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Zielsetzung und Fragestellung: Trotz erheblicher Fortschritte in der Endoprothetik bleibt die Freisetzung von Metallionen aus Endoprothesen ein klinisch relevantes Problem, da sie zur Entstehung von aseptischen Entzündungen mit nachfolgenden Revisionseingriffen beitragen kann. Die zugrunde liegenden immunologischen Mechanismen sind bislang unzureichend geklärt. Ziel dieser experimentellen In-vitro-Studie war es, die frühe zelluläre Immunantwort humaner Knochenmarkzellen auf Cobalt-Chrom-Exposition mittels systematischer Immunphänotypisierung zu charakterisieren und zu prüfen, ob sich Muster zeigen, die eine adaptive Sensibilisierung als möglichen Mechanismus metallinduzierter periprothetischer Entzündungsreaktionen nahelegen.

Material und Methoden: Intraoperativ gewonnene Knochenmarkproben von 21 Patienten mit primärer Hüft- oder Knieendoprothese wurden untersucht. Nach Primärisolation der Knochenmarkzellen mittels Dichtegradientenzentrifugation erfolgte eine 24-stündige in vitro Exposition (37°C und 5% CO2) gegenüber Cobalt (II)- und Cobalt (III)-Chlorid bei Konzentrationen von jeweils 0,1, 1,0 und 10 mg/L. Die Immunphänotypisierung erfolgte mittels multiparametrischer Durchflusszytometrie mit Antikörperpanels für Myeloide-Populationen und T-Zell-Populationen.

Ergebnisse: Die CoCr-Exposition führte zu einer signifikanten Zunahme der Monozyten sowie einer Abnahme neutrophiler Granulozyten und CD4+-T-Zellen. Neutrophile Granulozyten zeigten dabei eine konzentrationsabhängige Zunahme der HLA-DR-Expression. CD62L war auf Monozyten deutlich erhöht, wohingegen CD66b und CD294 vermindert exprimiert wurden. CD4+- und CD8+-T-Zellen zeigten eine selektive Hochregulation von CD223 (LAG-3). Zudem kam es zu einer Verschiebung der T-Zell-Differenzierung mit relativer Zunahme von Effektor-Memory-Zellen und Abnahme naiver T-Zellen. Eine Homing- und Aktivierungsanalyse ergab eine reduzierte CD62L-Expression auf CD8+-, NK- und NKT-Zellen sowie eine Hochregulation von CD69 auf CD4+-T-Zellen.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die Daten zeigen eine konzentrationsabhängige Immunmodulation des zellulären Knochenmarkkompartiments mit myeloider Verschiebung und Differenzierung hin zu Effektor-Memory-T-Zellen bei gleichzeitiger Checkpoint-Induktion. Dieses Muster ist vereinbar mit einer frühen Aktivierung adaptiver Immunmechanismen und könnte einen Hinweis auf eine potenzielle metallinduzierte Sensibilisierung liefern. Diese experimentellen Ergebnisse tragen damit zum besseren Verständnis der Pathogenese von Cobalt-Chrom-induzierten periprothetischen Entzündungsreaktionen bei. Eine präzisere Charakterisierung dieser Mechanismen könnte langfristig die Identifikation potenzieller immunmodulatorischer Therapieansätze ermöglichen.