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Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik

Editor-in-Chief: Dössel, Olaf

Editorial Board Member: Augat, Peter / Gehring, Hartmut / Haueisen, Jens / Jockenhoevel, Stefan / Lenarz, Thomas / Leonhardt, Steffen / Niederlag, Wolfgang / Plank, Gernot / Radermacher, Klaus M. / Schkommodau, Erik / Schmitz, Georg / Stieglitz, Thomas / Witte, Herbert / Boenick, Ulrich / Jaramaz, Branislav / Kraft, Marc / Lenthe, Harry / Lo, Benny / Mainardi, Luca / Micera, Silvestro / Penzel, Thomas / Robitzki, Andrea A. / Schaeffter, Tobias / Snedeker, Jess G. / Sörnmo, Leif / Sugano, Nobuhiko / Werner, Jürgen / Wintermantel, Erich /


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Volume 57 (2012)

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Zytokinprofil einer humanen Knochenmarkzellkultur unter dem Einfluss von UHMW-PE Abriebpartikeln / Cytokine profile of a human bone marrow cell culture under the influence of UHMW-PE wear particles

A Wilke1 / I Bartsch2 / M Kratz3 / D Jones4 / 5

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*Korrespondenzadresse: Dr. med. Stefan Endres, Philipps-Universität Marburg, Baldingerstrasse, 35033 Marburg, Deutschland, Tel.: +49(6421)2863691

Citation Information: Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering. Volume 50, Issue 10, Pages 330–336, ISSN (Online) 1862-278X, ISSN (Print) 0013-5585, DOI: 10.1515/BMT.2005.046, March 2008

Publication History

Published Online:
2008-03-17

Abstract

Es gibt zahlreiche Hinweise, dass Abriebpartikel eine entscheidende Rolle bei der aseptischen Lockerung einer Endoprothese spielen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von Partikeln des hochmolekulargewichtigen Polyethylens, im Hinblick auf die Zytokinfreisetzung in einem neuartigen in vitro Modell zu untersuchen.

UHMW-PE Partikel mit einer durchschnittlichen Größe von < 7.5 μm wurden in unterschiedlichen Konzentrationen (105, 106 and 107 Partikel pro Kulturschale) in einer Kollagen I-Suspension gelöst und in den Kulturschalen befestigt. Im Anschluss wurden 3×106 humane Knochenmarkzellen pro Kulturschale auf die befestigten Partikel ausgesät und für 12 Tage kultiviert. Die Reaktion der Zellen auf die Partikel wurde lichtmikroskopisch, rasterelektronenmikroskopisch und anhand eines ELISA (IL-6, IL-1b und TNF-a) mit Kollagen befestigten Zellkulturen ohne Partikel verglichen.

Die lichtmikroskopische Auswertung zeigte vor allem eine Einscheidung der Partikel, die sich zu großen Konglomeraten (Ø7,5_m) zusammen gelagert hatten und weniger phagozytierte Partikel, welches rasterelektronenmikroskopisch bestätigt wurde. Die Ergebnisse der Zytokinanalyse ergaben signifikante Unterschiede in der Interleukin-6, TNF-_ und IL-1b-Freisetzung. Eine Beeinträchtigung der Vitalität, durch die UHMW-PE Partikeln, war nicht nachweisbar.

Die Ergebnisse der vorliegenden Studien belegen, dass die partikelinduzierte Zytokinantwort durch UHMW-PE sich hauptsächlich auf Interleukin-6 und TNF-_ bezieht. Des weiteren bekräftigen die Ergebnisse, dass die vorliegende Methode nützlich zur in vitro Analyse von UHMW-PE Abriebpartikeln mit direkten Partikel-Zell-Kontakt ist.

 

There is considerable evidence that orthopaedic wear debris plays a crucial role in the pathology of aseptic loosening of joint prostheses. The purpose of the present study was to evaluate the influence of ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMW-PE) on the cytokine response in a modified in vitro model.

UHMW-PE particles (Ø< 7.5 μm) were suspended in soluble collagen type I and subsequently solidified in different concentrations (105, 106 and 107 particles per well) on the bottom of the wells. Human bone marrow cells in a concentration of 3×106 cells per well were seeded on the collagen-particle substrata and maintained for up to 12 days. The cytokine response (IL-1_, IL-6 and TNF-_) of the cells to the particles were examined by ELISA compared to cells on control collagen surfaces without any particles. Assays for viability using LDH activity were done immediately.

Light and scanning microscopic evaluation revealed that the UHMWPE particles, which have built large conglomerates (Ø7,5_m), were mainly surrounded by the cells and less phagocytosed. The results of the cytokine release revealed significant differences in interleukin (IL)-6, tumor necrosis factor (TNF)- _ and IL-1ß. The cell viability was not affected by the UHMW-PE particles.

The results demonstrate that the particle induced cytokine response by UHMW-PE is mainly by the release of Interleukin 6 and TNF- _. Moreover the results confirm that the present method is useful to evaluate the in vitro effects of UHMW-PE wear particles with direct particle cell contact.

Schlüsselwörter: UHMW-PE; Abrieb; Zelldifferenzierung; direkter Zellkontakt

Keywords : UHMW-PE; wear debris; cell differentiation; direct cell contact

Citing Articles

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[1]
M. Jäger, F. Urselmann, F. Witte, K. Zanger, X. Li, D. C. Ayers, and R. Krauspe
Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2008, Volume 86A, Number 1, Page 61
[2]
Robert Lenz, Wolfram Mittelmeier, Doris Hansmann, Regina Brem, Peter Diehl, Andreas Fritsche, and Rainer Bader
Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2009, Volume 89A, Number 2, Page 370

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