Osteogenetic growth factors around loosened hip replacements

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-9657-5
Title: Osteogenetic growth factors around loosened hip replacements
Author: Waris, Ville
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine, Department of Anatomy
Department of Medicine, Helsinki University Central Hospital
ORTON Orthopaedic Hospital and Orton Foundation, Helsinki
Department of Orthopaedics and Traumatology, Helsinki University Central Hospital; The National Graduate School of Clinical Investigation
Department of Surgery, Mikkeli Central Hospital
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Total hip replacement (THR) is an efficacious, reliable, and cost effective procedure for reconstruction of hip joints. Aseptic loosening is one of the most significant long-term complications of THR. The aetiology is multifactorial. Both biological and mechanical factors seem to play important roles in aseptic loosening. The formation of a synovial-like membrane between prosthesis or cement and bone is a common pathologic finding in aseptic loosening. The hypothesis in this study was that cytokines, which stimulate bone formation, are decreased in interface tissue (IT) in patients with loose THR compared to control synovial membranes. In this study, the histopathological features of IT were found to be very similar to synovial tissue from OA. However, particulate debris and macrophages/ foreign body giant cells were found in most ITs. Immunohistochemical staining showed up-regulated expression of bFGF, PDGF, TGF-ß1 and TGF-ß2 in interface and pseudocapsular tissues but down-regulated expression of IGF-I in the same areas. IGF-II was down-regulated in pseudocapsular tissues. Expression of BMP-2, -4, -6 and 7 as well as VEGF and its receptors 1 and 2 was similar in ITs when compared to control samples in general, but expression of BMP-4 and VEGF receptor 1 was up-regulated in IT macrophage-like cells and VEGF receptor 1 and 2 also in IT fibroblast-like cells. The cells of origin of these cytokines were macrophages, fibroblasts, and endothelial cells. This study clarified the cytokine spectrum found in interface and pseudocapsular tissue around loose THR. The results do not support the hypothesis that bone formation enhancing cytokines would be consistently decreased in these tissues. All of the studied cytokines can induce scar tissue development and many of them also blood vessel formation, tissue inflammation and some even enhance osteoclastic bone resorption. They most probably have mixed positive and negative effects on implant-bone fixation in the course of aseptic loosening of THR, depending on multiple factors like local concentration of different cytokines, cell-cell contact modulation, periprosthetic tissue (PT) hypoxia and pH, implant micromotion, and systemic factors such as hormones. Despite improving implant technology, it is unlikely that particulate debris and loosening can be completely eliminated. Therefore, additional studies are necessary to elucidate the complex cytokine network in the context of aseptic loosening. Through further understanding of these aseptic loosening processes, it may be possible in the future to modulate or prevent cytokine expression or their effects immunologically or pharmacologically.Lonkan tekonivelleikkaus on luotettava ja kustannusvaikuttava hoitomuoto. Tekonivelen aseptinen irtoaminen on yksi olennaisimmista kyseisen leikkauksen komplikaatioista. Irtoamisprosessiin osallistuu useita mekaanisia ja biologisia tekijöitä ja irtoavan tekonivelen ympärille kehittyy yleensä erityinen nivelkalvon kaltainen kalvorakenne. Väitöskirjatyön hypoteesi oli, että irronneita tekoniveliä ympäröivissä kudoksissa on vähemmän luun kasvua edistäviä kasvutekijöitä kuin verrokkikudoksena toimivissa nivelkalvokudoksissa. Tutkimuksessa havaittiin, että nivelkalvon kaltainen kalvorakenne muistutti histopatologialtaan hyvin paljon verrokkikudoksena ollutta nivelkalvokudosta. Selkeänä poikkeavuutena useimmat ei-kontrollikudokset sisälsivät tekonivelperäisiä materiaalihippusia ja niitä vastaan hyökkääviä makrofageja sekä vierasesinetyyppisiä jättisoluja. Immunohistokemialliset värjäykset osoittivat kasvutekijöitä bFGF, PDGF, TGF-ß1 ja TGF-ß2 olevan enemmän irronneiden tekonivelien ympäristössä kuin verrokkikudoksissa. Kasvutekijöitä IGF-I ja IGF-II oli vähemmän irronneiden tekonivelien ympäristössä kuin verrokkikudoksissa. Kasvutekijöitä BMP-2, -4, -6 ja -7, sekä VEGF ja sen reseptoreita 1 ja 2 oli yleisesti ottaen saman verran irronneiden tekonivelien ympäristössä kuin verrokkikudoksissa. Kuitenkin irronneiden tekonivelten ympäristön makrofageista suurempi osa oli BMP-4 ja VEGF-reseptori 1 -positiivisia ja fibroblastin kaltaiset solut VEGF-reseptori 1 ja -2 -positiivisia kuin verrokkikudosten vastaavat solut. Makrofagit, fibroblastit ja endoteelisolut sisälsivät kaikissa tutkituissa kudoksissa kaikkia edellä mainittuja kasvutekijöitä. Tutkimus toi lisätietoa aseptiseen irtoamiseen liittyvästä sytokiiniverkostosta. Löydökset eivät tukeneet tutkimuksen alkuperäistä hypoteesia. Kaikki tutkituista kasvutekijöistä pystyvät sopivissa olosuhteissa osallistumaan myös arpikudoksen, verisuonten ja kudosinflammaation syntymiseen ja osa niistä jopa osteoklastisolujen suorittamaan luun hajottamiseen. Niinpä tutkituilla kasvutekijöillä on todennäköisesti aseptisen irtoamisen yhteydessä vaihtelevasti hyödyllisiä ja haitallisia vaikutuksia tekonivelen kiinnittymiselle ympäröivään luuhun. Vaikutuksia muuntelevat todennäköisesti useat eri tekijät, kuten kasvutekijöiden konsentraatio, kudosten happipitoisuus, tekonivelen mikroliike, solujen väliset vuorovaikutukset ja elimistön hormonitoiminta. Tekonivelmateriaalien kehittymisestä huolimatta ympäristökudoksiin kertyvistä materiaalihippusista ja aseptisesta irtoamisesta tuskin päästään täysin eroon. Lisätutkimusten avulla voidaan jatkossa selvittää monimutkaisen sytokiiniverkoston toimintaa entistä kattavammin. Kenties tulevaisuudessa pystymme muuntelemaan tai lamaamaan tämän verkoston toimintaa immunologisesti tai lääkeaineilla siten, että tekonivelet saataisiin pysymään pidempään kiinni luussa.
URI: URN:ISBN:978-952-9657-5
http://hdl.handle.net/10138/42479
Date: 2014-01-24
Subject: lääketiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
waris_thesis.pdf 584.9Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record