Uvođenje medicinskih uređaja — obično napravljenih od materijala kao što su titan, silikon ili kolagen — u naša tela može izazvati mnoštvo različitih imunoloških odgovora. Dok neki odgovori mogu naškoditi našim telima, drugi mogu pomoći u njihovom izlečenju. Istraživači nisu u potpunosti shvatili rimu ili razlog za reakcije tela, ali nova studija ispunjava kritični deo slagalice.
Pažljivim ispitivanjem polarizovanih odgovora imunog sistema na dva različita materijala implantirana u miševe, istraživači sa Nacionalnog instituta za biomedicinsku sliku i bioinženjering (NIBIB) su identifikovali ključne pokretačke faktore za regeneraciju i oštećenje izazvanu implantatima. Autori sugerišu da njihovi nalazi, objavljeni 23. oktobra u časopisu Nature Materials, pomažu da se postavi osnova za dizajn novih medicinskih uređaja koji utiču na imuni sistem da pomognu, a ne da štete telu.
Medicinski uređaji kao što su pejsmejkeri, implantati u grudima ili zamena kolena mogu da izazovu neprijateljske imunološke reakcije koje mogu oštetiti ne samo same implantate već i okolno tkivo. Kliničko rešenje bilo je da se daju lekovi koji smanjuju imuni odgovor tela, poznati kao imunosupresivi, koji nisu uvek efikasni i nose ozbiljne rizike.
Zbog komplikacija, uključujući oštećenje izazvano imunitetom, skoro uvek su potrebne dodatne operacije, bilo mesecima ili godinama kasnije, za uklanjanje ili zamenu implantata koji su postali neefikasni ili opasni.
Međutim, neki implantati, kao što su prirodno dobijeni transplantati tkiva, pokazali su da mogu da usmere imuni sistem u poželjnijem pravcu, stimulišući reparativne procese. Iako prirodni biomaterijali nisu prikladni za svaku medicinsku primenu, oni ipak mogu da sadrže vredne lekcije za druge vrste uređaja.
„Ako bismo mogli da otkrijemo koji aspekt ovih različitih materijala izaziva određene imunološke reakcije, imali bismo veću kontrolu u dizajniranju materijala i uređaja koji podstiču odgovore koje želimo“, rekla je viši autor Kejtlin Sadtler, dr, Earl Stadtman Tenure- Istražitelj tragova i šef Odseka za imunoinženjering u NIBIB-u.
Da bi pronašli objašnjenja za različite reakcije na različite uređaje, autori nove studije su uklonili volumen mišića u nogama miševa i popunili praznine sa dva biomaterijala za koje se zna da izazivaju suprotne reakcije.
Jedna je bila decelularizovana submukoza tankog creva — svinjsko tkivo koje je lišeno ćelija, ostavljajući za sobom uglavnom kolagen — koje podstiče reparativne imune procese i pokazalo se obećavajućim kao kliničko rešenje za povrede abdomena. Drugi je bio polietilen, plastika koja se koristi za pravljenje ortopedskih implantata koji mogu izazvati dugotrajnu upalu i ožiljke jer se mali komadi sipaju u okolno tkivo. Treća grupa povređenih miševa je ostavljena nelečena radi poređenja.
Kroz proces koji se zove protočna citometrija, Sadtler i njeni koautori identifikovali su i izbrojali različite tipove ćelija iz tkiva dobijenog od miševa.
Kao što se očekivalo, uzorci implantirani submukozom pokazali su obrasce koji su bliže povezani sa anti-inflamacijom i popravkom nego oni implantirani polietilenom. Ali, od mnogih razlika između uzoraka implantiranih sa dve vrste materijala, količina jednog prisutnog tipa ćelije bila je posebno upadljiva.
Uzorci submukoze sadržali su mnogo više specifičnog tipa ćelija zvanog cDC1, koji pripada klasi poznatoj kao dendritske ćelije, koje pomažu imunološkom sistemu da razlikuje prijatelja od neprijatelja.
Štaviše, kada su istraživači koristili miševe koji su genetski izmenjeni da bi zaustavili razvoj podtipa dendritičnih ćelija, upala i ožiljci su bili sve veći i rast novih mišića je promenjen, bez obzira na materijal koji je implantiran.
„Ove dendritične ćelije verovatno igraju ključnu ulogu u smirivanju imunološkog sistema. Dakle, kada smo videli da su obogaćene uzorcima sa svinjskom submukozom, želeli smo da kopamo dublje da razumemo kako i zašto su ove ćelije na mestu povrede“, rekao je Sadtler.
Kroz grupu eksperimenata, istraživači su utvrdili da tip imune ćelije nazvan prirodne ćelije ubice luči hemijske signale za privlačenje podtipa dendritskih ćelija — dobro dokumentovan proces koji se vidi u imunološkim odgovorima na tumore.
U kontekstu raka, prirodne ćelije ubice se aktiviraju signalima molekularne opasnosti koje oslobađaju povređene ili umiruće ćelije. Ovi signali bi takođe verovatno bili prisutni u podmukozi svinja, ali ne i u polietilenu, što bi ove molekule činilo verovatnim pokretačem drastične razlike u tome kako su dve grupe životinja reagovale, objasnio je Sadtler.
Nakon što je identifikovao neke preliminarne mehanizme pomoću kojih materijal indukuje regrutaciju ćelija, Sadtlerov tim planira da identifikuje specifične proteine i molekule koji su pokrenuli reparativne odgovore, sa ciljem da se ti molekuli iskoriste da priguše autoimunost i pojačaju regenerativne procese.
Ako njihove strategije urode plodom, onda bi mogle biti korisne za modifikaciju postojećih uređaja – dodavanjem premaza ispunjenih proteinima na površinu pejsmejkera, na primer – ili za informisanje o dizajnu potpuno novih uređaja. Ako se lepo poigravate sa složenim imunološkim sistemom tela, medicinski uređaji budućnosti mogli bi da budu sigurniji i da traju mnogo duže.
„Implantati često izazivaju bol i, u mnogim slučajevima, moraju da budu uklonjeni u roku od nekoliko godina. Mi želimo da na kraju eliminišemo tu tugu produžavanjem životnog veka implantiranih medicinskih uređaja na životni vek pacijenata“, rekao je Sadtler.
