MOLEKULARNA OSNOVA ASEPTIČKE NESTABILNOSTI

ENDOPROTEZE ZGLOBA KUKA

Klinika za ortopediju Kliničkog bolničkog centra Zagreb

Veljača 2009.

Dr. sc. Robert Kolundžić, dr. med.

Projekt Ministarstva zdravstva

ENDOPROTEZA ZGLOBA KUKA

najčešće izvođen i najuspješniji rekonstruktivni postupak u ortopedskoj kirurgiji od njegovog uvođenja prije više od 40 godina

Charnley J. J Bone Joint Surg Br.54:61-76;1972.

KOMPLIKACIJE TEP kuka

rane opće tromboza alergijske reakcije lokalne hematom infekcija luksacija endoproteze komplikacije osteotomije

velikog trohantera ektopične kalcifikacije ili

periartikularne osifikacije

kasne infekcija luksacija endoproteze prijelomi prijelomi endoproteze sistemske i različite

dugotrajne komplikacije

aseptička nestabilnost endoproteze zgloba kuka

“bolest sitnih stranih čestica”

Gubitak koštane mase nakon ugradnje endoproteze

1. gubitak kosti kao posljedica prirodnog starenja

2. “stress shielding” - zbog osobina materijala i površinskih karakteristika današnjih endoproteza

3. sekundarni gubitak kosti zbog debrisa sitnih stranih čestica

“Bolest sitnih stranih čestica” ili “Particledisease”

je reakcija organizma na razne izrazito sitne (do 10μm) stranečestice:

metal koštani cement - metilmetakrilat visokomolekularni polietilen

nastaju trošenjem dvaju dijelova endoproteza ili njihovimizravnim kontaktom s koštanim ležištem.

kronična upala

1. transport preko perivaskularnih limfnih prostora

2. pasivna diseminacija preko otvorenih prostora koji komuniciraju

Putevi širenja:

“Bolest sitnih stranih čestica”

Charnley, 1975. prvi je opisao periprotetsku osteolizu Willert i Semlitsch, 1977. izvjestili su o metalnim

djelićima primarno pohranjenih unutar makrofaga u zglobnoj kapsuli, povezano s povećanom fibrozacijomtkiva

Goldring i suradnici, 1983. opisali su sinovijsko membranozno okruženje oko olabavljene cementirane femuralne komponente totalne endoproteze

Jones LC, Hungerford DS. Cement disease. Clin Orthop1987.

“Bolest sitnih stranih čestica”

Mallony i suradnici, 1990. god. nazvali su takve reakcije bez obzira na uzročnika:

“bolest sitnih stranih čestica” ili “particle disease”

Mononuklearni histiocitimultinuklearne gigantske stanice

Strane čestice

AKTIVACIJA STANICA

Oslobađanje različitih medijatora upale ikoštane resorpcije

(Il 1, Il 6, Il 8, Il 10, TNF- alfa, PGE 2,TGF-beta)

BOLEST SITNIH STRANIH ČESTICAAseptička nestabilnost endoproteze zgloba kuka

Debljina

- rizik nastanka ANEP 5 puta veći kod žena koje su imale BMI > 30

J Bone Joint Surg (Br) 1999;81:259-65J Orthop Sci 2006;11:6:592-600

Nagib acetabuluma

Acta Ortop Scand 2004;75:524-32

Acta Orthop. 2006;77:1:57-70

Rizik od ANEP 3 puta manji gdje je kut inklinacije acetabuluma 41-49 stupnjeva

Bolest zbog koje je ugrađena endoproteza

J Bone Joint Surg (Br) 2001;83:579-86

J Orthop Sci 2006;11:6:592-600

Rizik od ANEP 4 puta veći kod bolesnika s DDH

Kirurška tehnika

Acta Ortop Scand 2004;75:524-32

Acta Orthop. 2006;77:1:57-70

do 1 sat, preko 500 op

Veljača 1986. Prosinac 1986.

