脂肪可以帮助标记医疗植入物是敌是友

莱斯大学生物工程师 Omid Veiseh 和合作者发现，植入物表面的脂质沉积可以在身体和植入物之间起到中介作用，一些脂质充当维和者，而另一些则挑起冲突。

28 天 IP 植入组织学的重复。(a) 28 天 IP PDMS 植入物的纤维化胶囊厚度的量化（n=3，来自不同植入物的样本）。(b) 28 天 PDMS 植入物周围组织的组织学复制。箭头突出显示组织与植入的 PDMS 交界处。条形图表示平均值±标准差。

“我们了解到，当免疫细胞在植入的生物材料上爬行时，它们会留下脂质囊泡，向宿主免疫系统发出信号，表明生物材料是应该被忽略还是应该与身体隔离开来，”莱斯大学生物工程和癌症预防助理教授 Veiseh 说。得克萨斯州研究院学者。

这些知识可以帮助科学家开发用于转移宿主免疫系统攻击的植入物的生物材料或涂层，降低起搏器、脑脊液分流器、冠状动脉支架、手术网、药物输送泵、生物传感器等生物医学设备的故障率。

“所有生物医学植入物的一个主要问题是免疫系统会攻击它们，”莱斯大学研究生、该研究的主要作者克里斯蒂安·施雷布说。“从本质上讲，它将它们封装在一个纤维化的胶囊中，破坏了它们的功能并使它们不再起作用。”

“我们的团队能够开发出一种化学表面修饰，优先招募巨噬细胞，留下‘不攻击’脂质囊泡特征，允许植入物存在于体内而不被识别为外来物，”Veiseh 说。

纤维化或疤痕是受伤部位多余组织的积累。传统上，对植入物的纤维化反应与蛋白质在植入物表面的沉积有关。

“在我们的研究中，我们意识到，虽然蛋白质很重要，但脂肪分子在纤维化过程中也起着重要作用，”Schreib 说。“我们确定了两种脂质谱，脂肪酸和磷脂。脂肪酸更有可能引起免疫反应，而磷脂更有可能在雷达下飞行，不会激怒免疫系统。

“既然我们了解了这一点，我们就可以利用这些知识来设计用于植入物的材料，这些材料不太可能引发免疫反应。我们可以，比如说，设计一种可以吸收磷脂的材料，这样当你植入“材料，磷脂自然沉积在它上面并帮助它逃避免疫系统。我们可能还想研究像磷脂这样的脂肪分子，并在植入前将它们化学功能化到设备表面。”

当体内触发免疫反应时，免疫细胞会在受伤或入侵部位动员起来。植入物附近免疫细胞流量的增加导致纤维化组织的更多积累。

“沉积在植入物上的一层厚细胞可能会阻止它工作，”Schreib 说。“但如果你在原子尺度上有一层脂质，那不会在同样程度上影响它的功能。”

优化植入物性能对于依赖植入物来治疗慢性和可能危及生命的疾病（例如脑积水，一种涉及大脑中脑脊液 (CSF) 过量积聚的疾病）的患者群体而言最为关键。对于许多患者来说，唯一有效的管理策略是放置 CSF 分流器，将多余的液体转移到不同的体腔。小儿脑积水患者面临特别高的植入失败率，如果不迅速解决， 可能会导致头痛、呕吐、视力丧失、脑损伤和死亡。

“作为一名儿科神经外科医生，可以肯定地说分流器故障是我生存的祸根，”加州洛马琳达大学儿童医院神经外科助理教授 Brian Hanak 博士说，他是该研究的合著者。虽然 CSF 分流故障可能发生在任何年龄组，但幼儿的故障率要高得多。“我们大多数从事这一领域工作的人都认为，这可能与大脑的先天免疫系统在幼儿中特别活跃这一事实有关，”他说。

“在幼儿和婴儿中，植入后两年的分流器故障率大约为 40%-50%。坦率地说，我很尴尬地定期植入现代医学中最容易失败的生命维持装置。如果“你开发了一种两年内失败率为 40% 到 50% 的起搏器，它永远不会获得美国食品和药物管理局的批准，因为这太可怕了。但不幸的是，这是 CSF 分流器的行业标准。”

哈纳克说，许多大脑植入物可以从降低的先天免疫反应中获益。

“我特别想到的一个是脑机接口技术，”他说。“我们已经有了大约 20 年的概念验证，你可以在某人的大脑中植入一个微电极阵列，并让他们使用该阵列来控制机械臂。

“你可能会问，如果是这样的话，那为什么这项技术不是每个瘫痪者都可以用来提高他们的独立性和生活质量的东西呢？原因是安装在那些植入电极阵列上的免疫反应使他们无法记录在体内超过两到三年的神经活动。目前，以我们目前的技术水平，这不是一个真正可行的解决方案，当然也不是瘫痪患者的长期解决方案。”