Биолошки науки

„Пријателскиот“ однос на човечкото тело со медицинските импланти

За некои од нас, запознавање на нови пријатели, вклопување во нови ситуации или пак преселување во нова околина се навидум лесни активности, но за некои се доста тешки. Сличностите и разликите во карактери играат важна улога во меѓучовечките односи и можеме да научиме како да се адаптираме или спријателиме со некого во нови ситуации. Чекор по чекор, нашата приспособливост секогаш ни помага. Но, ако погледнеме подлабоко во нас, дали истава приспособливост и флексибилност ја поседува телото на клеточно ниво? Колку всушност нашите клетки се “пријателски” расположени кон “натрапници” како што се медицинските импланти?

Како што запознаваме некој чекор по чекор, така и телото следи неколку чекори кон запознавање со било каков имплант. Секој имплант е изработен од различни
биокомпатибилни материјали кои не би предизвикале негативни токсиколошки и имунолошки ефекти, но никој од нив не поминува незабележано. Со самиот оперативен зафат при имплантација, телото следи биолошки процеси како при зараснување на рана, т.е. повреда.

Телесните течности како крвта и лимфата се првите елементи кои му велат “Здраво!” на биоматеријалот (имплантот). Од нив, различни протеини се адсорбираат на површината на имплантот и формираат протеински слој. Клетките задолжени за нормално зараснување на раната го препознаваат овој слој како “малку чуден”, нетипичен, па после само неколку часа ги повикуваат напомош имуните клетки (неутрофили, вид бели крвни клетки) (Слика 1).

Слика 1. Временска репрезентација на реакцијата на човечкото тело кон медицински имплант направен од биокомпатибилен материјал (Превземено и адаптирано од Grainger D., 2013) [1].

Неутрофилите лачат различни ензими и биомолекули кои му сигнализираат на телото дека има некаков “натрапник” при што првата линија на одбрана составена од макрофаги/моноцити (вид на бели крвни клетки) се активира и доаѓа до местото на повреда (површината на имплантот) и го “прегрнува”. Нивното присуство (повторно преку лачење на различни биомолекули) регрутира фибробласти (клетки од сврзното ткиво) коишто произведуваат
екстраклеточни протеини како колаген. Зголеменото производство на екстраклеточен матрикс и присуството на различните типови клетки овозможува формирање на таканаречени страни-тела џиновски клетки, кои се фузија на неколку клетки (Слика 1 и 2) и чија функција сè уште не е целосно позната. Но, формирањето на ваквите џиновски клетки, како и густината на матриксот од колаген доведуваат до формирање на фибротична капсула (Слика 1) околу имплантот, физички и физиолошки изолирајќи го од матичното ткиво.

Слика 2. А) Растење и преминување на моноцити и макрофаги во страни-тела џиновски клетки; Б) Пресек на ткиво на кое се прикажани in vivo формирани страни-тела џиновски клетки по имплантација (Превземено и адаптирано од Anderson, Rodriguez, & Chang, 2008) [2].

Потешка интеграција на имплантот со околното ткиво се појавува поради органичување во дифузијата на биомолекули и забавено заздравување, па со тоа на некој начин тој откажува и не е успешен во својата функција. На жалост, оваа реакција се појавува кон многу хидрофилни, хидрофобични, тврди, меки, полимери, метали или керамички материјали како: тефлон, полиуретан, полиетилен, полиетилен гликол, Дакрон, злато и титаниум.

Стратегии за намалување на оваа реакција вклучуваат различни модификации на површината на материјалот, неговата геометрија или механички својства. “Маскирање” на имплантите со екстраклеточни протеини или протеини кои би спречиле (инхибирале) активирање на макрофагите и со тоа добивање таканаречени имуномодулациски биоматеријали се начини за залажување на нашиот имун систем (Слика 3). Со ова, неспецифичниот протеински слој првично формиран би се намалил или избегнал, а со тоа би се избегнала и последователна имунолошка реакција.

Слика 3. Стратегија за добивање “маскирани“ биоматеријали (имуномодулациски), кои не би го активирале имуниот систем и подобро би се интегрирале во ткивото (Превземено и адаптирано од Kim, Que, Wang, & Liu, 2014) [3]

Неодамна, користење на цвитер-јонски материјали во полето на биоматеријалите привлече значително внимание. Ова се материјали кои имаат истовремено групи со позитивно и негативно електрично полнење во една иста молекула и претставуваат класа на ултра-ниски адсорбирачки биоматеријали (ultra-low-fouling biomaterials), со што адсорбираат < 0.3 ng протеини/cm^2 (Zhang et al., 2013) [4]. Токму поради ова намалено адсорбирање на протеини се добива можноста за избегнување на имунолошка реакција. Иако се направени неколку напредоци во последните години, сепак има уште доста простор за истражување и детално разбирање на различните елементи и интеракции помеѓу материјалите и клетките, па со развитокот на полето на клеточна биологија и механобиологија, останува да видиме до каде би стигнале наскоро!


Поважни термини:

Неутрофили – најзастапен вид (40 – 75 %) на бели крвни клетки кај цицачите кои се неопходен дел од вродениот имун систем.

Моноцити – вид на бели крвни клетки, дел од вродениот имун систем; првиот вид бели крвни клетки регрутирани брзо на одредена локација во телото чим одреден проблем/инфекција е почуствуван/а. Тие подоцна созреваат и стануваат макрофаги.

Макрофаги – вид бели крвни клекти кои елиминираат клеточни остатоци, страни тела, бактерии и канцерогени клетки преку процес наречен фагоцитоза (внесуваање во себе материи и нивно уништуваање).

Фибробласти –клетки дел од сврзното ткиво кои прозиведуваат екстраклеточен матрикс.

Страни-тела џиновски клетки – мултиклеточна фузија на макрофаги како резултат на присуство на страно тело.

Фибротична капсула – густ слој на сврзно ткиво, формиран од страни-тела џиновски клетки и екстраклеточен матрикс.

Имуномодулација – модифицирање на имунолошката реакција на телото преку различни начини за намалена имуна реакција.

Цвитер-јонски материјали – материјали кои имаат неутрални молекули со тоа што во една иста молекула имаат групи со негативно и позитивно електрично полнење.


  1. Grainger, D. W. (2013). All charged up about implanted biomaterials. Nat Biotech, 31(6) , 507–509. doi:10.1038/nbt.2600  ↩
  2. Anderson, J. M., Rodriguez, A., & Chang, D. T. (2008). FOREIGN BODY REACTION TO BIOMATERIALS. Seminars in immunology, 20(2) , 86–100. doi:10.1016/j.smim.2007.11.004  ↩
  3. Kim, Y. K., Que, R., Wang, S.-W., & Liu, W. F. (2014). Modification of Biomaterials with a Self-Protein Inhibits the Macrophage Response. Advanced Healthcare Materials , 3(7), 989–994. doi:10.1002/adhm.201300532  ↩
  4. Zhang, L., Cao, Z., Bai, T., Carr, L., Ella-Menye, J.-R., Irvin, C., … Jiang, S. (2013). Zwitterionic hydrogels implanted in mice resist the foreign-body reaction. Nat Biotech, 31(6) , 553–556. doi:10.1038/nbt.2580  ↩

Слични статии

Претходен написи
Sвонче, месо и плунка: Павлово условување
Следен напис
Магнетна резонанса и контрастни агенси

Напишете коментар

Вашата адреса за е-пошта нема да биде објавена. Задолжителните полиња се означени со *

Пополнете го ова поле
Пополнете го ова поле
Ве молам, внесете валидна адреса за е-пошта.

Мени

Споделете со пријателите