Analyse periprothetischer Fibroblasten und deren Funktion im Bereich orthopädischer und dentaler Implantatlockerungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Susanne Mayer
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 192241435

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Periimplantatgewebe (PIG) zeigten eine signifikant vermehrte Expression osteogener Proteine, proteolytischer Enzyme und der Marker für Osteoklastendifferenzierung und Osteoklastenaktivität. Subgruppenanalysen der PIG belegten, dass sich die Expressionsmuster abhängig von Prothesenstandzeiten deutlich unterschieden. Für Osteoprotegerin (OPG) hingegen wurde im PIG eine signifikante Reduktion der Expression nachgewiesen, die unabhängig vom Stadium der Endoprothesenlockerung vorlag. Periprothetische Fibroblasten (PPF) aus orthopädischen und dentalen PIG wurden und in 2D- und 3D- Kultursystemen untersucht. PPF-Kulturen zeigten im 3D-System eine signifikant niedrigere OPG Expression, die in einem 3D-Kokultursytem (PPF/PBMC) sogar hundertfach reduziert war. 3D-Kulturen bilden somit ein in vitro System, das die im PIG vorliegende Situation mit niedriger OPG Expression der PPF besser simuliert. Entgegen ursprünglicher Hypothesen führte die Kokultivierung jedoch nicht zur Ausbildung aktiver Osteoklasten. Auch eine mittels MCSF/RANKL in PBMC induzierte Osteoklastogeneses konnte durch Zugabe von PPF gehemmt werden. Das durch Fibroblasten gebildete OPG war in der Lage, eine terminale Osteoklastogenese zu verhindern. Im PIG hingegen scheint der starke Abfall der OPG-Expression auszureichen, um eine Osteoklastogenese zu induzieren. Medikamentösen Ersatz für OPG bietet ein monoklonaler RANKL-Antikörper, Denosumab. Dieser wurde elektrochemisch mittels Nanofunktionalisierung auf Titan verankert, ohne seine Funktionsfähigkeit zu verlieren. Immobilisiertes Denosumab führte in Osteoklasten zur signifikanten Reduktion der TRAP Aktivität und der für Osteoklasten spezifischen Isoform TRAP5b. Die Nanofunktionalisierung mit Denosumab wäre in klinischer Hinsicht als Endoprothesenbeschichtung vielversprechend, da sie mit sehr geringen Konzentrationen auskäme und Nebenwirkungen auf ein Minimum reduziert würden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Charakterisierung orthopädischer Periimplantatgewebe und periprothetischer Fibroblasten bei aseptischer Endoprothesenlockerung; III. Münchener Symposium für experimentelle Orthopädie, Unfallchirurgie und muskuloskelettale Forschung; 2013
  Hartmann ES, Koehler MI, Redeker JI, Schmitt B, Jansson V, Mayer S
  
• Endoprosthetic nanofunctionalization of denosumab: a novel approach to prevent aseptic loosening; VI. Münchener Symposium für experimentelle Orthopädie, Unfallchirurgie und muskuloskelettale Forschung; 2016
  Huber F, Koehler MI, Hartmann ES, Redeker JI, Michael J, Reichert J, Jansson V, Mayer S
  
• Factors regulating bone remodelling processes in aseptic implant loosening; J Orthop Res. 2016. Epub ahead of print
  Hartmann ES, Koehler MI, Huber F, Redeker JI, Schmitt B, Schmitt-Sody M, Summer B, Fottner A, Jansson V, Mayer-Wagner S
  
• Rolle molekularer Komponenten bei aseptischer Endoprothesenlockerung; Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie; 2016
  Huber F, Redeker JI, Schmitt B, Fottner A, Jansson V, Mayer S