Biological effects of wear debris from joint arthroplasties

Comprehensive Biomaterials

Volumn 6, Issue , 2011, Pages 79-87

  Ma, T ^a   Goodman, S B ^a  

^a STANFORD UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

Animal model; Biological effects; Macrophages; Mesenchymal stem cell; Osteoblast; Osteoclast; Osteolysis; Total joint arthroplasty; Wear debris; Wear particles

Indexed keywords

BIOLOGICAL EFFECTS; JOINT ARTHROPLASTY; WEAR DEBRIS;

WEAR DEBRIS;

EID: 84902428564     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: None     Document Type: Chapter

References (127)

1. Goodman, S. B.; Wright, T. J. Am. Acad. Orthop. Surg. 2008, 75(Suppl. 1), x-xi.
2. Marshall, A.; Ries, M. D.; Paprosky, W. J. Am. Acad. Orthop. Surg. 2008, 75(Suppl. 1), S1-S6.
3. Goodman, S. B.; Huie, P.; Song, Y.; et al. J. Bone Joint Surg. Br. 1998, 80, 531-539.
4. Gallo, J.; Kamínek, P.; Ticha, V.; Rihakova, P.; Ditmar, R. Biomed. Pap. Med. Fac. Univ. Palacky Olomouc. Czech. Repub. 2002, 146, 21-28.
5. Goodman, S. B.; Lind, M.; Song, Y.; Smith, R. L. Clin. Orthop. Re/at. Res. 1998, 352, 25-34.
6. Santavirta, S.; Takagi, M.; Gomez-Barrena, E.; et al. J. Long Term Eft. Med. Implants 1999, 9, 67-76.
7. Goodman, S. B.; Trindade, M.; Ma, T.; Genovese, M.; Smith, R. L. Clin. Orthop. Re/at. Res. 2005, 430, 39-45.
8. Jacobs, J. J.; Campbell, P. A.; Kontinnen, Y. T. Am. Acad. Orthop. Surg. 2008, 75(Suppl. 1), S49-S55.
9. McKellop, H. A.; Campbell, P.; Park, S. H.; et al. Clin. Orthop. Re/at. Res. 1995, 349, 3-20.
10. Ingram, J. H.; Stone, M.; Fisher, J.; Ingham, E. Biomaterials 2004, 25, 3511-3522.
11. Doom, P. F.; Campbell, P. A.; Worrall, J.; Benya, P. D.; McKellop, H. A.; Amstutz, H. C. J. Biomed. Mater. Res. 1998, 42, 103-111.
12. Ladon, D.; Doherty, A.; Newson, R.; Turner, J.; Bhamra, M.; Case, C. P. J. Arthroplasty 2004, 19, 78-83.
13. Catelas, I.; Petit, A.; Zukor, D. J.; Marchand, R.; Yahia, L.; Huk, O. L. Biomaterials 1999, 20, 625-630.
14. Catelas, I.; Huk, O. L.; Petit, A.; Zukor, D. J.; Marchand, R.; Yahia, L. J. Biomed. Mater. Res. 1998, 41, 600-607.
15. Shanbhag, A. S.; Kaufman, A. M.; Hayata, K.; Rubash, H. E. J. Bone Joint Surg. Am. 2007, 59, 1081-1089.
16. Campbell, P.; Ma, S.; Yeom, B.; McKellop, H.; Schmalzried, T. P.; Amstutz, H. C. J. Biomed. Mater. Res. 1995, 29, 127-131.
17. Green, T. R.; Fisher, J.; Matthews, J. B.; Stone, M. H.; Ingham, E. J. Biomed. Mater. Res. 2000, 53, 490-497.
18. Goldring, S. R.; Jasty, M.; Roelke, M. S.; Rourke, C. M.; Bringhurst, F. R.; Harris, W. H. Arthritis Rheum. 1986, 29, 836-842.
