implant, aseptic loosening, periprosthetic osteolysis, metal sensitivity
Discipline
Haematology, immunology, thrombosis, infectious diseases (Council of Medical and Biological Sciences)
80 %
Orthopedics, sport medicine, rheumatology, rehabilitation (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Panel
Clinical Medicine
Department or equivalent
Orthopedy Clinic (University of Pécs)
Participants
Bárdos, Tamás Czipri, Mátyás
Starting date
2007-07-01
Closing date
2012-06-30
Funding (in million HUF)
20.000
FTE (full time equivalent)
1.80
state
closed project
Summary in Hungarian
A pályázat fő célkitűzése, hogy vizsgáljuk a nagyízületi endoprotetika során alkalmazott anyagok biokompatibilitását, valamint a beültetést követően az implantátum és a befogadó szervezet közötti mechanikai és biológiai integráció megváltozását. A megfelelő kompatibilitás és/vagy fixáció hiánya a beültetett implantátum funkciójának az elégtelenségével, annak lazulásával jár. Ennek hátterében az implantátum anyagból keletkező degradációs termékek kiváltotta periprotetikus proinflammatorikus folyamatok és esetleges fémérzékenység, valamint a következményes csontfelszívódás áll. A periprotetikus sejtek aktivációját az általuk kibocsátott solubilis faktorok prospektív mérésén keresztül lehetne kimutatni serumból, valamint a csont metabolizmus megváltozása követhető serumból és vizeletből. A tervezett kísérletekkel megállapíthatnánk, hogy mik azok a paraméterek, amik 1) eltérnek a nem implantált és a panaszmentes, implantált betegekben, 2) különböznek a panaszmentes implantált és a klinikai lazulás jeleit mutató csoportokban, 3) a második pont alapján lehetőség van standardizálni markereket, melyek prognosztizálják az implantátum lazulást még a klinikai tünetek beállta előtt. Preventív, kilazulás ellenes terápia követésére is alkalmasak lehetnek a jövőben a 3. pontban standardizált serum és vizelet változók. Preop. és postop. történnének fémérzékenységi vizsgálatok a perifériás vérből izolált leukocytákon, valamint a serumból (cellularis és humoralis immunválasz), amik betekintést adnak a nagyízületi endoprotetika hátterében lévő késői típusú túlérzékenységi reakcióba, melynek fontos szerepe lehet az aszeptikus lazulás aetiológiájában. Jelenleg az aszeptikus lazulás diagnózisát a klinikai tünetek és röntgen lelet alapján lehet biztosan felállítani. Ennek hátránya, hogy ebben a stádiumban a megelőzés már nem lehetséges, csak az implantátum revíziója. Ennek megfelelően igény van az implantátum rögzítettségének folyamatos monitorozására olyan technika segítségével, mely 1) rutinszerűen elvégezhető, 2) minimál invazív eljárás és 3) minden beteg rendelkezésére áll. A célja egy ilyen szűrőrendszernek az, hogy még a klinikai tünetek megjelenése előtt lehetőség legyen prognosztizálni az esetleges aszeptikus lazulást és ezzel párhuzamosan preventív terápiát biztosítani az érintett betegeknek.
Summary
Our specific aim is to analyze the biocompatibility of implant materials and to monitor changes in the fixation between the endoprosthesis and the host tissue. Insufficient compatibility and/or fixation result in implant loosening. Degradation products from implant materials initiate a periprosthetic inflammatory cascade that in turn leads to periimplant osteolysis, which can be worsen by metal sensitivity. The periprosthetic reaction can be monitored in the human serum via measuring soluble mediators released by activated periimplant cells. The changes in bone metabolism (osteolysis) can be detected by analyzing degradation of matrix molecules from serum and urine samples. Based on this, we would like to determine parameters, which are 1) different in patients without implant and in patients having a well-functioning implant, 2) varied in patients with a well-functioning implant and in patients with signs of aseptic implant loosening, 3) therefore markers can be standardized to predict and diagnose aseptic loosening before the onset of clinical symptoms. Metal sensitivity tests will be performed using peripheral blood mononuclear cells before and after implantation. This might give an insight into the delayed-type hypersensitivity reaction induced by implant material, which can also play an important role in the development of aseptic loosening. Currently, the diagnosis of aseptic loosening is based on clinical-radiographic signs. Unfortunately, in this stage of the problem revision surgery is necessary in most of the cases. Therefore, there has been an increasing need for a diagnostic tool to assess the fixation of joint implants, which is 1) a routine procedure, 2) minimally invasive and 3) available for most of the patients. The goal of such diagnostic system is to reveal the presence of aseptic loosening before the onset of clinical-radiographic symptoms, thus providing a chance for prevention.
