人工關節植入物金屬磨損微粒及組織反應物對巨噬細胞之作用

Abstract

人工關節置換是目前治療嚴重關 節疾病的重要手術之一，雖然此種治 療改善許多病患的關節功能，使其生 活品質大為改善，但是部分病患在接 受置換人工關節一段時間之後，可能 會發生一些併發症，引起人工關節的 鬆脫，不但嚴重損害其關節功能，而 且可能會使病患需要再度接受手術， 重新置換人工關節，可惜這些病患經 一再手術之後，關節功能及骨骼都會 逐漸變差，嚴重影響治療成效，因此 防範發生人工關節置換後的併發症， 已成為骨科醫學的重要課題之一。 在置換人工關節以後，由於體內 增加大量的異體材質，在長期使用之 後會引起磨損，並且會釋出人工關節 材質的一些磨損微粒，進而引起人工 關節周圍組織發生局部變化，這些磨 損微粒包括金屬磨損物，聚乙烯磨損 物以及骨水泥磨損物等，依種類而 異，這些可能會引起局部的炎性反 應，造成進一步的局部骨骼吸收，使 人工關節的固定鬆動，進而引起鬆 脫，也可能會影響局部神經及肌肉組 織的病變，造成更多的傷害。本研究 小組曾經針對人工關節鬆脫病患在接 受再度手術時所取出的人工關節周圍 之偽膜組織進行組織學檢查及免疫化 學染色檢，結果發現這些組織內含有 許多磨損金屬微粒，而且也可證明組 織內含有蛋白分解酵素，可說明人工 關節所引起的局部組織病變，這些變 化也可能會影響局部其他組織的生理 功能。由於在臨床上無法取得各種不 同組織進行研究分析，因此，本研究 的目標乃希望利用植入與人工關節同 材質的金屬塊於動物體內的模擬動物 模式來進行進一步研究，以深入探討 其他組織內的金屬離子分佈情形，並 且研究與炎性反應可能有關的因素， 探討更多的人工關節植入後的局部生 理變化。結果發現利用植入與人工關 節同材質的金屬塊(組成為Ti6Al4V)於 動物體內的模擬動物模式，我們發現 在植入物四周組織（腿部）有發炎現 象，而且實驗動物血液中鈦元素含量 有明顯增加情形。為進一步瞭解巨噬 細胞培養模式，並且利用NO 釋放及 其生成酵素的測量，作為炎性反應的 指標，以研究巨噬細胞暴露金屬磨損 微粒或金屬元素(主要觀察鈦元素)後 所造成的炎性反應。我們發現鈦離子 會改變免疫細胞的免疫功能，在鈦離 子(0.01-0.06 mM) 處理的大鼠肺部巨 噬細胞(primary culture cells)會抑制內 毒素(lipopolysaccharide, 10 mM)誘導的 iNOS 基因(mRNA)及蛋白的表現，進 而抑制NO 釋放；雖然在大鼠肺部巨 噬細胞，鈦離子本身(0.01-0.06 mM)並 無能力誘導iNOS 的表現，但其在鼠類 2 巨噬細胞株(cell lines)- RAW264.1 及 J774，即有能力誘導iNOS 蛋白的表 現。此顯示鈦離子的活體外細胞作 用，似乎具有細胞種類的差異性。