Periprosthetic osteolysis: genetics, mechanisms and potential therapeutic interventions

Periprosthetic osteolysis: genetics, mechanisms and potential therapeutic interventions

Can J Surg 2012;55(6):408-417 | PDF

Shahryar Noordin, MBBS; Bassam Masri, MD

From the Department of Orthopaedic Surgery, University of British Columbia, Vancouver, BC

Abstract

Aseptic loosening and periprosthetic osteolysis occur as a result of the biological response to particulate wear debris and are one of the leading causes of arthroplasty failure. Periprosthetic osteolysis originates from chronic inflammatory responses triggered by implant-derived particulate debris, which cause recruitment of cells, including macrophages, fibroblasts, lymphocytes and osteoclasts. These cells secrete proinflammatory and osteoclastogenic cytokines, exacerbating the inflammatory response. In addition to their direct activation by phagocytosis, there are contributing autocrine and paracrine effects that create a complex milieu within the periprosthetic space, which ultimately governs the development of osteolysis. Chronic cell activation may upset the delicate balance between bone formation and bone resorption leading to periprosthetic osteolysis. This article summarizes the genetic mechanisms underlying periprosthetic loosening and identifies potential therapeutic agents.

Résumé

L’ostéolyse aseptique associée à un descellement du pourtour d’une prothèse survient à la suite d’une réaction biologique à la présence de débris d’usure et constitue l’une des principales causes d’échec de l’arthroplastie. L’ostéolyse périprothétique résulte d’une réaction inflammatoire chronique, elle-même déclenchée par la présence de débris particulaires provenant de la prothèse, le tout stimulant le recrutement de cellules, telles que macrophages, fibroblastes, lymphocytes et ostéoclastes. À leur tour, ces cellules sécrètent des cytokines pro-inflammatoires ostéoclastiques et exacerbent la réponse inflammatoire. En plus de leur activation directe par la phagocytose, on assiste à des réactions autocrines et paracrines qui contribuent à créer un milieu complexe dans l’espace périprothétique et qui finalement modulent l’ostéolyse. L’activation cellulaire chronique peut perturber l’équilibre délicat entre ostéogenèse et résorption osseuse et entraîner de ce fait l’ostéolyse périprothétique. Cet article résume les mécanismes génétiques qui sous-tendent le descellement périprothétique et propose des agents thérapeutiques potentiels.


Accepted for publication Oct. 13, 2011

Competing interests: None declared for S. Noordin. B. Masri declared having been paid consultant fees by Zimmer Inc.

Contributors: S. Noordin acquired the data and wrote the article. B.Masri reviewed the article. Both authors designed the review, analyzed the data and approved the article for publication..

DOI: 10.1503/cjs.003711

Correspondence to: S. Noordin, Assistant Professor, Department of Surgery, Aga Khan University, Stadium Road, PO Box 3500, Karachi 74800, Pakistan; shahryar.noordin@aku.edu