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Fragestellung: Handgelenksprothesen (MOTEC, Material: CoCrMo, CFR-PEEK) und Daumensattelgelenksprothesen (TOUCH, Material: Titan, UHMWPE) sind etablierte Therapieoptionen bei Panarthrose des Handgelenkes bzw. fortgeschrittener Rhizarthrose. Dennoch treten vereinzelt Komplikationen wie Metallosen, Osteolysen, heterotope Ossifikationen oder Arthrofibrosen auf, die Revisionsoperationen erforderlich machen können. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind bislang nur unzureichend geklärt. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung materialassoziierter Gewebereaktionen mittels eines translationalen Ansatzes.

Methodik: Periprothetische Gewebeproben aus Revisionsoperationen wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), qRT-PCR sowie Protein Arrays analysiert. Explantierte Prothesenkomponenten wurden kryomechanisch zerkleinert und in Zellkulturmodellen mit Makrophagen, Osteoblasten und Fibroblasten untersucht. Die in vitro Untersuchungen beschränkten sich in dieser Analyse auf polymere Prothesenanteile (PEEK, UHMWPE). Es erfolgten Analysen der Zytotoxizität (LDH), Genexpression (qRT-PCR) sowie der Zytokinfreisetzung (IL-6 ELISA) und Protein Arrays.

Ergebnisse: Die Analyse humaner Proben zeigte differenzierte, klinisch korrelierende Expressionsmuster. Frühfibrotische Veränderungen waren durch eine Hochregulation von COL1A1 gekennzeichnet, während mechanisch bedingte Fehlbelastungen ein Remodelling-Profil mit erhöhter Expression von TGFβ1, COL1A1 und DKK1 zeigten. Proben mit Metallose und Osteolyse wiesen ein ausgeprägtes inflammatorisches und dysreguliertes Knochenumbauprofil auf. Im Stressprotein-Array zeigte sich ein progressiver Übergang von frühen metabolischen Anpassungsreaktionen (u.a. SIRT2, Carbonic anhydrase IX) hin zu einem ausgeprägten oxidativ-immunologischen Stressprofil im fortgeschrittenen Stadium (u.a. PON1, IDO, HSP70). In vitro zeigten PEEK- und PE-Partikel insgesamt geringere zytotoxische Effekte. Fibroblasten und Osteoblasten reagierten weitgehend unauffällig, während Makrophagen eine frühe, transiente inflammatorische Aktivierung zeigten.

Schlussfolgerung: Die Daten sprechen für unterschiedliche pathophysiologische Muster, die je nach klinischer Situation variieren und von fibrotischen Veränderungen über mechanisch induzierten Gewebeumbau bis hin zu inflammatorisch geprägten Prozessen mit gestörter Knochenhomöostase reichen.

Während PEEK und PE insgesamt eine zelluläre Verträglichkeit zeigen, weisen insbesondere Makrophagen als zentrale Mediatoren der Fremdkörperreaktion eine differenzierte Aktivierung auf. Dies unterstreicht die Bedeutung immunologischer Prozesse im Kontext von Prothesenkomplikationen.