Pasienter Med Intoleransereaksjoner På Total Kneutskifting: Kombinert Vurdering Av Allergidiagnostikk, Periprotetisk Histologi Og Peri-implantat Cytokinuttrykksmønster

Abstrakt

Vi utførte en kombinert tilnærming for å identifisere mistenkt allergi mot knelektroplastikk (tkr): patchtest (PT), lymfocytttransformasjonstest (LTT), histopatologi (samlet gradering).; T-og b-lymfocytter, makrofager og nøytrofiler) og semiquantitative real-time-PCR-basert periprotetisk inflammatorisk mediatoranalyse (IFNy, TNFa, IL1-β, IL-2, IL-6,IL-8, IL-10, IL17 og TGFß). Vi analyserte 25 TKR-pasienter med ennå uforklarlige komplikasjoner som smerte, effusjon og redusert bevegelsesområde. De besto av 20 pasienter med påvist metallsensibilisering (11 MED PT-reaksjoner; 9 med bare LTT-reaktivitet). Kontrollprøver var fra 5 kompliserte TKR-pasienter uten metallsensibilisering, 12 oa-pasienter før artroplastikk og 8 PT-pasienter uten artroplastikk. Lymfocytiske infiltrater ble sett og fibrotisk (TYPE IV membran) vevsrespons var hyppigst hos metallsensitive pasienter, for eksempel hos 81% AV DE PT-positive pasientene. Sistnevnte hadde også merket periprosthetic IFNy uttrykk. 8/9 pasienter med revisjonskirurgi ved bruk Av ti-belagte/oksiniumbaserte implantater rapporterte symptomlindring. Våre funn viser at kombinere allergi diagnostikk med histopatologi og periprosthetic cytokin vurdering kan tillate oss å designe bedre diagnostiske strategier.

1. Introduksjon

Hofte-og kneutskifting er svært vellykkede kirurgiske prosedyrer for å gjenopprette livskvaliteten hos artrose-pasienter, og tilsvarende øker implantasjonshastigheten jevnt . Men i en vesentlig del av slike pasienter fører implantatfeil til implantatrevisjon. EN nylig gjennomgang viser en total knee replacement (TKR) revisjonsrate på 9.5% I Tyskland og 8.4% I USA for året 2011 . Innenfor spekteret av forhold som fører TIL TKR-svikt, kan bivirkninger bli funnet, men allergiens rolle er fortsatt et kontroversielt problem. Kutan metallallergi er hyppig i den generelle befolkningen, for eksempel ca. 13% til nikkel (Ni), 2% til kobolt (Co) og 1% til krom (Cr) . Enten slitasje eller korrosjon fører til peri-implantat og systemisk metall (spesielt Ni, Cr eller Co) eksponering av artroplastiske pasienter, og tilsvarende er forekomsten av metallfølsomhet hos pasienter med mislykket implantat rapportert å være økt . Med hensyn til total hofteutskifting ble aseptisk løsning hovedsakelig tilskrevet slitasjeassosiert makrofagdominert fremmedlegemerespons som underliggende mekanisme . I løpet av det siste tiåret har oppmerksomheten vendt seg til rollen som overfølsomhet i peri-implantatbetennelse. Spesielt i metall-på-metall artroplastikk ble det beskrevet en undergruppe av pasienter som viste snarere peri-implantat lymfocytisk betennelse som potensiell utløser implantatfeil . Beskrevne histologiske endringer inkluderer diffus, perivaskulær eller lymfefollikkel (lymfoid) som infiltrasjon av lymfocytter og få makrofager, høye endotel venules og delvis vevnekrose . Metallallergi som en medvirkende faktor ble foreslått av den observerte sammenhengen mellom peri-implantat lymfocytisk betennelse, patch test reaktivitet til metaller, og forbedret lymfocytt transformasjon test (LTT) respons på metaller i en serie av slike pasienter . Det er imidlertid fortsatt kontroversiell diskusjon, om i hvilken grad metallallergi bidrar til» paraplybegrepet » bivirkninger i hofteplastikk . Faktisk kan metallallergiske pasienter godt tolerere de respektive metaller som inneholder implantat . Med HENSYN TIL TKR finnes det også rapporter om kutan metallallergi funnet i forbindelse med komplikasjoner, men det er ennå ikke undersøkt om slik metallallergi er ansvarlig for den biologiske reaksjonen. Som vi ser pasienter med mistenkte implantatintoleransereaksjoner i en spesiell poliklinisk ambulatorisk, lurte vi på om i en serie pasienter med komplisert TKR en potensiell metallfølsomhet kunne knyttes til et bestemt peri-implantat histologisk bilde og cytokinuttrykksmønster. For å adressere potensiell klinisk relevans av funnene kontaktet vi videre pasientene for å se om de har hatt noen fordel av revisjonskirurgi med særlig vekt på potensiell bruk av» hypoallergene » materialer ved revisjonskirurgi.

