Реакция на инородное тело
Гранулема инородного тела | |
---|---|
Трансвагинальное УЗИ показывает гранулему инородного тела справа в виде гипоэхогенной (темной) области вокруг перфорированной внутриматочной спирали . Матка слева. | |
Специальность | Дерматология |
Реакция на инородное тело ( РБР ) – это типичная реакция ткани на инородное тело внутри биологической ткани . [ 1 ] Обычно оно включает в себя образование инородного тела гранулемы . [ 2 ] Примером может служить инкапсуляция имплантата в ткани, а также воспаление вокруг занозы. [ 3 ] Формирование гранулемы инородного тела состоит из адсорбции белка , макрофагов , многоядерных гигантских клеток инородного тела (слияние макрофагов), фибробластов и ангиогенеза . Также было высказано предположение, что механические свойства интерфейса между имплантатом и окружающими его тканями имеют решающее значение для реакции хозяина. [ 4 ]
В долгосрочной перспективе реакция на инородное тело приводит к заключению инородного тела в кальцинированную оболочку. Например, литопедион — редкое явление, которое чаще всего возникает при плода гибели во время брюшной беременности . [ 5 ] слишком велик, чтобы реабсорбироваться организмом, и кальцинируется.
Реакция инородного тела на имплантацию биоматериала
[ редактировать ]После биоматериала имплантации кровь и жидкости организма контактируют с поверхностью имплантата. хозяина Белки крови адсорбируются на поверхности имплантата, и образуется фибриновая матрица. [ 6 ] Острое и хроническое воспаление следует за первоначальным отложением белка в крови и образованием матрикса. [ 6 ] Макрофаги в месте имплантата сливаются, образуя гигантские клетки инородного тела. [ 6 ] В результате воспалительной реакции формируется грануляционная ткань. Конечным этапом реакции на инородное тело является образование фиброзной капсулы вокруг имплантированного биоматериала. [ 6 ] Биосовместимость . изделия влияет на выраженность реакции на инородное тело [ 7 ] Реакция на инородное тело может привести к выходу устройства из строя. [ 8 ]
Адсорбция белка
[ редактировать ]При взаимодействии кровь-биоматериал белки крови спонтанно адсорбируются на поверхности биоматериала. [ 9 ] Свойства поверхности биоматериала влияют на типы, концентрации и конформацию белков, адсорбирующихся на поверхности. [ 9 ] Эффект Вромана может описать зависящее от времени поведение адсорбции этого белка. [ 9 ] Поверхностно-адсорбированные белки регулируют взаимодействие и адгезию воспалительных клеток. [ 9 ] Отложенные белки позволяют воспалительным клеткам прикрепляться через интегрины . [ 9 ] Поверхность биоматериала также может рекрутировать и активировать белки комплемента . [ 9 ]
Рекрутирование иммунитета
[ редактировать ]Состав и конформация адсорбированных белков на поверхности имплантата имеют решающее значение для реакции на инородное тело. В течение первых двух дней нейтрофилы являются основным типом клеток, которые откладываются на поверхности имплантата. Нейтрофилы выделяют деградирующие ферменты и промежуточные активные соединения кислорода, которые повреждают имплантат. Тромбоциты в результате взаимодействия крови и биоматериала высвобождают воспалительные цитокины , которые вызывают моноцитов и макрофагов экстравазацию и миграцию к месту имплантации. [ 10 ] Дегрануляция тучных и высвобождение гистамина из клеток дополнительно привлекают макрофаги к биоматериалу. [ 10 ] Макрофаги прикрепляются к поверхности биоматериала за счет поверхностных белковых отложений и производят цитокины, которые дополнительно рекрутируют макрофаги. [ 10 ] Гранулема инородного тела образуется, когда иммунные клетки накапливаются на поверхности биоматериала в попытке уничтожить биоматериал. [ 8 ]
Слияние макрофагов
