Metallabrieb verhindert Knochenbildung

Metall-auf-Metall-Hüftprothesen haben einen entscheidenden Nachteil: Durch Abrieb werden Kobalt und Chrom freigesetzt. Diese Metalle können nicht nur Entzündungen und andere Folgeerkrankungen auslösen. Sie können auch die natürliche Regeneration des Knochens beeinträchtigen.

Zu diesem Ergebnis kommt eine Forschungsgruppe der Charité Berlin. Die Studie wurde 2016 in der Fachzeitschrift Biomaterials veröffentlicht.

Kobalt und Chrom greifen Stammzellen direkt an

Die Berliner Wissenschaftler konnten nachweisen, dass Kobalt und Chrom Stammzellen im Knochenmark schädigen. Aus diesen Zellen entstehen neue knochenbildende Zellen.

Die Autoren schreiben, dass die Stammzellen offensichtlich die Fähigkeit verlieren, sich zu knochenbildenden Zellen (Osteoblasten) zu entwickeln. Dadurch wird der Aufbau neuen Knochens erschwert und genau der Prozess gestört, der für eine stabile Verankerung einer Hüftprothese notwendig ist.

Metall breitet sich im Körper aus

Die Forscher untersuchten Patienten, deren Metall-auf-Metall-Prothese ausgetauscht werden musste.

Sie fanden Kobalt und Chrom

• in der Gelenkflüssigkeit,
• im Gewebe rund um die Prothese,
• im Knochenmark und
• im Blut.

Nach den Untersuchungen waren die Metallkonzentrationen im Gewebe rund um das Implantat um ein Vielfaches höher als im Blut.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass Abriebpartikel durch Korrosion und körpereigene Fresszellen abgebaut werden. Dadurch werden Kobalt und Chrom freigesetzt. Die Metalle können anschließend auf benachbarte Zellen einwirken und sich bis in das Knochenmark ausbreiten. Die Knochen können sich schlechter erneuern

Alarmierendes Ergebnis

Besonders alarmierend war ein weiteres Ergebnis. Die Stammzellen betroffener Patienten entwickelten sich nicht mehr zu vollständig funktionsfähigen Osteoblasten. Der neu gebildete Knochen wird deshalb nicht mehr ausreichend verfestigt. Er bleibt dadurch weicher und weniger belastbar.

Zur Erklärung:

Unser Körper erneuert Knochen ständig. Dafür gibt es im Knochenmark Stammzellen, aus denen neue Knochenzellen entstehen. Diese bauen neues Knochengewebe auf und machen es fest und belastbar. Die Berliner Studie zeigt, dass Kobalt und Chrom diesen wichtigen Prozess stören können. Dadurch kann sich der Knochen rund um eine Hüftprothese schlechter erneuern.

Auch Laborversuche bestätigten dieses Ergebnis. Bereits Metallkonzentrationen, wie sie im Knochenmark gemessen wurden, reichten aus, um die Funktion der knochenbildenden Zellen deutlich zu beeinträchtigen.

Mögliche Erklärung für Knochenabbau

Nach Auffassung der Autoren liefern die Ergebnisse eine Erklärung dafür, warum es bei Metall-auf-Metall-Hüftprothesen zu Knochenabbau (Osteolyse) und einer Lockerung der Prothese kommen kann.

Die klinische Bedeutung der Ergebnisse wird nach Ansicht der Autoren durch die Erfahrungen von Operateuren gestützt. Diese berichteten häufig, dass der Knochen rund um entfernte Metall-auf-Metall-Prothesen weich oder brüchig gewesen sei. Die Stammzellen konnten also neuen Knochen nicht mehr ausreichend aufbauen und verfestigen. Das heißt, es könne ein Hinweis auf eine unzureichend mineralisierte Knochenmatrix sein.

Warnhinweise ernst nehmen

Der Ulmer Orthopäde Prof. Dr. Heiko Reichel erklärte gegenüber Medscape, die Warnhinweise zum Einsatz von Metall-auf-Metall-Prothesen müssten sehr ernst genommen werden.

Der Einsatz dieser Implantate ist deshalb in Deutschland seit vielen Jahren stark zurückgegangen.

Die Autoren der Studie sehen dennoch weiteren Handlungsbedarf. Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen werden auch heute noch in bestimmten Verbindungen anderer Hüftprothesen eingesetzt. Vor dem Hintergrund ihrer Ergebnisse empfehlen sie, den Einsatz dieser Legierungen an mechanisch stark belasteten Stellen weiterhin kritisch zu prüfen und medizinisch sorgfältig zu begründen.

Quellen

Rakow A. et al., Biomaterials 2016;98:30–41.

Zusammenfassung nach dem Beitrag von Dr. Ingrid Horn, Medscape Deutschland, 11. Juli 2016.