målet med undersøkelsen var derfor å bedre påvise allergisk etiologi i komplisert TKR ved å kombinere ulike diagnostiske trinn og ved å vurdere klinisk relevans av funnene i en oppfølging.

2. Materialer og Metoder

2.1. Pasienter Og Kontroller

totalt 45 pasienter deltok i studien. Studien er godkjent av etikkomiteen. Følgende pasientgrupper ble analysert.

25 knelektroplastiske pasienter (16 m, 9 f, 37-75 år) med CoCrMo-basert TKR og komplikasjoner som løsning, tilbakevendende effusjoner og smerte ble presentert av deres ortopediske kirurger til vår ambulerende for allergidiagnostikk, siden foregående diagnostikk ikke ga noen indikasjon på problemløsere som malposisjonering/malalignment, brudd eller infeksjon. Ifølge allergidiagnostikkresultatene ble disse pasientene videre tildelt tre grupper. Gruppe I: 11 pasienter (patch test positiv og LTT positiv), Gruppe II: 9 pasienter (patch test negativ og LTT positiv), OG GRUPPE III: 5 pasienter(patch test negativ og LTT negativ).

studien omfattet 12 pasienter (1 m, 52-89 år; «oa-kontrollgruppe») uten implantat, men degenerativ leddsykdom/artrose (OA) før knelektroplastikk.

studien inkluderte 8 pasienter (2 m, 53-75 år; «PT-kontrollgruppe») uten implantat, men hadde gjennomgått patch test (PT) for mistenkte allergiske hudsykdommer. 6/8 hadde Ni-PT reaktivitet, 2/8 hadde Ingen Ni-PT reaktivitet.

hos de 25 TKR-pasientene ble potensiell metallfølsomhet vurdert VED PT og LTT; videre ble periprotetiske vevsprøver oppnådd for histologi, molekylær analyse og mikrobiologi. I TILLEGG ble DET oppnådd EN WOMAC-score ved ambulatorisk besøk for å få tilbakemelding på pasientens oppfatning av dagliglivsaktivitet og smerte. I de 12 oa-pasientene («oa-kontrollgruppe») ble det ved primære tkr-vevsprøver oppnådd for histologi, molekylær analyse og mikrobiologi. I de 8 «PT-kontrollgruppen» pasientene ble biopsier oppnådd fra de 6 Ni-PT reaktive og de 2 Ni-non reaktive PT-områdene for histologi og molekylær analyse. Egenskapene til de 45 pasientene er oppsummert i Tabell 1.

2.2. Patch Test (PT)

I de 25 TKR-pasientene ble En Europeisk standardserie med 30 kontaktallergener inkludert En Co, En Cr og Et ni-preparat (Hermal, Reinbek, Tyskland) supplert med en metall allergen-serie (Brial Allergen GmbH, Greven, Tyskland) samt en bensementkomponentserie ved sementert artroplastikk testet på pasientens rygg. Testpreparater ble brukt I Finn-kamre i 2 dager og reaksjoner ble evaluert på fjerningsdagen og 3 dager etter påføring. I pasientene med bein sement serie testing ble en ekstra lesing utført etter 1 uke. Gradering av hudreaksjonene var som anbefalt av den tyske Kontaktdermatittforskningsgruppen.

