Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2010; 77(5):416-424 | DOI: 10.55095/achot2010/071

Výpotky asepticky selhávajících TEP kyčlí a kolen nejsou toxické pro osteoblastyPůvodní práce

J. GALLO1,*, A. ZDAŘILOVÁ2, A. RAJNOCHOVÁ SVOBODOVÁ2, J. ULRICHOVÁ2, L. RADOVÁ3, M. SMI®ANSKÝ1
1 Ortopedická klinika LF UP a FN Olomouc
2 Ústav lékařské chemie a biochemie LF UP v Olomouci
3 Laboratoř experimentální medicíny při Dětské klinice LF UP a FN Olomouc

PURPOSE OF THE STUDY:
A failure of total hip or knee artroplasty is associated with an increased production of joint fluid. This contains wear particles and host cells and proteins, and is assumed to be involved in the pathogenesis of aseptic loosening and periprosthetic osteolysis. This study investigated the effect of synovial fluid from patients with aseptically failed joint prostheses on osteoblast cultures.

MATERIAL AND METHODS:
Synovial fluid samples were obtained from patients with failed total joint prostheses (TJP; n=36) and from control patient groups (n=16) involving cases without TJP and osteoarthritis, without TJP but with osteoarthritis, and with stable TJP. The samples were treated in the standard manner and then cultured with the SaOS-2 cell line which shows the characteristics and behaviour of osteoblasts. Each fluid sample was also examined for the content of proteins, cells and selected cytokines (IL-1β, TNF-α, IL-6, RANKL and OPG detected by ELISA). We tested the hypothesis assuming that the fluids from failed joints would show higher cytotoxicity to osteoblast culture and we also expected higher levels of IL-1β, TNF-α, IL-6, and RANKL in patients with TJP failure and/ or with more severe bone loss. The statistical methods used included the Kruskal-Wallis ANOVA and Mann-Whitney U test.

RESULTS:
The fluids from failed TJPs showed the highest RANKL and the lowest OPG levels resulting in the highest RANKL/OPG ratio. However, there was no evidence suggesting that the joint fluids from failed TJPs would be more toxic to osteoblast culture than the fluids from control groups. In addition, no correlation was found between the fluid levels of molecules promoting inflammation and osteoclastic activity and the extent of bone loss in the hip (in terms of Saleh's classification) or the knee (AORI classification). In fact, the fluids from failed TJPs had higher protein levels in comparison with the controls, but the difference was not significant.

DISCUSSION:
The finding of high RANKL levels and low OPG concentrations is in agreement with the theory of aseptic loosening and periprosthetic osteolysis. The other cytokines, particularly TNF-α and IL-1β, were found in low levels. This can be explained by the stage of particle disease at which the samples were taken for ELISA analysis. It is probable that the level of signal molecules reflects osteolytic process activity and is therefore not constant. The reason for no correlation found between cytokine levels and the extent of bone loss may also lie in the use of therapeutic classifications of bone defects that is apparently less sensitive to the biological activity of aseptic loosening and/or periprosthetic osteolysis.

CONCLUSIONS:
Synovial fluids from failed total hip or knee joint prostheses are not toxic to osteoblast cultures. Cytotoxicity indicators and levels of pro-inflammatory and pro-osteoclastic cytokines (IL-1β, TNF-α, IL-6, RANKL and OPG) do not correlate well with the extent of periprosthetic bone loss.

Klíčová slova: total joint replacement, arthroplasty, aseptic loosening, periprosthetic osteolysis, joint fluid, SaOS-2 cell line, cytotoxicity, cytokines, RANKL, OPG

Zveřejněno: 1. říjen 2010  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
GALLO J, ZDAŘILOVÁ A, RAJNOCHOVÁ SVOBODOVÁ A, ULRICHOVÁ J, RADOVÁ L, SMI®ANSKÝ M. Výpotky asepticky selhávajících TEP kyčlí a kolen nejsou toxické pro osteoblasty. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2010;77(5):416-424. doi: 10.55095/achot2010/071. PubMed PMID: 21040654.
Stáhnout citaci