19. Perry, M. J.; Mortuza, F. Y.; Ponsford, F. M.; Elson, C. J.; Atkins, R. M. Br. J. Rheumatol. 1995, 34, 1127-1134.
20. Willed, H. G.; Bertram, H.; Buchhorn, G. H. Clin. Orthop. Re/at. Res. 1990, 258, 108-121.
21. Haynes, D. R.; Rogers, S. D.; Hay, S.; Pearcy, M. J.; Howie, D. W. J. Bone Joint Surg. Am. 1993, 75, 825-834.
22. Horowitz, S. M.; Doty, S. B.; Lane, J. M.; Burstein, A. H. J. Bone Joint Surg. Am. 1993, 75, 802-813.
23. Harada, Y.; Wang, J. T.; Doppalapudi, V. A.; et al. J. Biomed. Mater. Res. 1996, 31, 19-26.
24. Trindade, M. C.; Lind, M.; Sun, D.; Schurman, D. J.; Goodman, S. B.; Smith, R. L. Biomaterials 2001, 22, 253-259.
25. Miyanishi, K.; Trindade, M. C.; Ma, T.; Goodman, S. B.; Schurman, D. J.; Smith, R. L. J. Bone Miner. Res. 2003, 18, 1573-1583.
26. Santerre, J. P.; Labow, R. S.; Boynton, E. L. Can. J. Surg. 2000, 43, 173-179.
27. Nakashima, Y.; Sun, D. H.; Trindade, M. C.; et al.J. Bone Joint Surg. Am. 1999, 81, 603-615.
28. Tuan, R. S.; Lee, F. Y.; Konttinen, Y. T.; Wilkinson, J. M.; Smith, R. L. J.Am.Acad. Orthop. Surg. 2008, 16(Suppl. 1), S42-S48.
29. Purdue, P. E. Autoimmunity 2008, 41, 212-217.
30. Koulouvaris, P.; Ly, K.; Ivashkiv, L. B.; et al. J. Orthop. Res. 2008, 26, 106-116.
31. Boven, L. A.; van Meurs, M.; Boot, R. G.; et al. Am. J. Clin. Pathol. 2004, 122, 359-369.
32. Boot, R. G.; Verhoek, M.; de Fost, M.; et al. Blood 2004, 103, 33-39.
33. Sacomen, D.; Smith, R. L.; Song, Y.; Fornasier, V.; Goodman, S. B. J. Biomed. Mater. Res. 1998, 43, 123-130.
34. Fritz, E. A.; Glant, T. T.; Vermes, C.; Jacobs, J. J.; Roebuck, K. A. J. Biomed. Mater. Res. A 2006, 77, 192-201.
35. Pioletti, D. P.; Takei, H.; Kwon, S. Y.; Wood, D.; Sung, K. L. J. Biomed. Mater. Res. 1999, 46, 399-407.
36. Kwon, S. Y.; Lin, T.; Takei, H.; et al. Biorheology 2001, 38, 161-183.
37. Noth, U.; Osyczka, A. M.; Tuli, R.; Hickok, N. J.; Danielson, K. G.; Tuan, R. S. J. Orthop. Res. 2002, 20, 1060-1069.
38. Tuli, R.; Tuli, S.; Nandi, S.; et al. Stem Cells 2003, 21, 681-693.
39. Wang, M. L.; Nesti, L. J.; Tuli, R.; et al. J. Orthop. Res. 2002, 20, 1175-1184.
40. Chen, F. H.; Rousche, K. T.; Tuan, R. S. Nat. Clin. Pract. Rheumatol. 2006, 2, 373-382.
41. Wang, M. L.; Tuli, R.; Manner, P. A.; Sharkey, P. F.; Hall, D. J.; Tuan, R. S. J. Orthop. Res. 2003, 21, 697-707.
42. Lam, J.; Takeshita, S.; Barker, J. E.; Kanagawa, O.; Ross, F. P.; Teitelbaum, S. L. J. Clin. Invest. 2000, 106, 1481-1488.
43. Ma, T.; Miyanishi, K.; Suen, A.; et al. Cytokine 2004, 26, 138-144.
44. Suda, K.; Udagawa, N.; Sato, N.; et al. J. Immunol. 2004, 172, 2504-2510.
45. Goldring, S. R. Calcif. Tissue Int. 2003, 73, 97-100.