2.3. Lymfocytttransformasjonstest (ltt)

Mononukleære celler I Perifert blod (PBMC) ble oppnådd fra heparinisert blod FRA tkr-pasientene ved tetthetssentrifugering På Ficoll-Hypaque (Phadia, Freiburg, Tyskland). Celler ble dyrket I rpmi1640 medium (Biochrom, Berlin, Tyskland) supplert med autologt serum, glutamin, antibiotika-antimykotisk løsning og ikke-essensielle aminosyrer. Alle kulturer ble utført i firedoble i 96-brønnplater (Nunc, Roskilde, Danmark). Stimuli var pan T-celle mitogen fytohemagglutinin (PHA) 2,4 µ / mL, tetanustoksoid (TT) 5 µ/mL, NiSO4, CrCl3 og CoCl2 (7 konsentrasjoner hver fra til ) og kulturmedium alene som kontroll. Etter 5 dager ble cellene pulsert MED 3t tymidin over natten og proliferasjon ble vurdert ved inkorporert radioaktivitet. Stimuleringsindeksen (SI) ble beregnet ved forholdet mellom gjennomsnittlig antall per minutt (cpm) av stimulert til ustimulerte kulturer. SI > 3 ble ansett som positiv.

2.4. Analyse Av Peri-Implantatvev

hos de 25 TKR-pasientene ble vevsprøver hentet fra den nydannede leddkapselen ved revisjonstidspunktet. Minst 2 prober ble sendt for mikrobiologisk evaluering Til Endoklinik Hamburg. De to andre sondene ble behandlet for histologi og en sonde for molekylær analyse. I DE 12 oa-pasientene ble vevsprøver oppnådd ved tidspunktet for primær artroplastisk implantasjon for histologi og molekylær analyse som ovenfor. De 8 «PT-kontrollgruppen» – pasientene gjennomgikk slagbiopsi av Deres Ni-PT-områder på ryggen etter testavlesning På D3. En sonde hver ble oppnådd for histologi og molekylær analyse.

2.5. Histologisk Undersøkelse

det formalinfikserte vevet ble behandlet og beiset med hematoksylin-eosin. Immunhistologi ble utført med antistoffer Mot T-celle (CD3), B-celle (CD20), makrofag (CD68 resp KP1) og nøytrofile (CD15) antigener. Seksjonene ble mikroskopisk undersøkt, og den forholdsmessige fordeling av vevskomponentene inkludert makrofager, diffus eller perivaskulær akkumulering Av T – eller B-lymfocytter og plasmaceller samt det totale reaksjonsmønsteret til vevsprøven ble semikvantitativt vurdert. Den gradering score var i henhold Til Krenn et al. og i TILFELLE av tkr-pasientavledede prøver ble konsensusklassifiseringen brukt. Denne konsensus klassifisering gjør dele peri-implantat vev reaksjonsmønstre i en partikkel dominert fremmedlegeme som respons (type I), en granulocytt dominert infeksiøs type (TYPE II), blandingen Av type i OG II (kombinert Type, TYPE III), og en paucicellular og heller fibrotisk reaksjon (TYPE IV, likegyldig type).

2.6. Molekylær Analyse

følgende prober ble oppnådd i rna-bevarende væske for etterfølgende analyse: fra hver av de 25 TKR-pasientene og 12 oa-kontrollpasienter peri-implantat og subkutant vev (referanse) probe; fra patch test kontrollgruppen 6 Ni-PT-positive prober og 2 prober Fra Ni-ikke-reaktiv teststed (referanse).

Totalt RNA ble isolert fra vevsprøven ved ekstraksjon av fenol / kloroform og revers transkribert til cDNA ved BRUK AV amv revers transkriptase. Uttrykket for følgende cytokiner ble analysert ved semiquantitative RT-PCR I LightCycler: IFNy, TNF, IL1-β, IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL17 Og TGFß. Ekspresjonsverdien ble bestemt i forhold TIL husholdsgenet EF1 – ved Δδ-metoden av schmittgen Og livak .

2.7. Sammenligning Av PRE-Og Postoperativ WOMAC Score

et modifisert score system har blitt brukt i samsvar Med publikasjonen Av Roos et al. . Fra Gruppe i og II-pasientene var preoperativ WOMAC kneskår tilgjengelig, kontaktet vi videre pasienter etter revisjonskirurgi for også å få (ikke mindre enn 6 måneder etter operasjonen) deres postoperative WOMAC-skårinformasjon. Spesielt fokus ble satt på pasienter med revisjon ved bruk av» hypoallergen » materiale.

