美國每年約有40萬人接受硅膠乳房植入手術。但是，這些植入物安全嗎?該國食品和藥物監(jiān)督管理局(FDA)數(shù)據(jù)顯示，由于疤痕組織的積累和其他并發(fā)癥，大多數(shù)植入物需要在10年內(nèi)更換。
為此，麻省理工學院等機構(gòu)研究人員對5種植入物的形貌等特征進行了研究，系統(tǒng)分析了不同表面結(jié)構(gòu)是如何影響不良反應發(fā)展的，以便找出何種植入物設計可能較安全。相關論文6月21日刊登于《自然—生物醫(yī)學工程》。
美麗有風險
硅膠被廣泛用于慢性植入，并且被普遍認為是安全的。為了減輕人體對硅膠植入物的免疫反應，設計人員已經(jīng)采取了諸多措施，例如改變表面化學性質(zhì)的化學修飾、水凝膠涂層、等離子體處理，以及改變表面特征的形貌和粗糙度。
其中，硅膠乳房植入物自20世紀60年代開始使用，最早版本的表面十分光滑。然而，植入者常會出現(xiàn)一種名為包膜攣縮的并發(fā)癥——植入物周圍形成疤痕組織并擠壓它，導致疼痛以及植入物變形。并且植入物也可能發(fā)生翻轉(zhuǎn)，需要手術調(diào)整或移除。
20世紀80年代末，一些公司開始制造表面粗糙的植入物，有的甚至有數(shù)百微米厚的紋理，從而希望能夠減少包膜攣縮發(fā)生率，并使其更好地與組織“黏”在一起，固定在原地。
然而，2019年，F(xiàn)DA要求一家乳房植入物制造商召回所有在美國銷售的高紋理乳房植入物(約80微米)，原因是增加了與乳房植入物相關的間變性大細胞淋巴瘤(一種免疫系統(tǒng)癌癥)風險。
目前，新一代乳房植入物粗糙度輕微(平均約4微米)，而且接觸點的數(shù)量、分布和尺寸已優(yōu)化到細胞尺寸，旨在防止這些并發(fā)癥。即便如此，F(xiàn)DA資料顯示，所有的隆胸手術都有風險，包括間變性大細胞淋巴瘤、通常被稱為乳房植入物疾病的全身性癥狀以及包膜攣縮等。
除了愛美人士，一些腫瘤患者甚至殘障人士則不得不使用植入物。因此，未來需要設計更多的生物相容性植入物。
“可以說，基于科學的植入物設計十分重要，它可以為患者提供更安全的產(chǎn)品。”Establishment Labs公司Roberto de Mezerville說。
光滑、粗糙都不佳
《中國科學報》從麻省理工學院獲悉，該校教授Robert Langer、約翰斯·霍普金斯大學助理教授Joshua Doloff、萊斯大學助理教授Omid Veiseh等人一直在探索植入物表面是如何與周圍組織和免疫系統(tǒng)相互作用的。
論文作者之一Veiseh告訴記者：“植入物表面形貌可以極大影響免疫反應對其感知。因此，植入物的設計對使用安全性有重要影響。我們希望這篇論文能幫助整形外科醫(yī)生評估和更好地理解植入物的選擇如何影響患者健康。”
他們首先測試了5種市面上出售的植入物，包括之前被召回的高紋理、完全光滑的植入物，以及3個粗糙度介于二者之間的植入物。其中兩個植入物具有新型表面結(jié)構(gòu)，一個是4微米的粗糙度，另一個是15微米。
“我們使用了與目前市場上已批準的商業(yè)植入物相同的基材/化學成分，希望我們的數(shù)據(jù)盡可能與臨床相關。”Doloff告訴《中國科學報》。
在一項兔子研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，最粗糙植入物周圍組織顯示出巨噬細胞活性增加的跡象。巨噬細胞是一種能清除外來細胞和碎片的免疫細胞。而且，所有的植入物都刺激了名為T細胞的免疫細胞，但方式不同。粗糙表面的植入物刺激了更多的促炎T細胞反應。
這些發(fā)現(xiàn)表明，粗糙的植入物會與周圍組織摩擦，造成更大刺激。這或許可以解釋為什么粗糙的植入物可能導致淋巴瘤：一些表面顆粒脫落并被困在附近的組織中，引發(fā)慢性炎癥，最終導致癌癥。
研究人員還在老鼠身上測試了這些植入物的微縮版本，最終也得出了類似結(jié)論。例如，更粗糙的植入物激發(fā)了更多的巨噬細胞活性、更高水平的炎癥T細胞，并形成更多的疤痕組織。他們還對這些免疫細胞進行了單細胞RNA測序，以確認細胞表達了促炎基因。
“雖然完全光滑的表面植入物也導致了更高水平的巨噬細胞反應和纖維化，但很明顯，在小鼠中，粗糙植入物對單個細胞壓力更大，并表達了更多的促炎表型。”Doloff說。
選擇應謹慎
在動物實驗之后，研究人員分析了來自MD安德森癌癥中心的大量癌癥組織樣本，以研究人體對不同類型的硅膠乳房植入物的反應。
在這些樣本中，研究人員看到了與動物研究相同類型的免疫反應。他們觀察到，多年來，高紋理植入物使用者的組織樣本顯示出慢性、長期免疫反應的跡象;這些患者的疤痕組織更厚。
“我們在小鼠、兔子和人類中看到一致和相似的效果。雖然有人可能會說存在物種特異性差異，但免疫和纖維化反應的保守程度是相當顯著的。”Doloff說，“相比而言，4微米粗糙度的植入物在減少異物反應、纖維囊形成和炎癥免疫反應方面是最佳的。原因可能是此類表面結(jié)構(gòu)類似細胞的表面，使細胞能以不同的方式感知它們。”
研究人員希望，該成果可以幫助其他研究人員優(yōu)化硅膠乳房植入物和其他類型醫(yī)用硅膠植入物設計，以獲得更好的安全性。
“我們希望能夠帶來新的材料科學方法，更好地理解隆胸領域的生物相容性問題。我們也希望該研究有利于設計更安全、更有效的植入物。”該研究資深作者Langer說。
下一步，研究人員計劃分析可以減少瘢痕和炎癥的最佳植入物能否在癌癥患者中發(fā)揮作用。因為早期的癌癥治療手段，如化療、放療或其他介入手術，會導致纖維化以及更高的植入失敗率。