[ редактировать ]Прикрепившиеся к месту имплантата макрофаги могут сливаться в многоядерную клетку, называемую гигантской клеткой инородного тела. [ 11 ] Образование гигантских клеток инородного тела зависит от свойств поверхности биоматериала и присутствия интерлейкина-4 и интерлейкина-13 . [ 11 ] Гигантские клетки инородных тел выделяют активные промежуточные соединения кислорода , деградирующие ферменты и кислоту. на поверхность биоматериала [ 11 ] Гигантские клетки инородного тела также пытаются поглотить биоматериал для деградации. [ 11 ] Прикрепившиеся макрофаги и гигантские клетки инородных тел разлагают биоматериалы и могут привести к выходу устройства из строя . [ 11 ] Гигантские клетки инородного тела остаются на поверхности имплантированного устройства на протяжении всего срока его службы. [ 11 ]
Формирование фиброзной капсулы
[ редактировать ]Реакция заживления на конечной стадии представляет собой фиброзную инкапсуляцию биоматериала. [ 12 ] Макрофаги и гигантские клетки инородных тел выделяют цитокины, привлекающие фибробласты. Фибробласты создают коллагеновую волокнистую капсулу, отделяющую биоматериал от окружающей ткани. [ 12 ] Фиброзная капсула может препятствовать функционированию устройства, например, диффузии лекарств для систем доставки лекарств или нормальной регенерации тканей для тканеинженерных имплантатов. [ 12 ]
Инженерный биоматериал, способный противостоять реакции инородного тела
[ редактировать ]Образование гигантских клеток инородного тела и фиброзная инкапсуляция имплантированного устройства могут повлиять на функцию имплантированного устройства и привести к его выходу из строя. [ 13 ] Уменьшение реакции на инородное тело может способствовать повышению производительности и долговечности устройства. [ 13 ] Несмотря на то, что многие типы имплантатов не могут полностью избежать реакции на инородное тело, существует множество способов создания биоматериалов, позволяющих уменьшить реакцию на инородное тело. [ 13 ] Снижение неспецифической адсорбции белка является одним из важных методов предотвращения фиброзной инкапсуляции имплантата. [ 13 ]
Модификация физических свойств
[ редактировать ]Физические свойства поверхности имплантата, такие как размер, форма, топология и прочность , влияют на адсорбцию белка и взаимодействие иммунных клеток с имплантатом. [ 13 ] Как правило, шероховатость поверхности вызывает большую адсорбцию белка и вызывает более сильный иммунный ответ. [ 13 ] Было показано, что более толстые цилиндрические имплантаты в масштабе миллиметра обеспечивают большую фиброзную инкапсуляцию. [ 13 ] Однако абсолютной связи между модификацией биоматериала и соответствующей реакцией на инородное тело может и не быть, поскольку некоторые биоматериалы по своей природе вызывают более сильную реакцию на инородное тело, чем другие биоматериалы. [ 13 ]
Доставка противовоспалительных препаратов
[ редактировать ]Имплантированный биоматериал может быть загружен различными лекарственными средствами для выполнения противовоспалительных функций или стимулирования ангиогенеза для дальнейшей интеграции имплантата с хозяином. [ 14 ] замедленное высвобождение некоторых противовоспалительных препаратов из биоматериала, таких как дексаметазон , увеличивает срок службы имплантата, предотвращая воспаление и фиброз. Показано, что [ 14 ]
Включение биоактивных молекул
[ редактировать ]Покрытие поверхности имплантата биомиметическим биоматериалом может уменьшить реакцию на инородное тело и снизить частоту отказов устройства. [ 15 ] Биоматериалы, имитирующие внеклеточный матрикс, могут значительно уменьшить воспалительную реакцию, а также уменьшить образование гигантских клеток инородных тел. [ 15 ]
Новые биоматериалы