Final report
Results in Hungarian
Nagyízületi endoprotézis beültetést követően a befogadó szervezetben létrejövő reakciók teljességgel nem ismertek. Jelen tanulmányban implantátum beültetést követően prospektíven vizsgáltuk a beültetett csípőprotézis fém komponenseivel szemben kialakuló szisztémás érzékenységet speciális leukocita tesztekkel, valamint a beültetés helyén fellépő lokális proinflammatorikus és oszteológiai reakciókat szérum és vizelet biomarkerek keresésén keresztül. Fémérzékenységi vizsgálatok során az implantált betegek többsége kis fokú stimulációt mutatott a protézis beültetését követően 3 hónappal, ami az esetek 12%-ban szignifikáns értéket ért el a 6. hónaptól és ezen a szinten maradt a tanulmány végső méréseinél is, igaz ott már 18%-os arányban. Ezek azok a betegek, akiknél az implantátum anyag jelenléte érzékenységi reakciót vált ki egyéni fogékonyság alapján. Biomarker vizsgálatok során a protézis lazulás biztos jeleit mutató csoportban szignifikánsan emelkedettek voltak a krónikus csontvesztés vizelet markerei, valamint a szérum oszteoklaszt aktivációt és steril gyulladást jelző paraméterek, mind a kontrol, mind a panaszmentes csoporthoz viszonyítva. A panaszmentes csoportban is észlelhető volt a betegek egy részénél szignifikáns emelkedés a korai oszteoklaszt aktivitást mutató markerekben, valamint a korai proinflammatorikus citokinekben protézis beültetést követően 36-48 hónappal. Ezek együttváltozása és diszkriminancia analízise alapján a panaszmentes csoportban sikerült elkülöníteni egy alcsoportot (27%), azokat a panaszmentes és jó implantátum funkcióval rendelkező betegeket, ahol egy korai szöveti reakció detektálható volt.
Results in English
The interactions between joint implant components and the host human tissue following hip replacement are not fully understood. In this study, we examined the reactivity of peripheral human leukocytes to various metal ions prior and following hip replacement in order to investigate implant induced metal sensitivity. We also systematically searched for serum and urine biomarkers to detect the periimplant tissue reactions. 6 months after hip replacement, 12% of the patients showed reactivity to the tested metals. Following the 36 month period, 18% of the implanted patients became sensitive to metals (including all the earlier 12%). Orthopedic implant material may induce metal reactivity after implantation in a manner where susceptibility yet to be elucidated. Leukocyte triple assay technique might be a useful tool to test implant material related sensitivity. In the biomarker analysis, patients having a known aseptic implant loosening showed increased levels of urine markers of chronic bone loss and serum markers of proinflammatory cytokines and osteoclast activation, when compared to control and complaint-free, well-functioning implanted groups. The well-functioning group, however, also showed a characteristic cytokine profile: a significant increase of markers of early osteoclast activation and early proinflammatory cytokines was found 36 months following hip replacement distinguishing a subgroup (27%) in which a premature tissue reaction can be detected before the onset of clinical symptoms.
Vermes Csaba, Bellyei Árpád: Biomarkerek szerepe az ízületi implantátum aszeptikus lazulásának diagnosztikájában, Magyar Traumatológia Orthopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet, 2007
Vermes, Cs., Hallab, N.J., Bellyei, Á., Illés, T.: Fémérzékenységi vizsgálatok nagyízületi protetika során, Magyar Traumatológia Orthopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet, 2008
Vermes Csaba: Fémérzékenységi vizsgálatok nagyízületi protetika során, Magyar Ortopéd Társaság, Protézis Kerekasztal Ülése, 2008
Tunyogi Csapó M, Kis-Tóth K, Vermes C, Radács M, Farkas B, Glant T T, Illés T: The role of synovial fibroblasts in pathologic bone resorption: RANKL and OPG expression by human and mouse fibroblasts in arthritis, Journal of Bone and Mineral Research, 43:s40-42, 2008
Vermes, C., Jacobs, J.J., Glant, T.T., Bellyei, A., Illes, T.: Potential biomarkers in the early diagnosis of aseptic loosening of cementless hip implants, Journal of Bone and Joint Surgery Br, 2009 - june, 2009
Vermes Csaba, Tibor T. Glant, Bellyei Árpád, Illés Tamás: EARLY DIAGNOSIS OF ASEPTIC LOOSENING OF HIP IMPLANTS WITH BIOMARKERS, Proceedings of CEOC 2010, 2010
Vermes Csaba, Hallab Nadim, Bellyei Árpád, Illés Tamás: Nagyízületi endoprotetika során kialakuló fémérzékenység, Magyar Traumatológia Orthopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet, 2010
Vermes, C., Hallab, N.J., Jacobs, J.J., Bellyei, A., Illes, T.: In-vivo analysis of biocompatibility of joint endoprosthesis, Journal of Bone and Joint Surgery Br, 91B:s28, 2010
Vermes Cs, Hallab NJ, Jacobs JJ, Bellyei Á, Illés T: In-vivo analysis of biocompatibility of joint endoprothesis, JOURNAL OF BONE AND JOINT SURGERY-BRITISH VOLUME 92B: p. S365, 2011
Kuzsner J, Tunyogi Csapó M, Czipri M, Than P, Vermes C: Csípőízületi implantátum aszeptikus lazulásának korai diagnosztikája biomarkerek segítségével, MAGYAR TRAUMATOLÓGIA ORTOPÉDIA KÉZSEBÉSZET PLASZTIKAI SEBÉSZET 55:(3) közlésre elfogadva, 2012
Vermes C, Kuzsner J, Bárdos T, Than P: Nagyízületi endoprotetika során kialakuló fémérzékenység, MAGYAR TRAUMATOLÓGIA ORTOPÉDIA KÉZSEBÉSZET PLASZTIKAI SEBÉSZET 55:(3) közlésre elfogadva, 2012
Vermes C, Kuzsner J, Bárdos T, Than P: Prospective analysis of human leukocyte functional tests reveals metal sensitivity in patients with hip implant, Journal of Orthopaedic Surgery and Research, 7: lektorálás alatt, 2012
