图森研究人员解决生物医学植入物的免疫排斥问题

为了更多地了解导致人体排斥生物医学植入物的原因， 亚利桑那大学图森分校医学院 的一个团队发现了一种似乎有助于驱动这种反应的蛋白质，并希望他们的发现能够改善生物医学植入物的设计和安全性。研究结果 今天发表在《自然生物医学工程》杂志上。

生物医学植入物，如乳房植入物、起搏器和矫形硬件，已经改变了医学，但其中相当多的植入物被身体排斥，需要移除。罪魁祸首是一种鲜为人知的免疫反应，称为异物反应(FBR)，其中身体将植入物封装在疤痕组织中。

资深作者 Geoffrey Gurtner 医学博士、FACS外科系主任和共同主要作者 Kellen Chen 博士、外科助理研究教授表示，他们提出的方法与解决种植体失败的传统思维过程背道而驰，迄今为止，依赖于使用所谓的生物相容性材料，这些材料对身体有更好的耐受性，但并不能完全消除 FBR 的风险。

为了了解为什么一些免疫系统会在植入物周围形成厚厚的胶囊，而另一些免疫系统则不会，研究小组从 20 名乳房植入物被移除的患者那里收集了胶囊样本，其中 10 人反应严重，10 人反应轻微。一种名为 RAC2 的蛋白质在从严重反应患者身上采集的样本中高度表达。

“当我们检查严重纤维化的样本时，RAC2 是我们发现的最重要的蛋白质之一，”Chen 说。“因为它似乎推动了很多下游途径，所以我们决定进行更仔细的探索。”

为了应对植入物引起的机械应力，免疫细胞会激活 RAC2 和其他蛋白质，这些蛋白质会召唤额外的免疫细胞，包括可以联合起来攻击大型入侵者的类型。

“这种异物非常坚硬，会对外部环境造成压力，会激活这些免疫细胞聚集到该区域，”陈说。“它们开始相互融合，产生大量细胞，吐出胶原蛋白和其他产品等纤维蛋白。”

为了证实 RAC2 在 FBR 中的作用，研究小组阻断了动物模型中 RAC2 的表达。

“我们以 RAC2 和其他途径为目标，观察到 FBR 水平显着降低——高达三倍，” 外科系研究员、该研究的共同主要作者Dharshan Sivaraj说。“我们认为针对这些途径可以作为一种潜在的疗法来减轻甚至预防人类临床上显着的 FBR。”

RAC2 是免疫细胞特有的，这意味着从理论上讲，阻断它的药物可能只针对免疫细胞，而不影响体内的其他细胞。Gurtner 和 Chen 也是 亚利桑那州癌症中心的成员，他们表示下一步是开发一种可供人类使用的更具体的药物版本，他们的团队已经在与亚利桑那州药物发现中心合作 。肯科伊特药学院 开发它。

“我们认为局部靶向治疗效果更好。也许有办法将这种药物结合到具有某种涂层的植入物上，以尽量减少系统问题，”Gurtner 说。

亚利桑那大学的技术商业化办公室“亚利桑那技术启动”正在与该团队合作，将创新从实验室转化为市场，他们希望它将对患者及其医疗保健提供者产生现实影响。

古特纳实验室与斯坦福大学医学院、德克萨斯大学西南医学中心和德国雷根斯堡大学医院的团队合作进行了这项研究。图森医学院外科学系的其他作者包括 Hudson C. Kussie，研究专业人士; Katharina Fischer，医学博士，博士后研究员;和 Artem A. Trotsyuk 博士，助理研究教授。

“建立对驱动异物反应的分子机制的完整理解是开发真正的生物集成医疗设备的最终前沿，”古特纳说。

FBR 的原因相对未知。Chen 说，普遍的假设是 FBR 是对植入物化学成分的反应。相比之下，这项研究表明，植入物会给身体带来压力点，引发过度活跃的免疫反应。

“细胞接触这种新材料就像我触摸软的东西和硬的东西一样。我的身体知道桌子比枕头硬——触摸桌子会激活我手指的机械通路。同样，当细胞与植入物和周围组织相互作用时，它们会因机械应力的增加而激活，”陈说。“免疫细胞意识到那里有异物，它们会通过在植入物周围构建纤维化胶囊来做出反应，试图将其屏蔽。”

免疫反应越严重，胶囊越厚。对于某些人来说，这个胶囊会在植入物周围收缩，阻碍其功能并引起疼痛。高达 30% 的种植体因 FBR 需要移除。