Lipanj 2001.

EP STABILNAPraćenje 15 godina

“Stability of Endler CementlessPolyethylene Acetabular Cup: Long-

term Follow-up ”

Cro Med J 2005;46:2:261-267.

Conclusion – similar biomechanical load conditions

No statistically significant differences in patientswhen comparing “condition” (stable vs. unstable) of endoprostheses according to the variables:

body weight acetabuloplasty trochanter osteotomy PE angle

ENDOPROTEZA

STABILNA EP NESTABILNA EP

VRIJEME

BOLEST SITNIH ČESTICA

BIOMEHANIČKI UVJETI

?Molekularna razina individue

DEMOGRAFSKI I LOKALNI ČINITELJI

Hipoteza

“Bolesnici kod kojih nastaje rana aseptička nestabilnost TEP zgloba kuka

genetski se razlikuju od bolesnika s dugotrajnim stabilnim EP.”

Javna rasprava za temu disertacije MEF Sveučilišta u Zagrebu, 2004. god

Polimorfizam pojedinačnih nukleotida (SNP)

SNP je zamjena nukleotida u molekuli DNA, koja je uobičajena u populaciji, pri čemu se niti jedan alel ne smatra “standardnim”

učestalost u populaciji mora biti od 1% ili više

ukoliko se nalazi u promotorskom i/ili kodirajućem području njihovo se postojanje odražava na građu i funkciju ekspresijskog proteina

Važnost polimorfizma pojedinačnih nukleotidau ortopediji - osteoporoza

Hinke V i sur. Association of transforming growth factor - ß1 (TGFß1)T29 —C gene polymorphism with bone mineral density (BMD), changes in BMD, and serum concentrations of TGFß1 in a population-based sample of postmenopausal German women. Calcif Tissue Int. 2001;69:315-20.

Garnero P i sur. Association between a functional interleukin – 6 gene polymorphism and peak bone mineral density and postmenopausal bone loss in women. Bone 2002;31:1:43-50

Um JY i sur. Gene polymorphisms in tumor necrosis factor alpha locus and waist-hip ratio in obese Koreans. Clin Chim Acta. 2003;338:1-2:117-22.

Važnost polimorfizma gena IL–6, TGF-β1 i TNF-α1 u kliničkoj praksi – transplantacija i

ugradbeni materijali Muller-Steinhardt M i sur. Cooperative influence of the interleukin-6

promoter polymorphisms -597, -572 and -174 on long-term kidneyallograft survival. Am J Transplant 2004;4:402-6.

Awad MR i sur. Genotypic variation in the transforming growthfactor-beta1 gene: association with transforming growth factor-beta1 production, fibrotic lung disease, and graft fibrosis after lungtransplantation. Transplantation 1998;66:1014-20.

Campos MI i sur. Early failure of dental implants and TNF-alpha (G-308A) gene polymorphism SR. Implant Dent 2004;13:95-101.

Wilkinson JM i sur. Variation in the TNF alfa gene promoter and risk of osteolysis after total hip arthroplasty. J Bone Miner Res 2003;18:1995-2001.

Važnost polimorfizma pojedinačnih nukleotidau ortopediji - TEP kuka

“Single nucleotide polymorphisms in the interleukin-6 (IL-6) gene promoter, tumor necrosis factor-α (TNF-α) gene

promoter and transforming growth factor-β1 (TGF-β1) gene signal sequence as predictors of time to onset of aseptic

loosening after total hip arthroplasty – a preliminary study”

J Orthop Sci 2006;11:6:592-600.

