アルブミンタンパク質切断は、超高分子量ポリエチレンの摩耗と摩擦に影響を与えます

総タンパク質濃度とアルブミンとグロブリンの比率が、関節補綴物の超高分子ポリエチレン（UHMWPE、「ポリエチレン」）の摩耗に影響することは十分に確立されています。まだ研究されていないが、臨床的に関連する可能性のある摩耗の要因は、タンパク質切断です。このような切断は、炎症反応の存在下で、および関節界面での摩耗プロセスの結果として予想されます。この研究の目的は、3つの潤滑剤の整形外科用コグロモ合金と明確になったポリエチレンのトライボロジーの挙動を比較することでした：切断されたアルブミン、未分解アルブミン、および新生児の子牛血清（コントロール）。アルブミンの切断により、ポリエチレンの摩擦と摩耗速度が増加し、ポリマー表面が粗く粗く、大型摩耗デブリ粒子が生成されると仮定しました。ウシアルブミンの5つの断片への切断は、臭化シアンによる消化によって行われました。COCRMO合金椎間板に対してTiconaGur®1020/1050で作られたポリエチレンピンのピンオンフラット（POF）摩耗試験では、クリーブアルブミンは最も低いポリエチレン摩耗と最高の摩擦係数を引き起こしましたが、アルブミンは最高の摩耗率をもたらしました。膝シミュレーターテストでは、アルブミン潤滑剤は、通常のウシ血清潤滑剤と比較して脛骨インサート摩耗率が2.7倍増加しました（切断されたアルブミンの摩耗率は得られませんでした）。生成されたポリエチレン摩耗粒子は、形状のみが統計的有意性を達成しましたが、血清からアルブミンへのアルブミンへのクリーブされたアルブミンに移行する際に、サイズと線維型の形状が増加していました。ウシ血清とは異なり、切断されたアルブミンは、膝の総置換から外植えられたポリエチレン脛骨インサートで観察された形態学的特徴を密接にエミュレートするPOFおよびシミュレーターの両方の摩耗試験の摩耗を引き起こしました。小さいタンパク質フラグメントは、ポリエチレンと金属の両方の表面により効率的に吸着できるため、摩耗に対する保護を提供すると同時に、タンパク質として摩擦、粒子サイズ、粒子伸長の増加につながると仮定します。フラグメントフィルムは、スライド中に接着して相互作用します。この研究の結果は、アルブミン濃度がポリエチレンの摩耗試験の総タンパク質濃度よりも適切である可能性があることを示唆しているため、臨床前の摩耗試験方法に影響を及ぼします。

It is well established that the total protein concentration and albumin-to-globulin ratio influence the wear of ultra-high molecular polyethylene (UHMWPE, "polyethylene") in joint prostheses. A factor on wear not yet studied, but of possible clinical relevance, is protein cleavage. Such cleavage is expected in the presence of an inflammatory response and as a result of wear processes at the articular interface. The aim of this study was to compare the tribological behavior of polyethylene articulated against an orthopedic wrought CoCrMo alloy for three lubricants: cleaved albumin, uncleaved albumin, and newborn calf serum (control). We hypothesized that the cleavage of albumin will increase the friction and wear rate of polyethylene, with a concomitant roughening of the polymer surface and the generation of larger wear debris particles. Cleavage of the bovine albumin into five fragments was performed by digestion with cyanogen bromide. In pin-on-flat (POF) wear tests of polyethylene pins made of Ticona GUR® 1020/1050 against CoCrMo alloy discs, the cleaved albumin led to the lowest polyethylene wear and highest friction coefficients, whereas albumin led to the highest wear rates. In knee simulator tests, the albumin lubricant also led to a 2.7-fold increase in the tibial insert wear rate compared to the regular bovine serum lubricant (a wear rate for the cleaved albumin could not be obtained). The generated polyethylene wear particles were of increasing size and fibrillar shape in going from serum to albumin to cleaved albumin, although only the shape achieved statistical significance. Unlike bovine serum, cleaved albumin led to wear scars for both the POF and simulator wear tests that closely emulated the morphological features observed on explanted polyethylene tibial inserts from total knee replacements. We posit that the smaller protein fragments can more efficiently adsorb on the surfaces of both the polyethylene and the metal, thus offering protection against wear, while at the same time leading to an increase in friction, particle size, and particle elongation, as the protein fragment films interact adhesively during sliding. The results of this study have implications for pre-clinical wear testing methodology as they suggest that albumin concentration may be more pertinent than total protein concentration for wear testing polyethylene.