3. Resultater Og Diskusjon

Metallimplantatallergi er fortsatt en eksklusjonsdiagnose, med en forsinkelse i diagnosen på grunn av manglende sykdomsspesifikke kriterier og behov for å kombinere ulike diagnostiske trinn. Dermed ulike komplikasjoner elicitors er avhørt først I tkr svikt og metall implantat allergi er diagnostisert av EN kombinasjon AV PT, LTT, og histopatologi . Studien som presenteres her tar sikte på å støtte forbedring av diagnostiske verktøy.

3.1. Allergi Diagnostikk

Innenfor de 20 pasientene med metallfølsomhet viste 11 (Gruppe I) PT-reaksjoner på metaller (delvis flere reaksjoner): 10 Til Ni, 6 Til Co, 2 Til Cr, og en av disse 11 pasientene viste OGSÅ PT-reaksjoner på beinsementkomponenter(til gentamicin og benzoylperoksid). I 6/11 var ytterligere LTT-data tilgjengelige og viste 5x Ni reaktivitet og 1 ikke-reaktiv LTT. I de resterende 9 pasientene (Gruppe II) med NEGATIV PT til implantatkomponenter, men positiv LTT, fant vi 9x ltt reaktivitet Til Ni, 1x Til Co. Disse dataene er oppsummert i Tabell 2-4. I flere studier har økt metallfølsomhet blitt funnet hos pasienter med artroplastikk . I større skala, når man sammenligner 100 symptomfrie til 200 kompliserte artroplastiske pasienter, kan en slik økt forekomst av metallallergi-spesielt Til Ni-reproduseres . De fleste data om in vivo metall release forhold er avledet fra hip arthroplasty pasienter. Lokal Frigjøring Av Co og Cr ses imidlertid også ved TKR, og respektive systemisk eksponering hos pasientene er rapportert . Videre kan også betydelig Ni-frigivelse observeres hos Pasienter Med CoCrMo-protesekirurgi . Overvekt Av Ni-allergi i våre pasientgrupper kan dermed ikke bare gjenspeile relativ overvekt Av Ni-allergi i den generelle befolkningen. På den annen side kan selv symptomfrie pasienter med godt utført knelektroplastikk ha kutan metallallergi mot implantatlegeringsmetaller . Dermed, Som Granchi et al. oppgitt i 2012 at tilstedeværelsen av metall følsomhet kan ikke bety implantat svikt mekanisme på enkelt pasient nivå.

