Bioinženjer Univerziteta Rajs Omid Veiseh i saradnici otkrili su da taloženje lipida na površinama implantata može igrati posredničku ulogu između tela i implantata, pri čemu neki lipidi deluju kao mirovnjaci, dok drugi izazivaju sukob.
„Saznali smo da, dok imunološke ćelije puze po implantiranom biomaterijalu, ostavljaju lipidne vezikule koje signaliziraju imunološkom sistemu domaćina da li bi biomaterijale treba zanemariti ili ograditi od tela“, rekao je Veiseh, docent bioinženjeringa i prevencije raka Rice. i naučnik Istraživačkog instituta Teksasa.
Ovo znanje bi moglo pomoći naučnicima da razviju biomaterijale ili obloge za implantate koji odbijaju agresiju imunološkog sistema domaćina, smanjujući stope kvarova na biomedicinskim uređajima kao što su pejsmejkeri, šantovi cerebrospinalne tečnosti, koronarni stentovi, hirurške mreže, pumpe za isporuku lekova, biosenzori i još mnogo toga.
Studija je objavljena u Advanced Materials.
„Glavni problem u svim biomedicinskim implantatima je taj što ih imuni sistem napada“, rekao je Kristijan Šrajb, diplomirani student Rajsove i glavni autor studije. „U suštini, on ih inkapsulira u fibroznu kapsulu koja uništava njihovu funkcionalnost i čini da više ne rade.“
„Naš tim je bio u mogućnosti da razvije hemijsku modifikaciju površine koja preferencijalno regrutuje makrofage koji ostavljaju za sobom ‘ne-napadaj’ potpis lipidnih vezikula omogućavajući implantatima da postoje u telu, a da ne budu prepoznati kao strani,“ rekao je Veiseh.
Fibroza, ili ožiljci, je nakupljanje viška tkiva na mestu povrede. Fibrozni odgovor na implantate se tradicionalno povezuje sa taloženjem proteina na implantiranoj površini.
„U našem istraživanju smo shvatili da, iako su proteini važni, molekuli masti takođe igraju značajnu ulogu u fibroznom procesu“, rekao je Schreib. „Identifikovali smo dva profila lipida, masne kiseline i fosfolipide. Veća je verovatnoća da će masne kiseline izazvati imuni odgovor, dok je veća verovatnoća da će fosfolipidi proći ispod radara i ne iritirati imuni sistem.
„Sada kada ovo razumemo, možemo da iskoristimo ovo znanje za projektovanje materijala za upotrebu u implantatima za koje je manje verovatno da će izazvati imuni odgovor. Mogli bismo, recimo, da napravimo materijal koji uvlači fosfolipide u njega, tako da kada implantirate materijala, fosfolipidi se prirodno talože na njega i pomažu mu da izbegne imuni sistem. Možda bismo takođe želeli da razmotrimo uzimanje tih molekula masti kao što su fosfolipidi i da ih hemijski funkcionalizujemo na površinu uređaja pre implantacije.“
Kada se u telu pokrene imuni odgovor, imunske ćelije se mobilišu na mestu povrede ili upada. Povećan promet imunih ćelija u blizini implantata dovodi do veće akumulacije fibroznog tkiva.
„Debeli sloj ćelija taloženih na implantatu će verovatno sprečiti njegov rad“, rekao je Šrajb. „Ali ako imate sloj lipida na atomskoj skali, to neće uticati na njegovu funkcionalnost u istoj meri.“
Optimizacija performansi implantata je najkritičnija za grupe pacijenata koji se oslanjaju na njih u lečenju hroničnih i potencijalno opasnih po život stanja kao što je hidrocefalus, poremećaj koji uključuje prekomerno nakupljanje cerebrospinalne tečnosti (CSF) u mozgu. Za mnoge pacijente, jedina efikasna strategija lečenja je postavljanje CSF šanta koji preusmerava višak tečnosti u drugu telesnu šupljinu. Pacijenti sa hidrocefalusom kod dece suočavaju se sa posebno visokim stopama neuspeha implantata, što može dovesti do glavobolje, povraćanja, gubitka vida, povrede mozga i smrti ako se brzo ne reši.
„Kao pedijatrijski neurohirurg, sa sigurnošću mogu reći da su kvarovi šanta propast mog postojanja“, rekao je dr Brajan Hanak, pomoćnik profesora neurohirurgije u Dečjoj bolnici Univerziteta Loma Linda u Kaliforniji, koji je koautor studije. Dok se kvar CSF šanta može javiti u bilo kojoj starosnoj grupi, stope kvarova su mnogo veće kod male dece. „Većina nas koji radimo u ovoj oblasti smatra da je to verovatno povezano sa činjenicom da je urođeni imuni sistem mozga posebno pojačan kod male dece“, rekao je on.
„Kod male dece i beba, stopa neispravnosti šanta je oko 40%-50% dve godine nakon implantacije. Iskreno, sramota me je da rutinski implantiram uređaj za održavanje života koji je najskloniji otkazu u modernoj medicini. Ako razvili ste pejsmejker sa stopom otkaza od 40% do 50% za dve godine, on nikada ne bi dobio odobrenje američke Uprave za hranu i lekove, jer je to užasno. Ali to je nažalost industrijski standard za CSF šantove.“
Hanak je rekao da bi mnogi moždani implanti mogli imati koristi od smanjenog urođenog imunološkog odgovora.
„Jedna posebno koja mi uvek pada na pamet je tehnologija interfejsa mozak-kompjuter“, rekao je on. „Prošlo je oko 20 godina od kada smo imali dokaz koncepta da nekome možete implantirati niz mikroelektroda u nečiji mozak i naterati ga da koristi taj niz za kontrolu robotske ruke.
„Mogli biste se zapitati, ako je to slučaj, zašto onda ova tehnologija nije nešto što svaka paralizovana osoba može da koristi da poboljša svoju nezavisnost i kvalitet života? Razlog je taj što imuni odgovor postavljen na te implantirane nizove elektroda onemogućava da snimaju neuronske aktivnosti duže od dve do tri godine in vivo. U ovom trenutku, sa našim trenutnim stanjem tehnologije, to nije stvarno održivo rešenje, svakako nije dugoročno rešenje za paralizovane pacijente.“