Reference

  1. ANDERSSON, M. K., ANISSIAN, L., STARK, A., BUCHT, E., FELLANDER-TSAI, L., TSAI, J. A.: Synovial fluid from loose hip arthroplasties inhibits human osteoblasts. Clin. Orthop., 378: 148-154, 2000. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  2. ANDERSSON, M. K., LUNDBERG, P., OHLIN, A., PERRY, M. J., LIE, A., STARK, A., LERNER, U. H.: Effects on osteoclast and osteoblast activities in cultured mouse calvarial bones by synovial fluids from patients with a loose joint prosthesis and from osteoarthritis patients. Arthritis Res. Ther., 9: R18, 2007. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  3. ASPENBERG, P., VAN DER VIS, H.: Fluid pressure may cause periprosthetic osteolysis. Particles are not the only thing. Acta orthop. scand., 69: 1-4, 1998. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  4. ASPENBERG, P., VAN DER VIS, H.: Migration, particles, and fluid pressure. A discussion of causes of prosthetic loosening. Clin. Orthop., 352: 75-80, 1998. Přejít k původnímu zdroji...
  5. BERAUDI, A., STEA, S., CREMONINI, S., VISENTIN, M., TONI, A.: Assessment of five interleukins in human synovial fluid as possible markers for aseptic loosening of hip arthroplasty. Artif. Organs, 33: 538-543, 2009. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  6. BRADFORD, M. M.: A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 72: 248-254, 1976. Přejít k původnímu zdroji...
  7. CLARKE, S. A., BROOKS, R. A., HOBBY, J. L., WIMHURST, J. A., MYER, B. J., RUSHTON, N.: Correlation of synovial fluid cytokine levels with histological and clinical parameters of primary and revision total hip and total knee replacements. Acta orthop. scand., 72: 491-498, 2001. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  8. DENNIS, D. A., BERRY, D. J., ENGH, G., FEHRING, T., MacDONALD, S. J., ROSENBERG, A. G., SCUDERI, G.: Revision total knee arthroplasty. J. Amer. Acad. Orthop. Surg., 16: 442-454, 2008. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  9. FLECHER, X., ROLLAND, C., RIXRATH, E., ARGENSON, J. N., ROBERT, P., BONGRAND, P., WENDLING, S., VITTE, J.: Local and systemic activation of the mononuclear phagocyte system in aseptic loosening of total hip arthroplasty. J. Clin. Immunol., 29: 681-690, 2009. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  10. GALLO, J., KOLAR, M., DENDIS, M., LOVECKOVA, Y., SAUER, P., ZAPLETALOVA, J., KOUKALOVA, D.: Culture and PCR analysis of joint fluid in the diagnosis of prosthetic joint infection. New Microbiol., 31: 97-104, 2008.
  11. GALLO, J., RASKA, M., MRAZEK, F., PETREK, M.: Bone remodeling, particle disease and individual susceptibility to periprosthetic osteolysis. Physiol. Res., 57: 339-349, 2008. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  12. GOODMAN, S. B., KNOBLICH, G., O'CONNOR, M., SONG, Y., HUIE, P., SIBLEY, R.: Heterogeneity in cellular and cytokine profiles from multiple samples of tissue surrounding revised hip prostheses. J. Biomed. Mater. Res., 31: 421-428, 1996. Přejít k původnímu zdroji...
  13. GUPTA, S. K., CHU, A., RANAWAT, A. S., SLAMIN, J., RANAWAT, C. S.: Osteolysis after total knee arthroplasty. J. Arthroplasty, 22: 787-799, 2007. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  14. HAYNES, D. R., CROTTI, T. N., POTTER, A. E., LORIC, M., ATKINS, G. J., HOWIE, D. W., FINDLAY, D. M.: The osteoclastogenic molecules RANKL and RANK are associated with periprosthetic osteolysis. J. Bone Jt Surg., 83-B: 902-911, 2001. Přejít k původnímu zdroji...
  15. HENDRIX, R. W., WIXSON, R. L., RANA, N. A., ROGERS, L. F.: Arthrography after total hip arthroplasty: a modified technique used in the diagnosis of pain. Radiology, 148: 647-652, 1983. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  16. LANDOR, I., VAVŘÍK, P., JAHODA, D., POKORNÝ, D., POPELKA, S., SOSNA, A.: Oválné implantáty v problematice revizí totálních náhrad kyčelních kloubů. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 76: 462-472, 2009. Přejít k původnímu zdroji...
