Text

Zielsetzung und Fragestellung: Periprothetische Infektionen (periprosthetic joint infection, PJI) zählen zu den schwerwiegendsten Komplikationen nach Gelenkersatz und stellen eine der häufigsten Ursachen für Revisionseingriffe dar. Im Rahmen der lokalen Entzündungsreaktion führt die Infektion zu erheblichen Veränderungen der periprothetischen Knochenhomöostase. Die dynamische Entwicklung dieser Veränderungen zwischen Explantation und Reimplantation im Rahmen des zweizeitigen Wechsels ist bislang unzureichend charakterisiert. Ziel dieser Studie war es daher, strukturelle und molekulare Veränderungen von Knochen und Synovialflüssigkeit während der aktiven Infektion sowie nach chirurgischer und antibiotischer Therapie zum Zeitpunkt der Reimplantation zu charakterisieren.

Material und Methoden: Die Studie umfasst 30 Patient:innen mit chronischer PJI, bei denen im Rahmen eines zweizeitigen Wechsels sowohl zum Explantations- als auch zum Reimplantationszeitpunkt Knochen- und Synoviaproben gewonnen wurden. Als Kontrollgruppen dienten Proben, die im Rahmen aseptischer Revisionseingriffe sowie bei primärer Hüft- und Knie-Totalendoprothese gewonnen wurden (je n=30). Die Knochenmikrostruktur wurde mittels unentkalkter Histologie und Rasterelektronenmikroskopie analysiert. Immunhistochemisch wurden Marker der Knochenhomöostase untersucht. Die Synovialflüssigkeit wurde mittels Multiplexassay hinsichtlich pro- und antiinflammatorischer Zytokine sowie knochenstoffwechselassoziierter Mediatoren analysiert. Klinische Parameter wurden systematisch erfasst und mit den strukturellen und molekularen Befunden korreliert.

Ergebnisse: Zum Explantationszeitpunkt zeigten PJI-Proben eine gesteigerte Knochenumbaurate mit erhöhter Osteoklasten- und Osteoblastenaktivität sowie weitere Zeichen eines dysregulierten Remodelings, einschließlich vergrößerter Osteozytenlakunen und erhöhter Mineralisationsheterogenität. Die Synovialanalyse ergab ein ausgeprägt proinflammatorisches Zytokinprofil (z. B. IL-1β, IL-6, TNF-α; Abbildung 1 [Abb. 1]). Zum Reimplantationszeitpunkt zeigte sich eine Abnahme der Osteoklastenaktivität und der synovialen Zellzahl. Dennoch persistierten eine erhöhte Sclerostin-Expression sowie strukturelle Veränderungen der Knochenmatrix mit weiterhin erhöhter Mineralisationsheterogenität.

Diskussion und Schlussfolgerung: Diese Studie liefert neue Erkenntnisse zur Pathophysiologie der PJI und deren Auswirkungen auf die Knochenmikrostruktur durch einen hochauflösenden, multiskaligen Analyseansatz. PJI führen zu einer persistierenden Dysregulation der lokalen Knochenhomöostase, die trotz erfolgreicher Infektsanierung über den Reimplantationszeitpunkt hinaus fortbesteht. Die anhaltende Störung des Gleichgewichts zwischen Knochenauf- und -abbau deutet darauf hin, dass die alleinige Eradikation des Erregers für eine vollständige biologische Regeneration nicht ausreicht. Perspektivisch könnten gezielte antiinflammatorische und osteoanabole Therapiestrategien zur Verbesserung der lokalen Knochenregeneration beitragen und das Risiko weiterer mechanischer Komplikationen reduzieren.