Disertacija MEF Sveučilišta u Zagrebu, 2006. god

5,5 puta veći rizik za ANEP8 puta veći rizik za ANEP

rezultati su vrlo INDIKATIVNI, ali ne omogućuju “konačni” zaključak

nastaviti istraživanje na većem broju ispitanika s različitim tipovima endoproteza s valjanom metodologijom

Generalni zaključak

Projekt Ministarstva znanosti i obrazovanja“Molekularna osnova aseptičke nestabilnosti

endoproteze zgloba kuka”

Klinika za ortopediju KBC ZagrebDr.sc. Robert Kolundžić, dr. med. – voditelj projekta

Grupa za sistemsku biomedicinuInstitut Ruđer Bošković Prof. dr. sc. Krešimir Pavelić

1. ispitati utječu li SNP-ovi u genima za «ključne» citokine na rizik nastanka aseptičke nestabilnosti (veći broj bolesnika s različitim vrstama endoproteza)

Cilj istraživanja

Bolesnici - Cilj 1

retrospektivni dio istraživanja u Klinici za ortopediju, KBC Zagreb

od 1995. do 2008. godine 946 RETEP i/ili reacetabuloplastika zbog aseptičke nestabilnosti endoproteze

prikupljanje uzoraka krvi pozvanih bolesnika koji su potpisali informirani pristanak

Metodologija - Cilj 1

Analiza biomehaničkih čimbenika pri primarnoj ugradnji EP:

RTG mjerenje kuta nagiba acetabuluma BMI bolesnika razlog ugradnje EP operater dodatni postupci:

- acetabuloplastika- osteotomija trohantera

Metodologija - Cilj 1

Laboratorij za molekularnu patologiju Zavoda za molekularnu medicinu, Institut Ruđjer Bošković –Zagreb

“cross-sectional” analiza genotipa na genomskoj DNA ispitanika koja je izdvojena iz stanica pune krvi

PCR -polymerase chain reaction RFLP -restriction fragment length polymorphism

2. započeti «tragati» za drugim «genima-kandidatima» uključenim u ovaj proces

Cilj istraživanja

Bolesnici - Cilj 2 prospektivni dio istraživanja u Klinici za ortopediju, KBC Zagreb

Uzimanje uzoraka tkiva – acetabulum ili femur, kod bolesnika koji dolaze na RETEP ili reacetabuloplastiku

Uzorak 1 - Bolesna pseudomembrana Uzorak 2 – zdrava spongioza (isti bolesnik)

Metodologija - Cilj 2

Laboratorij za molekularnu patologiju Zavoda za molekularnu medicinu, Institut Ruđjer Bošković – Zagreb

Proteomika - uključuje analizu cjelokupnog sadržaja proteina u nekoj stanici, tkivu ili tjelesnoj tekućini te njihovih funkcija i interakcija

Proteini su molekularni „izvršitelji“ različitih funkcija gena unutar stanica, a sudjeluju u svim signalnim putevima koji nadziru rast i diobu stanica

Kompjuterska analiza “spotova” pogodnih za MS

Proteinski profil

ZDRAVO BOLESNO

2D elektroforeza

http://www.expasy.org/sitemap.html

MALDI TOF/TOF4800

INTERAKTOMIKA

Bioinformatika - statistička obrada rezultata

MEĐUSOBNI ODNOSI IDENTIFICIRANIH PROTEINA

Izbjeći šumu podataka!

POTVRDA TEZA

WESTERN BLOT IMUNOHISTOKEMIJA IMUNOCITOKEMIJA

B Z B Z B Z

Molekularna biologija – Klinička primjena

“Slaganje mozaika bolesti –novi pristup u liječenju”

Pojačivaći upalotvornogmehanizma:

Citokini (polipeptidi)Aktivirani enzimi Proinflamatorni medijatori(prostaglandini, TNF, IL)

Sitna strana čestica

Upala

Geni, proteini, metaboliti... ?

Geni, proteini, metaboliti... ?

