Как поверхность грудных имплантатов влияет на иммунный ответ
Шестилетнее исследование, проведенное биоинженерами из Университета Райса в сотрудничестве с другими институтами, систематически проанализировало, как архитектура поверхности грудных имплантатов влияет на развитие побочных эффектов, включая необычный тип лимфомы.
Ежегодно в США около 400 000 человек получают силиконовые грудные имплантаты. Согласно данным FDA, большинству из них требуется замена в течение 10 лет из-за образования рубцовой ткани и других осложнений.
Команда, включавшая исследователей из Массачусетского технологического института (MIT), Университета Райса, Онкологического центра им. М. Д. Андерсона Техасского университета и Медицинского колледжа Бейлора, опубликовала результаты в Nature Biomedical Engineering.
"Топография поверхности имплантата может кардинально влиять на то, как иммунный ответ воспринимает его, и это имеет важные последствия для дизайна [имплантатов]", — сказал Омид Вейсе, доцент биоинженерии в Райсе.
Результаты были написаны в соавторстве с двумя десятками исследователей, включая со-ведущих авторов Вейсе и Джошуа Долоффа из Университета Джонса Хопкинса, Роберта Лангера из MIT, а также Кортни Ходжес из Бейлора и Марка Клеменса из MD Anderson.
Влияние на человека
Исследование показало, что архитектуру поверхности можно настроить для снижения иммунного ответа хозяина и фиброза на грудные имплантаты.
"Мы до сих пор многого не понимаем в том, как иммунная система организует свой ответ на имплантаты, и это очень важно понимать в контексте биоматериалов", — отметил Вейсе.
После присоединения к факультету Райса в 2017 году Вейсе и его аспиранты продолжили работу, сопоставляя данные исследований на животных из MIT с клиническими данными пациентов.
"В клинической практике мы наблюдали, что у пациентов, подвергшихся воздействию имплантатов с текстурированной поверхностью, может развиться анапластическая крупноклеточная лимфома, ассоциированная с грудными имплантатами (BIA-ALCL), но этого не происходило с имплантатами с гладкой поверхностью", — сказал Клеменс, доцент пластической хирургии в MD Anderson.
Анализ поверхности
Силиконовые грудные имплантаты используются с 1960-х годов. Самые ранние версии имели гладкую поверхность, но у пациентов часто возникало осложнение — капсулярная контрактура, когда рубцовая ткань сдавливала имплантат.
В конце 1980-х некоторые компании представили более шероховатые поверхности, чтобы снизить частоту контрактур и улучшить фиксацию имплантата. Выступы на некоторых текстурированных поверхностях достигали сотен микрометров.
В 2019 году FDA потребовало отозвать высокотекстурированные имплантаты Allergan со средней шероховатостью около 80 микрометров из-за риска BIA-ALCL.
В 2015 году Вейсе и Долофф начали тестирование пяти коммерчески доступных имплантатов с разным дизайном поверхности, включая отозванный высокотекстурированный, полностью гладкий и три промежуточных варианта.
Результаты экспериментов
В исследовании на кроликах ткань, контактировавшая с более сильно текстурированными поверхностями, показала признаки повышенной активности макрофагов — иммунных клеток, которые обычно удаляют чужеродные клетки и debris.
Все имплантаты стимулировали Т-клетки, но по-разному. Имплантаты с более шероховатыми поверхностями стимулировали более провоспалительные ответы Т-клеток. Среди негладких имплантатов те, что имели наименьшую степень шероховатости (4 микрометра), стимулировали Т-клетки, которые, по-видимому, подавляли воспаление тканей.
Это позволяет предположить, что более грубые имплантаты трутся об окружающие ткани и вызывают большее раздражение. Гипотеза состоит в том, что часть текстуры отслаивается, задерживается в nearby tissue и провоцирует хроническое воспаление, которое в конечном итоге может привести к раку.
Исследования на мышах с миниатюрными имплантатами также показали, что более текстурированные имплантаты вызывали большую активность макрофагов, большее образование рубцовой ткани и более высокие уровни воспалительных Т-клеток. Секвенирование РНК отдельных клеток выявило специфические сигналы, которые делали иммунные клетки более воспалительными.
"Свойства поверхности имплантатов по-разному влияют на ключевые сигналы между иммунными клетками, которые помогают распознавать и реагировать на чужеродные материалы", — сказала Ходжес. — "Результаты показывают, что слегка текстурированная поверхность позволила избежать сильного негативного цитокинового иммунного ответа, вызванного грубой поверхностью".
На пути к более безопасным имплантатам
Анализ образцов тканей пациентов с BIA-ALCL из MD Anderson выявил те же типы иммунных реакций, что и в исследованиях на животных. Образцы тканей пациентов с высокотекстурированными имплантатами демонстрировали признаки хронического, долгосрочного иммунного ответа. Рубцовая ткань также была толще у пациентов с более текстурированными имплантатами.
"Сравнительный анализ на мышах, кроликах, а затем и на человеческих [образцах тканей] дает гораздо более надежные и весомые доказательства", — сказал Вейсе.
Авторы надеются, что их данные помогут другим исследователям оптимизировать дизайн силиконовых грудных имплантатов и других медицинских силиконовых имплантатов для повышения безопасности.
"Мы рады, что смогли применить новые подходы науки о материалах для лучшего понимания вопросов биосовместимости в области грудных имплантатов", — сказал Лангер. — "Мы также надеемся, что наши исследования будут полезны для понимания того, как проектировать более безопасные и эффективные имплантаты любого типа".