46. Lum, L.; Wong, B. R.; Josien, R.; et al. J. Biol. Chem. 1999, 274, 13613-13618.
47. Takayanagi, H.; Kim, S.; Koga, T.; et al. Dev. Cell 2002, 3, 889-901.
48. Wong, B. R.; Josien, R.; Choi, Y. J. Leukoc. Biol. 1999, 65, 715-724.
49. Theill, L. E.; Boyle, W. J.; Penninger, J. M. Annu. Rev. Immunol. 2002, 20, 795-823.
50. Anderson, D. M.; Maraskovsky, E.; Billingsley, W. L.; et al. Nature 1997, 390, 175-179.
51. Teitelbaum, S. L.; Ross, F. P. Nat. Rev. Genet. 2003, 4, 638-649.
52. Li, J.; Sarosi, I.; Yan, X. Q.; et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2000, 97, 1566-1571.
53. Yasuda, H.; Shima, N.; Nakagawa, N.; et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1998, 95, 3597-3602.
54. Dougall, W. C.; Glaccum, M.; Charrier, K.; et al. Genes Dev. 1999, 13, 2412-2424.
55. Simonet, W. S.; Lacey, D. L.; Dunstan, C. R.; et al. Cell 1997, 89, 309-319.
56. Hofbauer, L. C.; Schoppet, M. JAMA 2004, 292, 490-495.
57. Baumann, B.; Rader, C. P.; Seufert, J.; et al. Acta Orthop. Scand. 2004, 75, 295-302.
58. Kim, K. J.; Kotake, S.; Udagawa, N.; et al. J. Biomed. Mater. Res. 2001, 58, 393-400.
59. Humphrey, M. B.; Lanier, L. L.; Nakamura, M. C. Immunol. Rev. 2005, 208, 50-65.
60. Koga, T.; Inui, M.; Inoue, K.; et al. Nature 2004, 428, 758-763.
61. Kollet, O.; Dar, A.; Shivtiel, S.; et al. Nat. Med. 2006, 12, 657-664.
62. Miller, S. C. J. Cell Biol. 1978, 76, 615-618.
63. Teitelbaum, S. L. Am. J. Pathol. 2007, 170, 427-435.
64. Kollet, O.; Dar, A.; Lapidot, T. Annu. Rev. Immunol. 2007, 25, 51-69.
65. Wu, Y.; Humphrey, M. B.; Nakamura, M. C. Autoimmunity 2008, 41, 183-194.
66. Kim, N.; Takami, M.; Rho, J.; Josien, R.; Choi, Y. J. Exp. Med. 2002, 195, 201-209.
67. Wilkinson, J. M.; Wilson, A. G.; Stockley, I.; et al.J. Bone Miner. Res. 2003, 18, 1995-2001.
68. Gordon, A.; Southam, L.; Loughlin, J.; et al. J. Orthop. Res. 2007, 25, 1665-1670.
69. Schwab, L. P.; Xing, Z.; Hasty, K. A.; Smith, R. A. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2006, 79, 66-73.
70. Akisue, T.; Bauer, T. W.; Farver, C. F.; Mochida, Y. J. Biomed. Mater. Res. 2002, 59, 507-515.
71. Cho, D. R.; Shanbhag, A. S.; Hong, C. Y.; Baran, G. R.; Goldring, S. R. J. Orthop. Res. 2002, 20, 704-713.
72. Bi, Y.; Seabold, J. M.; Kaar, S. G.; et al. J. Bone Miner. Res. 2001, 16, 2082-2091.
73. Daniels, A. U.; Barnes, F. H.; Charlebois, S. J.; Smith, R. A. J. Biomed. Mater. Res. 2000, 49, 469-478.
74. Skoglund, B.; Larsson, L.; Aspenberg, P. A. J. Bone Joint Surg. Br. 2002, 84, 767-773.
75. Tatro, J. M.; Taki, N.; Islam, A. S.; et al. J. Orthop. Res. 2007, 25, 361-369.