3.2. Histologisk Undersøkelse

vi lurte på om periprotetisk vevsanalyse ville bidra til å diskriminere hyperergisk vevsrespons. Til dette formål ble fire forhold valgt for komparativ analyse av vevsprøver. For eksempel ble periprotetiske vevsprøver hentet fra (1) DE 20 TKR-pasientene med komplikasjoner og metallfølsomhet (Gruppe i og II); (2) de 5 TKR-pasientene med komplikasjoner, men ingen metallfølsomhet (Gruppe III); (3) 12 pasienter med degenerativ kneleddsykdom/slitasjegikt (oa-kontrollgruppe) ved primær artroplastikk; og (4) de kutane biopsiene som ble utført på PT-steder hos 8 PT-pasienter (PT-kontrollgruppe), hvorav 6 hadde positiv, eksemematøs PT-reaksjon på Ni og 2 hadde ingen PT-reaksjon på Ni. Vurdering av periprosthetic / (neo) kapsel vev respons ble gjort i henhold til standardisert konsensus klassifisering opprinnelig publisert Av Morawietz et al. i 2006 og revidert Av Krenn et al. . I tillegg ble det lagt vekt på tilstedeværelse Av t-lymfocytter, b-lymfocytter, nøytrofiler og makrofager – og videre ble prober Av Gruppe I, II OG III pasienter også sendt til mikrobiologisk evaluering. Flere uventede funn ble gjort: 9/11 pasienter I gruppe I og 6/9 pasienter I GRUPPE II hadde en kollagenfiberrik, bindevev som lignet periprotetisk vevsreaksjon (TYPE IV / ubestemt type). Og bare 5 av de 20 metallfølsomme pasientene hadde det overordnede bildet av «slitasjepartikkelinducert type» med makrofag dominert respons. Dette er i motsetning til den generelle observasjonen av det meste slitasje partikkel / fremmedlegeme respons som vevsmønster i mislykket artroplastikk og til den eneste 15% TYPE IV (fibrotisk) responsreaktivitet i De 370 prøvene analysert Av Morawietz et al. . Det var ingen tegn på infeksjoner i disse 20 prøvene av Våre Gruppe I og II pasienter. Til tross for å være en dominerende»artrofibrose» -lignende, paucicellulær reaktivitet, ble tilstedeværelse av lymfocytter observert i perivaskulær eller spredt distribusjon(Figur 1 (a) og 1 (b)). I kontrast viste to av de 5 pasientene uten metallfølsomhet infeksjon, og lymfocytisk betennelse ble bare sett hos en av disse pasientene. HOS OA-pasienter ble det igjen observert lymfohistiocytiske infiltrater sammen med fravær av nøytrofiler. Disse funnene er oppsummert I Tabell 2, 3 og 4. Figur 1(a) og 1 (b) er representative histologiske funn hos pasienter I gruppe i og II. Biopsier fra ni-induserte allergiske patchtestreaksjoner ble karakterisert ved perivaskulære og noen ganger diffuse lymfohistiocytiske infiltrater sammen med kontaktallergi-typiske epidermale endringer som vist i et representativt utvalg(Figur 2 (a)). Witzleb et al. spekulert i at perivaskulær eller diffus tilstedeværelse av (T-)lymfocytter i periprotetisk vev kunne tolkes som hyperergisk respons . Derimot, von Domarus og kolleger beskrevet t lymfocytt infiltrasjon som et vanlig funn i vevsprøver av hentet aseptisk løsnet metall-på-polyetylen artroplastier. Dermed konkluderer de at verken nekrobiose eller infiltrasjon av T-lymfocytter bør anses å være spesifikk for overfølsomhetsreaksjoner av metall.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 1

(A) Eksempel på perivaskulær lymfocytisk infiltrering; CD3 flekk. (b) Eksempel på spredte periprotetiske lymfocytter; CD3 flekk.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 2

(A) Histologi av patch test (PT) reaksjon På Ni som viser perivaskulære t-lymfocytiske infiltrater, spredte eosinofiler og epidermale «spongiotiske» endringer. (B) Relativ inflammatorisk mediatoruttrykk i biopsi av positiv PT-reaksjon På Ni. Analyse basert på semiquantitative sanntid RT-PCR.

3.3. Cytokinuttrykksprofil

i lys av de delvis ufullstendige publikasjonene lurte vi neste om vurdering av inflammatorisk mediatoruttrykk kunne forbedre karakteriseringen av vevsresponsmønsteret. I Figur 2 (b) er cytokin RNA-uttrykksmønsteret for en akutt pågående spesifikk kutan forsinket hypersensitivitetsreaksjon overfor Ni vist. Viktige funn er markert oppregulering Av IFNy som typisk markør For Th1-respons som stimulerer den cellulære immunresponsen OG IL-2 som indikerer t-celleaktivering og proliferasjon . Ved vurdering av grupper av metall TKR pasienter med / uten metall følsomhet OG OA-kontrollgruppe, slik oppregulering Av IFNy var også spesielt synlig I Gruppe i pasienter, for Eksempel TKR med komplikasjoner og patch test reaktivitet til metaller. AV de andre mediatorene som ble vurdert, var IL-2-uttrykket i TKR – pasientene mer fremtredende i Gruppe i og I oa-Pasientgruppe-OG TGF-ß litt mer i Gruppe i OG II. Dette gjelder OGSÅ FOR IL-6 (I Gruppe i OG II) og en pasient I Gruppe II (pasient med periprotetisk infeksjon). Disse andre mediatorene er ikke vist da det kun var en individuell økning AV TNF hos OA-pasienter, men ingen større forskjell mellom de ulike gruppene. Økt th1 avstamning engasjement gjenspeiles av økt IFNy uttrykk. Her fant vi markert IFNy oppregulering ikke bare typisk i De Ni-induserte PT-reaksjonene, men spesielt også I Gruppe I TKR-pasientene, noe som tyder på sin rolle i periprotetisk sykdomsprogresjon. Interessant nok rapporterte Jä og kolleger nylig at de fant spredte CD3 + T-celler i grensesnittvevet av aseptisk løsnet hofteplastikk med overveiende makrofagrelatert slitasjepartikkelrespons. Men verken ved kvantitativ PCR eller ved immunhistokjemi kunne de vise signifikant TH1 (nemlig IFNy) ELLER TH2 (IL-4) mediatoruttrykk . Siden BORTSETT FRA IL-6 spesielt TGF – ß kan spille en sentral rolle i utbruddet og varigheten av periprotetisk, artikulær fibrose, analyserte vi her sine respektive uttrykk i de forskjellige vevsprøver. Vi observerte en økning AV TGF-ß i de metallsensitive TKR-pasientene med interindividuelle variasjoner. Figur 3 (a) -3 (c) oppsummerer disse funnene.

