta, -6, -10 and Tumor Necrosis Factor-Alpha, are often discussed factors for the explanation of aseptic loosening of total hip replacements. The appearance of these cytokines in the granulation tissue around the implant and on the interface of bone and implant has been proved in the past. Today’s patterns for the prevention and therapy of aseptic loosening focus on the blocking of the cytokines receptors. New studies are necessary to explain the role of Interleukin-18 in aseptic loosening of total hip replacements.

Abstract

1 Zusammenfassung 1.1 Hintergrund und Ziele Ein ungeklärtes Problem in der Hüftendoprothetik ist die Lockerung der Implantate. Im Zeitraum von etwa 10 bis 14 Jahren wird bei ca. 30 % der Patienten eine chirurgische Revision, in der Regel ein Austausch der Endoprothese, erforderlich. In 60 % bis 80 % der Fälle liegt der Grund in einer aseptischen Prothesenlockerung. Ziel dieser Arbeit war es, das Auftreten verschiedener Zytokine im periimplantären Granulationsgewebe von aseptisch gelockerten Hüfttotalendoprothesen zu erfassen und zu quantifizieren. Wichtiger Bestandteil war der immunhistochemische Nachweis für das Interleukin-18. 1.2 Methoden Es wurde Granulationsgewebe von 16 Patienten (13 weiblich, 3 männlich) untersucht, die sich einer Wechseloperation an der orthopädischen Klinik Rummelsberg unterzogen. Anhand der Ausprägung des Granulationsgewebes und der Implantatfixierung wurden vier Testgruppen erstellt. Intraoperativ entnommenes Granulationsgewebe wurde konserviert und fixiert. Zur Quantifizierung der Zytokine wurden von jeder Gewebeprobe jeweils drei Schnittpräparate hergestellt, durch spezifische Antikörper gefärbt, digital erfasst und ausgezählt. Es wurden die Mittelwerte mit Standardabweichung der gefärbten Zellen, prozentual zur Gesamtzellzahl berechnet. Die statistische Analyse zwischen den Testgruppen, mit mehr als fünf Probanden, erfolgte mit dem Mann-Whitney-U-Test für unverbindliche Stichproben. Ein p-Wert von 0,05 wurde als signifikant bewertet. 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen Die immunhistochemische Färbung konnte bei allen 485 Präparaten für alle Zytokine erfolgreich durchgeführt werden. Die ermittelten Mittelwerte mit Standardabweichung der vier Testgruppen ergaben für das Interleukin-1Beta 92,5±0,5 %, 77,3±3,8 %, 85,7±3,5 % und 85,8±3,7 %. Für das Interleukin-6 67,0±1,0 %, 61,0±4,5 %, 60,0±4,0 %, 65,4±6,4 %. Für das Interleukin-10 85,0±10 %, 89,7±6,3 %, 91,0±5,7 %, 95,0±3,3 %. Für das Interleukin-18 wurden 70,0±0,0 %, 50,3±11,9 %, 68,5±9,1 %, 65,4±7,0 % und für den Tumornekrosefaktor-Alpha 84,0±7,0 %, 90,0±2,0 %, 88,0±6,3 %, 75,6±18,9 % ermittelt. Die berechneten p-Werte für den Vergleich der Testgruppe aseptische Lockerung am zementierten Implantat mit ausgeprägten Granulationsgewebe und Osteolyse, mit der Testgruppe aseptische Lockerung am zementierten Implantat ohne ausgeprägten Granulationsgewebe und Osteolyse ergaben 0,194 für das Interleukin-1Beta, 0,197 für das Interleukin-6, 0,715 für das Interleukin-10, 0,498 für das Interleukin-18 und 0,225 für den Tumornekrosefaktor-Alpha. Unsere Pilotstudie konnte zum ersten Mal den immunhistochemischen Nachweis von Interleukin-18 produzierenden Zellen im Granulationsgewebe von zementierten, zementfrei implantierten, aus verschiedenen Werkstoffen aufgebauten Totalendoprothesen erbringen. 1.4 Praktische Schlussfolgerungen Die Interleukine-1Beta, -6, -10 und der Tumornekrosefaktor-Alpha werden derzeit ausgie-big im Zusammenhang mit der Entstehung einer aseptischen Lockerung von Tota-lendoprothesen diskutiert. Das Auftreten dieser Zytokine im Implantat umgebenden Granulationsgewebe und an der Schnittstelle zwischen Implantat und Knochen, konnte in der Vergangenheit schon mehrfach belegt werden. Derzeitige Therapie- und Prophylaxeansätze sehen den Schlüssel in der Blockade der Zytokin eigenen Rezeptoren. Die Rolle von Interleukin-18 bei der Entstehung einer aseptischen Lo-ckerung stellt eine weitere wissenschaftliche Herausforderung dar und muss Ge-genstand weiterer Forschung bleiben.

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