76. Greenfield, E. M.; Bi, Y.; Ragab, A. A. J. Biomed. Mater. Res. BAppl. Biomater. 2005, 72, 179-185.
77. Nelson, C. L.; McLaren, A. C.; McLaren, S. G.; Johnson, J. W.; Smeltzer, M. S. Clin. Orthop. Relat. Res. 2005, 430, 25-30.
78. Inada, K.; Endo, S.; Takahashi, K.; et al. Microbiol. Immunol. 1991, 35, 303-314.
79. Ragab, A. A.; Van De Motter, R.; Lavish, S. A.; et al. J. Orthop. Res. 1999, 17, 803-809.
80. Bragdon, C. R.; Jasty, M.; Greene, M.; Rubash, H. E.; Harris, W. H. J. Bone Joint Surg. Am. 2004, 86A(Suppl. 2), 105-117.
81. Soballe, K.; Hansen, E. S.; Brockstedt-Rasmussen, H.; Bunger, C. J. Bone Joint Surg. Br. 1993, 75, 270-278.
82. Bechtold, J. E.; Kubic, V.; Soballe, K. J. Bone Joint Surg. Br. 2002, 84, 915-919.
83. De Man, F. H.; Tigchelaar, W.; Marti, R. K.; Van Noorden, C. J.; Van der Vis, H. M. J. Bone Joint Surg. Am. 2005, 87, 1522-1533.
84. Bechtold, J. E.; Kubic, V.; Soballe, K. Acta Orthop. Scand. 2001, 72, 642-649.
85. Karrholm, J.; Herberts, P.; Hultmark, P.; Malchau, H.; Nivbrant, B.; Thanner, J. Clin. Orthop. Relat. Res. 1997, 351, 94-110.
86. Greenfield, E. M.; Bechtold, J. J. Am. Acad. Orthop. Surg. 2008, 16(Suppl. 1), S56-S62.
87. Schmalzried, T. P.; Kwong, L. M.; Jasty, M.; et al. Clin. Orthop. Relat. Res. 1992, 260, 60-78.
88. Willert, H. G.; Semlitsch, M. J. Biomed. Mater. Res. 1977, 11, 157-164.
89. Willert, H. G. J. Biomed. Mater. Res. 1977, 11, 157-164.
90. Aspenberg, P.; Herbertsson, P. J. Bone Joint Surg. Br. 1996, 78, 641-646.
91. Aspenberg, P.; Van der Vis, H. Clin. Orthop. Relat. Res. 1998, 352, 75-80.
92. Van der Vis, H. M.; Aspenberg, P.; Marti, R. K.; Tigchelaar, W.; Van Noorden, C. J. Clin. Orthop. Relat. Res. 1998, 352, 201-208.
93. Skoglund, B.; Aspenberg, P. J. Orthop. Res. 2003, 21, 196-201.
94. McEvoy, A.; Jeyam, M.; Ferrier, G.; Evans, C. E.; Andrew, J. G. Bone 2002, 30, 171-177.
95. MacQuarrie, R. A.; Fang Chen, Y.; Coles, C.; Anderson, G. I. J. Biomed. Mater. Res. BAppl. Biomater. 2004, 69, 104-112.
96. Carmody, E. E.; Schwarz, E. M.; Puzas, J. E.; Rosier, R. N.; O'Keefe, R. J. Arthritis Rheum. 2002, 46, 1298-1308.
97. Merkel, K. D.; Erdmann, J. M.; McHugh, K. P.; Abu-Amer, Y.; Ross, F. P.; Teitelbaum, S. L. Am.J. Pathol. 1999, 154, 203-210.
98. Ren, W.; Wu, B.; Mayton, L.; Wooley, P. H. J. Orthop.Res. 2002, 20, 1031-1037.
99. Wooley, P. H.; Morren, R.; Andary, J.; et al. Biomaterials 2002, 23, 517-526.
100. Yang, S. Y.; Mayton, L.; Wu, B.; Goater, J. J.; Schwarz, E. M.; Wooley, P. H. Arthritis Rheum. 2002, 46, 2514-2523.
101. Sud, S.; Yang, S. Y.; Evans, C. H.; Robbins, P. D.; Wooley, P. H. Inflammation 2001, 25, 361-372.