[ редактировать ]Разработка материалов, устойчивых к адсорбции белка, волокнистой инкапсуляции или образованию гигантских клеток инородного тела, важна для противодействия реакции инородного тела. [ 13 ] Обычно используемые биоматериалы, такие как полиэтиленгликоль и полигидроксиэтилметакрилат, устойчивы к неспецифической адсорбции белков, но легко разлагаются в окислительной среде in vivo. Поэтому ученые ищут новые материалы, которые по своей природе противостоят реакции на инородное тело. [ 13 ]
Цвиттерионные материалы
[ редактировать ]Цвиттерионные полимеры широко используются для модификации поверхности, поскольку они могут ингибировать неспецифическую адгезию белков. [ 16 ] Цвиттерионные гидрогели также способствуют ангиогенезу в окружающих тканях. [ 17 ] Обычно используемые цвиттерионные материалы включают сульфобетаин , карбоксибетаин и фосфорилхолин . [ 13 ]
Цвиттерионные полимеры обладают способностью уменьшать неспецифическую адсорбцию белков и клеток на биологических границах раздела. Цвиттерионные покрытия часто используются для минимизации негативных последствий реакции инородного тела на имплантированные устройства и улучшения биосовместимости устройства. Механизм связан с балансировкой поверхностного заряда и созданием прочной гидратной сферы. [ 18 ]
Цвиттерионные покрытия могут быть ковалентно прикреплены методами «прививки к» и «прививки от». При методах «прививки к» поверхность модифицируется полимером после синтеза, тогда как при методах «прививки от» полимер синтезируется непосредственно на модифицированной поверхности. [ 18 ]
Для ковалентного прикрепления цвиттер-ионных полимеров к поверхностям использовалось несколько методов «прививки». Группа Андерсона развила привязанность к поверхности посредством конъюгации полидофамина. [ 19 ] В этом случае сополимер должен содержать тиоловую группу. Назарова с сотрудниками синтезировали сополимеры МПК с 2-метакриламидо-D-глюкозой, N-винилпирролидоном и N-винил-N-метилацетамидом и привили их на поверхность биосорбента из углеродного волокна с помощью γ-излучения. [ 20 ] Сополимеры МПК с триметоксисилилпропилметакрилатом можно термически отверждать и самосшиваться. [ 21 ]
Модиановые полевые альгинаты
[ редактировать ]Альгинаты широко используются из-за их низкой стоимости, низкой токсичности и возможности настройки . [ 13 ] Однако имплантация только альгината вызовет серьезную реакцию на инородное тело. [ 13 ] Существует несколько триазол производных альгината, содержащих микросфер , которые остаются свободными от фиброзных отложений у мышей, но необходимы дополнительные исследования для изучения взаимосвязи между группами триазола и воспалительной реакцией. [ 22 ]
Полипептидные материалы
[ редактировать ]Пептиды полиэтиленгликоля и цвиттерионные пептиды обладают иммуномодулирующими функциями, которые помогают противостоять реакции на инородное тело. [ 13 ]
Галерея
[ редактировать ]-
Реакция инородного тела на тальк ( талькоз ) вследствие внутривенного употребления наркотиков . Пятно H&E .
-
Реакция гигантских клеток инородного тела на нейлоновый шовный материал
-
Гранулема инородного тела
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Харлим, Аго; Каноко, МПУ; Айса, Сити (2018). «Классификация реакций на инородные тела, вызванные инъекцией промышленного силикона» . Дерматологическая хирургия . 44 (9): 1174–1182. дои : 10.1097/DSS.0000000000001531 . ISSN 1076-0512 . ПМК 6112849 . ПМИД 29757858 .
- ^ Рапини, Рональд П.; Болонья, Жан Л.; Хориццо, Джозеф Л. (2007). Дерматология: Набор из 2 томов . Св. Луис: Мосби. п. 1443. ИСБН 978-1-4160-2999-1 .
- ^ Биоматериаловедение, второе издание, Ratner et al. Стр. 296-304
- ^ Хилборн, Йонс; Бьюрстен, Ларс М. (март 2007 г.). «Новая и развивающаяся парадигма биосовместимости» . Журнал тканевой инженерии и регенеративной медицины . 1 (2): 110–119. дои : 10.1002/терм.4 . ISSN 1932-6254 . ПМИД 18038399 . S2CID 44559859 .