  17. MANDELIN, J., LILJESTROM, M., LI, T. F., AINOLA, M., HUKKANEN, M., SALO, J., SANTAVIRTA, S., KONTTINEN, Y. T.: Pseudosynovial fluid from loosened total hip prosthesis induces osteoclast formation. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater., 74: 582-588, 2005. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  18. MANLEY, M. T., D'ANTONIO, J. A., CAPELLO, W. N., EDIDIN, A. A.: Osteolysis: a disease of access to fixation interfaces. Clin. Orthop., 405: 129-137, 2002. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  19. NIVBRANT, B., KARLSSON, K., KARRHOLM, J.: Cytokine levels in synovial fluid from hips with well-functioning or loose prostheses. J. Bone Jt Surg., 81-B: 163-166, 1999. Přejít k původnímu zdroji...
  20. POKORNÝ, D., ©LOUF, M., DYBAL, J., ZOLOTAREVOVÁ, E., VESELÝ, F., JAHODA, D., VAVŘÍK, P., LANDOR, I., ENTLICHER, G., SOSNA, A.: Nová metoda kvantifikace otěrových částic UHMWPE v okolí kloubních náhrad. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 76: 374-381, 2009. Přejít k původnímu zdroji...
  21. SABOKBAR, A., RUSHTON, N.: Role of inflammatory mediators and adhesion molecules in the pathogenesis of aseptic loosening in total hip arthroplasties. J. Arthroplasty, 10: 810-816, 1995. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  22. SALEH, K. J., HOLTZMAN, J., GAFNI, A., SALEH, L., DAVIS, A., RESIG, S., GROSS, A. E.: Reliability and intraoperative validity of preoperative assessment of standardized plain radiographs in predicting bone loss at revision hip surgery. J. Bone Jt Surg., 83-A: 1040-1046, 2001. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  23. SHANBHAG, A. S., KAUFMAN, A. M., HAYATA, K., RUBASH, H. E.: Assessing osteolysis with use of high-throughput protein chips. J. Bone Jt Surg., 89-A: 1081-1089, 2007. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  24. SCHMALZRIED, T. P., JASTY, M., HARRIS, W. H.: Periprosthetic bone loss in total hip arthroplasty. Polyethylene wear debris and the concept of the effective joint space. J. Bone Jt Surg., 74-A: 849-863, 1992. Přejít k původnímu zdroji...
  25. SIEUWERTS, A. M., KLIJN, J. G., PETERS, H. A., FOEKENS, J. A.: The MTT tetrazolium salt assay scrutinized: how to use this assay reliably to measure metabolic activity of cell cultures in vitro for the assessment of growth characteristics, IC50-values and cell survival. Europ. J. Clin. Chem. Clin. Biochem., 33: 813-823, 1995. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  26. SOSNA, A., RADONSKÝ, T., POKORNÝ, D., VEIGL, D., HORÁK, Z., JAHODA, D.: Polyetylenová nemoc. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 70: 6-16, 2003.
  27. TAKEI, I., TAKAGI, M., IDA, H., OGINO, T., SANTAVIRTA, S., KONTTINEN, Y. T.: High macrophage-colony stimulating factor levels in synovial fluid of loose artificial hip joints. J. Rheumatol., 27: 894-899, 2000.
  28. TAKEI, I., TAKAGI, M., SANTAVIRTA, S., IDA, H., HAMASAKI, M., ISHII, M., FUKUSHIMA, S., OGINO, T., KONTTINEN, Y. T.: Matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of metalloproteinases in joint fluid of the patients with loose artificial hip joints. J. Biomed. Mater. Res., 45: 175-183, 1999. Přejít k původnímu zdroji...
  29. VEIGL, D., NIEDERLOVA, J., KRYSTUFKOVA, O.: Periprosthetic osteolysis and its association with RANKL expression. Physiol. Res., 56: 455-462, 2007. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
  30. WANG, C. T., LIN, Y. T., CHIANG, B. L., LEE, S. S., HOU, S. M.: Over-expression of receptor activator of nuclear factor-kappaB ligand (RANKL), inflammatory cytokines, and chemokines in periprosthetic osteolysis of loosened total hip arthroplasty. Biomaterials, 31: 77-82, 2010. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...