102. Ortiz, S. G.; Ma, T.; Regula, D.; Smith, R. L.; Goodman, S. B. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2008, 87, 440-446.
103. Ortiz, S. G.; Ma, T.; Epstein, N. J.; Smith, R. L.; Goodman, S. B. J.Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2008, 84, 328-333.
104. Ma, T.; Huang, Z.; Ren, P. G.; et al. Biomaterials 2008, 29, 3738-3742.
105. Iwase, M.; Kim, K. J.; Kobayashi, Y.; Itoh, M.; Itoh, T. J. Orthop. Res. 2002, 20, 499-505.
106. Kim, K. J.; Kobayashi, Y.; Itoh, T. Clin. Orthop. Relat. Res. 1998, 352, 46-52.
107. Millett, P. J.; Allen, M. J.; Bostrom, M. P. J. Bone Joint Surg. Am. 2002, 84A, 236-249.
108. Howie, D. W.; Vernon-Roberts, B.; Oakeshott, R.; Manthey, B. J. Bone Joint Surg. Am. 1988, 70, 257-263.
109. Im, G. I.; Kwon, B. C.; Lee, K. B. Biomaterials 2004, 25, 269-275.
110. Lalor, P. A.; Namba, R.; Mitchell, S. L.; et al. J. Long Term Eff. Med. Implants 1999, 9, 261-272.
111. Sundfeldt, M.; Widmark, M.; Johansson, C. B.; Campbell, P.; Carlsson, L. V.Acta Orthop. Scand. 2002, 73, 416-424.
112. Goodman, S. B. Acta Orthop. Scand. Suppl. 1994, 258, 1-43.
113. Goodman, S. B.; Song, Y.; Chun, L.; Regula, D.; Aspenberg, P. J. Bone Joint Surg. Br. 1999, 81, 1069-1075.
114. Goodman, S. B.; Song, Y.; Yoo, J. Y.; et al. J. Biomed. Mater. Res. A 2003, 65, 454-461.
115. Shanbhag, A. S.; Hasselman, C. T.; Rubash, H. E. Clin. Orthop. Relat. Res. 1997, 351, 33-43.
116. Jones, L. C.; Frondoza, C.; Hungerford, D. S. J. Bone Joint Surg. Br. 2001, 83, 448-458.
117. Kraemer, W. J.; Maistrelli, G. L.; Fornasier, V.; Binnington, A.; Zhao, J. F. J.Appl. Biomater. 1995, 6, 225-230.
118. Coathup, M. J.; Blackburn, J.; Goodship, A. E.; Cunningham, J. L.; Smith, T.; Blunn, G. W. Biomaterials 2005, 26, 4161-4169.
119. Kobayashi, Y.; Kim, K. J.; Itoh, T. J. Orthop. Sci. 2005, 10, 62-69.
120. Ma, T.; Ortiz, S. G.; Huang, Z.; Ren, P.; Smith, R. L.; Goodman, S. B. J. Biomed. Mater. Res.BAppl. Biomater. 2009, 88, 250-253.
121. Ren, P. G.; Lee, S. W.; Biswal, S.; Goodman, S. B. Biomaterials 2008, 29, 4760-4765.
122. Yang, S. Y.; Nasser, S.; Markel, D. C.; Robbins, P. D.; Wooley, P. H. J. Bone Joint Surg. Am. 2005, 87, 1088-1097.
123. Zhang, K.; Jia, T. H.; McQueen, D.; et al. Inflamm. Res. 2009.
124. Childs, L. M.; Paschalis, E. P.; Xing, L.; et al. J. Bone Miner. Res. 2002, 17, 192-199.
125. Clohisy, J. C.; Frazier, E.; Hirayama, T.; Abu-Amer, Y. J. Orthop. Res. 2003, 21, 202-212.
126. Ulrich-Vinther, M.; Carmody, E. E.; Goater, J. J.; et al. J. Bone Joint Surg. Am. 2002, 84A, 1405-1412.
127. Schwarz, E. M. J. Am. Acad. Orthop. Surg. 2008, 16(Suppl. 1), S72-S75.