- ^ Шпиц, Вернер У.; Шпитц, Дэниел Дж., ред. (2006). «Глава III: Время смерти и изменения после смерти. Часть 1: Анатомические соображения». Медико-правовое расследование смерти Шпитца и Фишера: рекомендации по применению патологии в расследовании преступлений (4-е изд.). Спрингфилд, Иллинойс: Чарльз К. Томас. стр. 87–127. ISBN 0398075441 . OCLC 56614481 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Андерсон, Джеймс М.; Родригес, Анализ; Чанг, Дэвид Т. (апрель 2008 г.). «Реакция инородного тела на биоматериалы» . Семинары по иммунологии . 20 (2): 86–100. дои : 10.1016/j.smim.2007.11.004 . ISSN 1044-5323 . ПМК 2327202 . ПМИД 18162407 .
- ^ Онуки, Ёсинори; Бхардвадж, Упкар; Пападимитракопулос, Фотиос; Берджесс, Дайан Дж. (ноябрь 2008 г.). «Обзор биосовместимости имплантируемых устройств: текущие проблемы преодоления реакции на инородное тело» . Журнал науки и технологий о диабете . 2 (6): 1003–1015. дои : 10.1177/193229680800200610 . ISSN 1932-2968 . ПМЦ 2769826 . ПМИД 19885290 .
- ^ Перейти обратно: а б с Шейх, Зишан; Брукс, Патрисия Дж.; Барзилай, Ория; Хорошо, Ной; Глогауэр, Майкл (28 августа 2015 г.). «Макрофаги, гигантские клетки инородных тел и их реакция на имплантируемые биоматериалы» . Материалы . 8 (9): 5671–5701. Бибкод : 2015Mate....8.5671S . дои : 10.3390/ma8095269 . ISSN 1996-1944 гг . ПМК 5512621 . ПМИД 28793529 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Вэй, Цян; Бехерер, Тобиас; Анджолетти-Уберти, Стефано; Дзубиелла, Иоахим; Вишке, Кристиан; племянник Аксель Т.; Лендлейн, Андреас; Баллауф, Матиас; Хааг, Райнер (28 июля 2014 г.). «Взаимодействие белков с полимерными покрытиями и биоматериалами» . Международное издание «Прикладная химия» на английском языке . 53 (31): 8004–8031. дои : 10.1002/anie.201400546 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 25045074 .
- ^ Перейти обратно: а б с Раяхин, Джейми Э.; Гемейнхарт, Ричард А. (2017). «Активация макрофагов в ответ на биоматериалы» . Макрофаги . Результаты и проблемы дифференцировки клеток. Том. 62. С. 317–351. дои : 10.1007/978-3-319-54090-0_13 . ISBN 978-3-319-54089-4 . ISSN 0080-1844 . ПМИД 28455715 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Франц, Сандра; Раммельт, Стефан; Шарнвебер, Дитер; Саймон, Ян К. (01 октября 2011 г.). «Иммунная реакция на имплантаты – обзор последствий для создания иммуномодулирующих биоматериалов» . Биоматериалы . 32 (28): 6692–6709. doi : 10.1016/j.bimaterials.2011.05.078 . ISSN 0142-9612 . ПМИД 21715002 .
- ^ Перейти обратно: а б с Ли, Цзяо Цзяо; Зрейкат, Хала (01 января 2019 г.), «Реакция тканей на биоматериалы» , в Нараян, Роджер (редактор), Энциклопедия биомедицинской инженерии , Оксфорд: Elsevier, стр. 270–277, ISBN 978-0-12-805144-3 , получено 18 ноября 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н Чжан, Дунхуэй; Чен, Ци; Ши, Чао; Чен, Миньчжан; Ма, Кайцян; Ван, Цзянлинь; Лю, Жуньхуэй (2021). «Работа с реакцией инородного тела на имплантированные биоматериалы: стратегии и применение новых материалов» . Передовые функциональные материалы . 31 (6): 2007226. doi : 10.1002/adfm.202007226 . ISSN 1616-3028 . S2CID 226316065 .
- ^ Перейти обратно: а б Мораис, Жаклин М.; Пападимитракопулос, Фотиос; Берджесс, Дайан Дж. (июнь 2010 г.). «Взаимодействие биоматериалов и тканей: возможные решения для преодоления реакции на инородное тело» . Журнал AAPS . 12 (2): 188–196. дои : 10.1208/s12248-010-9175-3 . ISSN 1550-7416 . ПМЦ 2844517 . ПМИД 20143194 .