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c))

Figur 3

(A) Cytokinuttrykk Av IFNy i vevene til de 5 forskjellige pasientgruppene; cytokinuttrykk ble analysert i forhold TIL husholdsgenet EF-1 og til pasientens kontrollvev ved Hjelp av Δδ-metoden ; (wilcoxon-Mann-Whitney-test utført av SPSS STATISTICAL software). (B) Cytokinuttrykk AV IL-2 i vevene til de 5 forskjellige pasientgruppene; cytokinuttrykk ble analysert i forhold TIL husholdsgenet EF-1 og til pasientens kontrollvev ved Hjelp av Δδ-metoden ; (wilcoxon-Mann-Whitney-test utført av SPSS STATISTICAL software). (c) Cytokinuttrykk Av TGFß I vevet til de 5 forskjellige pasientgruppene; cytokinuttrykk ble analysert i forhold TIL husholdsgenet EF-1 og til pasientens kontrollvev ved Hjelp av Δδ-metoden (wilcoxon-Mann-Whitney-test utført av SPSS STATISTICAL software).

3.4. Sammenligning av PRE-Og Postoperativ WOMAC Score

19 av de 20 TKR-pasientene svarte på vår forespørsel og fullførte en postoperativ WOMAC-scoring. 9 pasienter rapporterte at ved revisjon hadde en» hypoallergen » TKR blitt implantert (8x Ti-basert overflatebelegg, 1x oksiniumbasert implantat). 8/9 pasienter tjente på denne tilnærmingen, som vist i Figur 4. Så langt er det bare saksrapporter eller små pasientserier om potensiell fordel ved bruk av» hypoallergen » TKR . Disse resultatene understreker imidlertid behovet for oppfølgingsstudier i større skala.

Figur 4

WOMAC score før og etter revisjon kirurgi i 9 pasienter som fikk» hypoallergenic » materiale (8x titan, 1x oxinium). Score-systemet har blitt brukt i samsvar Med utgivelsen Av Roos et al. .

det er imidlertid begrensninger i studien: fakta om at periprotetiske vevsprøver bare kan gjenspeile det faktiske stadiet av en dynamisk prosess, og AT oa-pasienter kanskje ikke er like «kontroll» som grensesnittvevprober fra pasienter med velfungerende implantater og det begrensede prøvenummeret i disse undersøkelsene. Dermed er det behov for ytterligere studier for å validere multimodulær diagnostisk tilnærming i metallimplantatallergi.

4. Konklusjoner

denne studien demonstrerer for første gang potensialet for å benytte kombinerte analytiske trinn for å gi en tilnærming til å utvikle diagnostiske egenskaper ved metalimplantatallergi. Allergidiagnostikk (PT og LTT) og periprotetisk histologi peker på immunologisk respons på implantatlegeringsmetaller, og mønsteret av inflammatorisk mediatoruttrykk legger til funksjonell differensiering.

Uventede funn var den dominerende» fibrotiske » type IV-grensesnittresponsen hos DE metallfølsomme TKR-pasientene og det markerte IFNy-uttrykket hos PT-positive TKR-pasientene.

Interessekonflikt

forfatterne erklærer at det ikke er noen interessekonflikt angående publisering av dette papiret.

Anerkjennelser

denne studien ble støttet Av Stipend Fra Endo-Stiftung, Hamburg, Og Stipend Fra B Braun-Aesculap, Tuttlingen og Ludwig-Maximilians-University Of Munich.