Koštani metabolizam

Molekularna biologija – Klinička primjena

Dijagnostičko - prognostičke svrheidentifikacija specifičnog genotipa mogla bi biti: prognostički čimbenik za procjenu rizika za svakog

pojedinog bolesnika, pomoći u odluci o izboru endoproteze (konstrukcija,

materijal),

Terapeutske svrhe (genska terapija)

180°

IDEJA TERAPIJSKOG DJELOVANJA

POTICANJE PROIZVODNJE

PROTEINAKOJI NEDOSTAJU

BLOKIRANJE UČINKA

ODREĐENIH PROTEINA

Aseptička nestabilnost endoproteze zgloba kuka

Radiološka analiza

Davor Čarić, dr. med.dr.sc. Robert Kolundžić, dr. med

sklerozacija na mjestu opterećenja endoproteze

radiolucentna linija (širine ≥1mm; 1-2mm; ≤2mm)

osteolitički defekt vidljivi navoji acetabularnog

dijela (polietilenski)

određivanje u zonama po DeLee-Charnley i po Gruenu

mjerenje migracije smjer migracije

Radiološki znakovi nestabilnosti EP

Clin. Othop 1976;121:20-32Clin Orthop. 1979;141:17-27

RTG klasifikacija po Kruglugeru - acetabulum

Stabilna endoproteza sklerozacija - da - ne; vidljivi navoji ili

radiolucentna linija širine ≥ 1mm u jednoj zoni

Vjerojatna nestabilnost endoproteze vidljivi navoji ili radiolucentna linija širine 1-2 mm u

dvije zone

Rana nestabilnost endoproteze vidljivi navoji ili radiolucentna linija širine 1-2

mm u dvije i više zona i osteolitički defekt veći od 2 mm

Definitivna nestabilnost endoproteze vidljivi navoji ili radiolucentna linija širine 1-2

mm u dvije i više zona i osteolitički defekt veći od 2 mm te migracija endoproteze koja može biti kranijalna i medijalna

Int Orthop 1993;17:259-265

Stabilna endoproteza sklerozacija - da; vidljivi navoji ili radiolucentna linija širine ≥

1mm u jednoj zoni

1

2

3

4

5

7

6

1

2

3

Stabilna endoproteza sklerozacija - da; vidljivi navoji ili radiolucentna linija širine ≥

1mm u jednoj zoni

Vjerojatna nestabilnost endoprotezevidljivi navoji ili radiolucentna linija širine 1-2 mm u dvije zone

10 god. iza ugradnje EP

Definitivna nestabilnost endoproteze vidljivi navoji ili radiolucentna

linija širine 1-2 mm u dvije i više zona i osteolitički defekt veći od 2 mm te migracija endoproteze koja može biti kranijalna i medijalna

13 god. iza ugradnje EP

10 god. iza ugradnje EP

Vjerojatna nestabilnost endoprotezevidljivi navoji ili radiolucentna linija širine 1-2 mm u dvije zone

Bolesnik H.J. 48 god.

10 godina iza ugradnje EP

Bolesnik H.J. 48 god.

12 god. iza ugradnje EP

Bolesnik H.J. 48 god.

10 godina iza ugradnje EP

Moguća nestabilnost- radiolucencija oko više od 50%

endoproteze

Vjerojatna nestabilnost- radiolucencija oko cijele endoproteze

Definitivna nestabilnost- migracija endoproteze, prijelom

cementa ili endoproteze

Klasifikacija nestabilnosti po Harissu -femuralni dio

J Bone Joint Surg Am. 1986;68:1064-6.

1

3

4

5

7

6 2

Moguća nestabilnost- radiolucencija oko više od 50%

endoproteze

Vjerojatna nestabilnost- radiolucencija oko cijele endoproteze

Definitivna nestabilnost- migracija endoproteze, prijelom

cementa ili endoproteze

1

3

4

5

7

6 2

Zaključak

Potrebna je:

• rana radiološka detekcija nestabilnosti EP kriteriji po zonamamjerenje ekscentričnosti glave

• kako bi smanjili opseg i način reoperacijskihpostupaka