科学家系统分析乳房植入物表面如何影响免疫反应

导读：莱斯大学的生物工程师们合作进行了一项为期六年的研究，系统地分析了乳房植入物的表面结构如何影响不良反应的发展，包括一种不寻常的淋巴瘤类型。

莱斯大学的生物工程师们合作进行了一项为期六年的研究，系统地分析了乳房植入物的表面结构如何影响不良反应的发展，包括一种不寻常的淋巴瘤类型。在美国，每年大约有40万人接受硅胶乳房植入手术。根据美国食品和药物管理局(FDA)的数据，由于疤痕组织的堆积和其他并发症，这些植入物中的大多数需要在10年内被更换。

包括来自麻省理工学院（MIT）、莱斯大学、德州大学MD安德森癌症中心和贝勒医学院的研究人员在内的一个团队周三在《自然-生物医学工程》杂志上在线发表了他们的发现。

六年前在麻省理工学院从事博士后研究的莱斯大学生物工程助理教授Omid Veiseh说：“植入物的表面拓扑结构会极大地影响免疫反应对它的感知，这对（植入物）的设计有重要影响。"我们希望这篇论文为整形外科医生评估和更好地理解植入物的选择如何影响病人的体验提供了基础。”

这些发现，是由二十几位研究人员共同撰写的，包括共同主要作者Veiseh和约翰霍普金斯大学的Joshua Doloff、麻省理工学院的Robert Langer和Veiseh在德克萨斯医学中心的两位合作者，贝勒的Courtney Hodges和MD安德森的Mark Clemens。

对人类的影响

Veiseh的实验室专注于开发和研究生物相容性材料，他说他对发现表面结构可以被调整以减少乳房植入物的宿主免疫反应和纤维化感到特别兴奋。

Veiseh说：“关于免疫系统如何协调其对植入物的反应，我们仍有很多不了解的地方，在生物材料的背景下了解这一点真的很重要。”

Veiseh在2017年作为德克萨斯州癌症预防和研究所的CPRIT学者加入莱斯大学的教师队伍后继续进行研究。他和他实验室的两名博士生Amanda Nash和Samira Aghlara-Fotovat与MD安德森癌症中心的Clemens和贝勒的Hodges研究小组合作，将麻省理工学院动物研究的结果与人类患者的临床数据进行关联。

Clemens说："在临床上，我们已经观察到暴露于纹理表面的乳房植入物的患者可能会发展成乳房植入物相关的大细胞淋巴瘤（BIA-ALCL），但这并没有发生在光滑表面的植入物上，"Clemens是MD安德森的整形外科副教授，领导一个关于该疾病的多学科治疗小组。“这篇论文对癌症发病机制提出了重要的新见解，对在疾病发生前预防疾病有明确的意义。”

Veiseh说这项工作还提供了重要的线索，将指导后续研究。“这是最令人兴奋的部分：它可能导致更安全、更兼容的生物材料和植入物设计，”Veiseh说。

 

表面分析

硅树脂乳房植入物自20世纪60年代以来一直在使用。最早的版本具有光滑的表面，但是使用这些假体的患者经常会出现一种叫做包膜挛缩的并发症，即在假体周围形成疤痕组织并挤压它，造成疼痛或不适，以及明显的畸形。植入物也可能在植入后翻转，需要通过手术调整或移除。

20世纪80年代末，一些公司推出了更粗糙的表面，旨在减少包膜挛缩率，并使植入物保持原位。

2019年，美国食品和药物管理局要求乳房植入物制造商Allergan 公司召回平均表面粗糙度约为80微米的高质地乳房植入物，因为有可能发生BIA-ALCL，一种免疫系统癌症。

2015年，Veiseh和Doloff开始测试五种具有不同表面设计的市售植入物，以了解它们与周围组织和免疫系统的互动情况。其中包括之前被召回的高质地的植入物，一个完全光滑的植入物和三个介于两者之间的植入物。

 

实验结果

在对兔子的研究中，研究人员发现暴露在质地较重的植入物表面的组织显示出巨噬细胞活动增加的迹象--这些免疫细胞通常负责清除外来细胞和碎片。

所有的植入物都刺激了称为T细胞的免疫细胞，但方式不同。研究发现，表面较粗糙的植入物刺激了更多促炎症的T细胞反应。在非光滑的植入物中，那些粗糙度最小的植入物（4微米）刺激的T细胞似乎能抑制组织炎症。

研究结果表明，较粗糙的植入物与周围组织摩擦，造成更多刺激。这可能解释了为什么较粗糙的植入物会导致淋巴瘤。假设是一些纹理脱落并被困在附近的组织中，在那里激起慢性炎症，最终可能导致癌症。

研究人员还在小鼠身上测试了小型化的植入物。他们使用制造人类尺寸版本的相同技术来制造这些植入物，结果显示，质地更高的植入物引发了更多的巨噬细胞活动，更多的疤痕组织形成和更高的炎症T细胞水平。研究人员与贝勒大学的Hodges实验室合作，对这些组织的免疫细胞进行了单细胞RNA测序，以发现使免疫细胞更具炎症性的特定信号。

贝勒大学分子和细胞生物学助理教授Hodges说：“植入物的表面特性对免疫细胞之间的关键信号有深远的影响，这些信号有助于识别和应对外来物质。结果显示，轻度纹理的表面避免了由粗糙表面诱发的强烈负面细胞因子免疫反应。”

走向更安全的植入物

在动物研究之后，研究人员通过与MD安德森癌症中心的科学家合作分析BIA-ALCL患者的组织样本，研究了人类患者对不同类型的硅胶乳房植入物的反应。

他们发现了在动物研究中观察到的相同类型的免疫反应的证据。例如，他们观察到，多年来一直接受高质地植入物的患者的组织样本显示出慢性、长期免疫反应的迹象。他们还发现，有更多高质地植入物的病人的疤痕组织更厚。

Veiseh说：“在小鼠、兔子和人类（组织样本）中进行全面的比较，确实提供了一个更强大和实质性的证据，说明这些组织如何相互比较。”

作者说，他们希望他们的数据集将帮助其他研究人员优化硅胶乳房植入物和其他类型的医用硅胶植入物的设计，以提高安全性。

“我们很高兴我们能够带来新的材料科学方法来更好地理解乳房植入物领域的生物相容性问题，”该研究的资深作者、麻省理工学院David H. Koch研究所教授Langer说。“我们也希望我们进行的研究将广泛地有助于了解如何设计更安全和更有效的任何类型的植入物。”