【新闻速递】Rice大学研究者们发现脂质有助于协助机体判断是否对医用植入物进行免疫反应—— 研究发现可以通过改善免疫反应

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Christian Schreib （左）和Omid Veiseh 在屏幕前，屏幕上显示了经过化学修饰以特异性招募巨噬细胞的选定区域图像。ECV代表细胞外小泡（extracellular vesicle）。

医疗植入物可以挽救患者生命或显著提高患者生活质量，但对我们的免疫系统来说，它们可能是入侵者。Rice大学生物工程师OmidVeiseh和他的合作者发现，医疗植入物表面的脂肪沉积可以在人体和植入物之间起到调解作用，一些脂质充当维和人员，而另一些则挑起冲突。

“我们了解到，当免疫细胞在植入的生物材料上爬行时，它们会留下脂泡（ lipid vesicles），向宿主免疫系统发出信号，表明这些生物材料是应该被忽视还是应该被从体内清除，“Texas 学者Rice生物工程和癌症预防与研究所助理教授Veiseh说。

这一知识可以帮助科学家开发生物材料或植入物涂层，以转移宿主免疫系统的攻击，降低生物医疗设备的故障率，如起搏器、脑脊液分流管（cerebrospinal fluid shunts）、冠状动脉支架、外科网、药物输送泵、生物传感器等。

克服生物医学植入物的重大挑战

“所有医学植入物的一个主要问题是机体的免疫系统会攻击它们，” Rice的研究生、该研究的主要作者Christian Schreib说。从本质上讲，免疫系统将医学植入物包裹在纤维囊中，破坏它们的功能，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物，优先招募巨噬细胞，这些巨噬细胞会在植入物表面留下一个代表‘不攻击’含义的脂泡特征性信号，允许植入物存在于体内，而不会被机体免疫系统认为是外来物”Veiseh说。

纤维化，或疤痕形成，是指损伤部位多余的组织堆积。传统意义上，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发挥着重要作用，”Schreib说，“我们确定了在纤维化过程中发挥作用的两种脂类，脂肪酸和磷脂。脂肪酸更有可能引发免疫反应，而磷脂不会扰乱免疫系统。”

“现在我们了解了这一点，就可以利用这一知识来设计材料，用于研发不引发免疫反应的植入物材料。比如说，我们可以设计一种材料，将磷脂吸引到它上面，这样当植入材料时，磷脂自然会沉积在它上面，帮助植入物逃避免疫系统。我们可能还想考虑将这些脂肪分子，如磷脂，在植入之前对植入物进行化学功能处理。“

当免疫反应在体内被触发时，免疫细胞在受伤或入侵的地方被动员起来。植入物附近免疫细胞流量的增加导致纤维组织的积累更严重。Schreib说：“植入物上沉积的厚厚的一层细胞很可能会阻止其发挥作用。但如果植入物表面有原子尺度上的一层脂质，那就不会对植入物的功能产生同样程度的影响。“

优化种植体性能

对于依赖植入物来治疗慢性或潜在威胁生命的疾病（如脑积水）的患者群体来说，优化植入物的性能是最关键的。脑积水是一种涉及脑脊液（CSF）在大脑中过量积聚的疾病。对于许多患者来说，唯一有效的治疗策略是放置脑脊液分流管，将多余的液体转移到不同的体腔。儿童脑积水患者面临特别高的植入物失败率，如果不迅速解决，可能会导致患者头痛、呕吐、视力丧失、脑损伤等并发症，甚至最终导致死亡。

加州Loma Linda大学儿童医院的神经外科助理教授Brian Hanak博士是这项研究的合著者，他说：“作为一名儿童神经外科医生，可以肯定地说，脑脊液分流管故障是严重并发症的祸根，虽然脑脊液分流管故障在任何年龄段都可能发生，但在幼儿中发生的故障率要高得多。大多数在这一领域工作的人认为，这很可能与大脑的先天免疫系统在幼儿时期特别活跃有关。”

“在幼儿和婴儿中，植入后两年的分流故障率大致在40%-50%。坦率地说，我很尴尬地例行公事地植入现代医学中最容易失败的生命维持设备。如果你开发的起搏器在两年内失败率为40%到50%，它永远不会得到FDA的批准，因为这种结果是令人震惊的。但不幸的是，这是脑脊液分流手术的正常情况。“

Hanak说，许多脑植入物可以因减少的先天免疫反应而受益。他说：“脑机接口技术一直是我脑海中浮现的一个问题。现在已经有大约20年的时间了，我们已经有了概念验证，可以在某人的大脑中植入一个微电极阵列，并让他们使用这个阵列来控制机械臂。可能有人会问，如果是这样的话，为什么这种技术不是每个瘫痪的人都可以用来提高他们的独立性和生活质量的东西呢？原因是针对植入的电极阵列的免疫反应使它们无法在体内正常工作超过三年。以我们目前的技术状态，这并不是一个真正可行的解决方案，因而当然也不是瘫痪患者的长期解决方案。”

国家卫生研究院（R01 DK120459）、国防高级研究计划局（D20AC00002）、Rice大学学院奖学金、Rice共享设备管理局和国家科学基金会（CBET1626418）支持这项研究。

组稿：刘浩宇

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