- ^ Перейти обратно: а б Бадилак, Стивен Ф. (июль 2014 г.). «Децеллюляризованная аллогенная и ксеногенная ткань как биокаркас для регенеративной медицины: факторы, влияющие на реакцию хозяина» . Анналы биомедицинской инженерии . 42 (7): 1517–1527. дои : 10.1007/s10439-013-0963-7 . ISSN 1573-9686 . ПМИД 24402648 . S2CID 16050710 .
- ^ Шленофф, Джозеф Б. (19 августа 2014 г.). «Цвиттерация: покрытие поверхностей цвиттерионной функциональностью для уменьшения неспецифической адсорбции» . Ленгмюр: Журнал поверхностей и коллоидов ACS . 30 (32): 9625–9636. дои : 10.1021/la500057j . ISSN 1520-5827 . ПМК 4140545 . ПМИД 24754399 .
- ^ Чжан, Лей; Цао, Чжицян; Бай, Дао; Карр, Луиза; Элла-Менье, Жан-Рене; Ирвин, Коллин; Ратнер, Бадди Д.; Цзян, Шаойи (июнь 2013 г.). «Цвиттерионные гидрогели, имплантированные мышам, противостоят реакции на инородное тело» . Природная биотехнология . 31 (6): 553–556. дои : 10.1038/nbt.2580 . ISSN 1546-1696 . ПМИД 23666011 . S2CID 5373694 .
- ^ Перейти обратно: а б Чен, Шэньфу; Ли, Линъянь; Чжао, Чао; Чжэн, Цзе (октябрь 2010 г.). «Поверхностная гидратация: принципы и применение для получения малообрастающих/необрастающих биоматериалов» . Полимер . 51 (23): 5283–5293. doi : 10.1016/j.polymer.2010.08.022 .
- ^ Се, Си; Долофф, Джошуа К.; Есилюрт, Волкан; Садрай, Атье; МакГарригл, Джеймс Дж.; Омами, Мустафа; Вейсе, Омид; Фара, Шейди; Иса, Дуглас; Гани, София; Джоши, Ира; Вегас, Артуро; Ли, Цзе; Ван, Вэйхэн; Бадер, Эндрю (декабрь 2018 г.). «Снижение шума измерений в непрерывном мониторе глюкозы за счет покрытия датчика цвиттер-ионным полимером» . Природная биомедицинская инженерия . 2 (12): 894–906. дои : 10.1038/s41551-018-0273-3 . ISSN 2157-846X . ПМЦ 6436621 . ПМИД 30931173 .
- ^ Nazarova, Olga; Chernova, Eugenia; Dobrodumov, Anatoliy; Zolotova, Yulia; Bezrukova, Marina; Nekrasova, Tatyana; Vlasova, Elena; Panarin, Eugeniy (2021-05-05). "New water-soluble copolymers of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine for surface modification" . Journal of Applied Polymer Science . 138 (17): 50272. doi : 10.1002/app.50272 . ISSN 0021-8995 . S2CID 229428647 .
- ^ Льюис, Алабама; Камминг, ЗЛ; Гориш, ХХ; Кирквуд, ЖК; Толхерст, Луизиана; Стратфорд, PW (январь 2001 г.). «Сшиваемые покрытия из полимеров на основе фосфорилхолина» . Биоматериалы . 22 (2): 99–111. дои : 10.1016/s0142-9612(00)00083-1 . ISSN 0142-9612 . ПМИД 11101155 .
- ^ Вегас, Артуро Дж.; Вейсе, Омид; Долофф, Джошуа К.; Ма, Минглин; Тэм, Хок Хей; Братли, Кейтлин; Ли, Цзе; Бадер, Эндрю Р.; Ланган, Эрин; Олейник, Карстен; Фентон, Патрик (март 2016 г.). «Комбинаторная библиотека гидрогелей позволяет идентифицировать материалы, которые смягчают реакцию инородного тела у приматов» . Природная биотехнология . 34 (3): 345–352. дои : 10.1038/nbt.3462 . ISSN 1546-1696 . ПМЦ 4904301 . ПМИД 26807527 .