Diagnostische Wertigkeit von extrazellulären Vesikeln bei der periprothetischen Infektion an Knie-, Hüft- und Schultergelenk
Hintergrund: Die periprothetische Infektion (PPI) gilt als eine der gravierendsten und häufigsten Komplikationen nach Einbau einer Totalendoprothese. Bis heute fehlt ein einheitlicher diagnostischer Goldstandard. „Small extracellular vesicles“ (sEVs) werden von nahezu allen Zelltypen sezerniert und spielen unter anderem im Rahmen einer Infektion bei der Immunreaktion des Wirtes eine Schlüsselrolle.
Methodik: In der dieser vorliegenden Dissertation zugrunde liegenden, prospektiven klinischen Studie wurde die diagnostische Wertigkeit von sEV-Präparaten in der Gelenkflüssigkeit bei der PPI an Knie-, Hüft- und Schultergelenk untersucht. Die Arbeitshypothese lautete, dass die Konzentrationen verschiedener Oberflächenmarker auf sEVs in der Gelenkflüssigkeit von Patienten mit einer PPI verglichen mit Synovialaspirat von Patienten mit einer aseptischen Prothesenlockerung signifikant erhöht seien. Es wurde Gelenkpunktat von 48 Patienten mittels Immunfluoreszenz und bildgebender Durchflusszytometrie auf die Oberflächenmoleküle „cluster of differentiation“ (CD) 9, CD63, CD66b, CD82 und „human leukocyte antigen“-DR (HLA-DR) sowie mikrobiologisch untersucht. Die Probanden unterzogen sich bei persistierenden Beschwerden zum Ausschluss einer PPI als Beschwerdeursache einer Gelenkpunktion. Die Aufteilung der Patienten in eine septische und eine aseptische Gruppe erfolgte gemäß der PPI-Majorkriterien der 2018 modifizierten Diagnosekriterien der Musculoskeletal Infection Society.
Ergebnisse: 35 Patienten (72,9%) wiesen eine aseptische und 13 Patienten (27,1%) eine septische Prothesenlockerung auf. Die Konzentrationen an CD9 zeigten sich entgegen der Arbeitshypothese in der Gelenkflüssigkeit der septischen Gruppe statistisch signifikant erniedrigt (p=0,002). Folglich kann der Nachweis von CD9 zur Differenzierung zwischen septischer und aseptischer Prothesenlockerung beitragen. CD82 war im Synovialaspirat der septischen Gruppe in statistisch signifikant erhöhter Konzentration nachweisbar (p<0,0001). Die Konzentrationen der übrigen Marker unterschieden sich zwischen beiden Gruppen nicht signifikant (CD63: p=0,372; CD66b: p=0,634; HLA-DR: p=0,558).
Schlussfolgerungen: Die Bedeutung von sEVs für die Diagnostik der PPI ist bisher kaum erforscht worden. CD82 und CD9 könnten als zukünftige Marker in der Gelenkflüssigkeit genutzt werden und die Diagnosefindung der PPI verbessern. Dies sollte in Studien mit einem größeren Patientenkollektiv (n=500 – 1000) validiert werden.
Background: Periprosthetic joint infection (PJI) is considered one of the most common and severest complications after total joint arthroplasty. Currently, a diagnostic “gold-standard” is missing. To address this knowledge gap, the prospective clinical trial which the present dissertation is based on focused on small extracellular vesicles (sEVs). These are secreted by almost all cell types and play a key role in the host´s immune response during an infection. The purpose of this thesis was to examine the diagnostic relevance of sEV preparations in the synovial joint fluid from knee, hip and shoulder arthroplasty upon PJI. The underlying research hypothesis was defined as follows: The concentrations of different sEV surface markers in joint fluid taken from patients with PJI could be significantly increased compared to synovial fluid obtained from probands with prosthetic failure due to aseptic loosening.
Methods: Joint fluid was withdrawn from 48 patients with painful knee, hip and shoulder arthroplasty and underwent microbiological testing as well as imaging flow cytometry. Therefore, five potential sEV markers, cluster of differentiation (CD) 9, CD63, CD66b, CD82 and human leukocyte antigen-DR (HLA-DR), were labelled with fluorescence-tagged antibodies against these surface molecules. Joint aspiration was conducted in all patients to rule out PJI as one possible cause for persisting pain. PJI was diagnosed based on the major criteria of 2018 'Definition of Periprosthetic Joint Infection’ (modified criteria of the Musculoskeletal Infection Society).
Results: 35 patients (72.9%) were classified as the aseptic group and 13 patients (27.1%) as the PJI group. As it turned out, the results partly contradicted the initial research hypothesis. The detected levels of CD9 were significantly lower in the PJI group than those in the aseptic group (p=0.002). This finding does mean, however, that CD9 could function as a biomarker to distinguish aseptic loosening (statistically significantly higher concentrations) from PJI. Contrarily, the measured concentrations of synovial fluid CD82 were significantly higher in the PJI group than in the aseptic group (p<0.0001). There was no statistically significant difference between groups regarding the detected levels of CD63 (p=0.372), CD66b (p=0.634), and HLA-DR (p=0.558).
Conclusion: To date, the importance of sEVs for diagnosis of PJI has rarely been researched yet. The results obtained point to the possibility that CD9 and CD82 could serve as potential sEV markers in synovial fluid to improve diagnostics regarding PJI. This should be examined in further studies that include a higher number of patients (n=500 – 1,000).