Опухолеродность имплантатов: зависимость от состава
В 1960 г. Нотдурфт на основании результатов многочисленных исследований высказал предположение, что любой материал при условии достаточно длительного пребывания в тканях может вызвать развитие опухоли. Однако природа материала влияет на частоту возникновения опухолей, индуцируемых при его имплантации. В работе приведены результаты подкожной имплантации крысам 16 типов пластических материалов в виде гладких сплошных пластинок, одинаковых по форме и размеру ( табл. 1 ). Частота появления опухолей в ответ на введение этих материалов колеблется в довольно широких пределах. Очищение от примесей не приводит к снижению степени опухолеродности материала [ Nothdurft, 1960 , Oppenheimer, 1955 ]. В работе также было проведено сравнительное изучение опухолеродности одинаковых по форме и размеру пластинок из поликапролактама, полиэтилена и стекла при подкожной имплантации крысам; поликапролактам вызвал более чем в 2 раза больше опухолей по сравнению со стеклом и полиэтиленом. Опухолеродность пластинок из поликапролактама, покрытых перед имплантацией слоем парафина, снижалась в 3 раза. Пластинки из различных металлов также обладали различной степенью опухолеродности при имплантации под кожу крысам [ Пустогарова, 1969 , Oppenheimer, 1956 ].
Были проведены исследования по корреляции между некоторыми физико- химическими свойствами имплантируемого материала и его опухолеродностью. Рассматривались пластики трех типов: с избытками анионов и катионов и с равными порциями обоих. При подкожной имплантации крысам пластинок каждого из этих типов выход опухолей был самым высоким для катионных (9/14, т.е. у 9 из 14 животных), ниже для анионных (3/16), и наиболее низким для нейтральных (1/15). Авторы отметили, что при довольно большом разнообразии в структуре капсул наиболее часто инертные Фиброзные капсулы находили вокруг нейтральных пластинок. Явным отличием от последних было формирование очагов эктопической кости в четырех из пяти катионных и в двух из 13 анионных капсул, в которых опухоли не развились. Кость обычно была хорошо сформирована, иногда содержала участки нормального костного мозга [ Carter, 1971 ].
Результаты этой работы позволяют сделать по крайней мере два заключения.
Во-первых, толстая фиброзная инертная капсула, наличие которой часто отмечалось многими авторами как положительно коррелирующее с канцерогенностью имплантата, не является решающим признаком канцерогенности: нейтральные пластинки, которые наиболее часто были окружены такой капсулой, почти не вызвали опухолей, тогда как катионные, вокруг которых капсулы были наиболее "реактивны" (содержали большие участки грануляционной ткани), оказались весьма канцерогенными.
Во-вторых, свойства инородного тела влияют не только на структуру капсулы, но и на формирование в ней эктопической кости, что наводит на мысль о специфическом индукторе, появление которого вызывается имплантацией катионных пластинок.
В связи со сказанным интересно отметить результаты проведенных исследований (in vitro): макрофаги трех линий (мышиные J774A.1 и RAW264.1, а также человеческие ТНР-1) способны секретировать ВМР-2 - белок, вызывающий дифференцировку стволовых мезенхимальных клеток в остеобласты [ Champagne, 2002 ]. Было показано также, что свойства субстрата (химические и топографические характеристики поверхности), на котором живут макрофаги (МФ), влияют на их способность секретировать ВМР-2 [ Takebe, 2003 ]. Экспрессия ВМР-2 подавлялась провоспалительной стимуляцией Мф с помощью LPS (липополисахаридов грамотрицательных бактерий), что приводило к секреции ими TNF-альфа. Этот факт свидетельствует о возможности обратной трансдифференцировки Мф от прорепарационного фенотипа к провоспалительному.
При имплантации мышам обычных MF (круглых, с диаметром 13 мм) с диаметрами пор по 0,45 и 0,22 мкм и таких же фильтров, которые были изготовлены без добавления детергента и, таким образом, приобрели гидрофобность была подтверждена низкая опухолеродность обычных фильтров [ Andrews, 1972 ]. При имплантации гидрофобных фильтров было получено статистически значимое превышение частоты возникновения опухолей по сравнению с таковой при имплантации гидрофильных.
Позже появились работы, дающие представление о том, как вышеперечисленные свойства имплантатов могут влиять на деятельность окружающих их макрофагов. In vivo было показано, что имплантаты с гидрофобной, анионной и катионной поверхностями вызывали сильный воспалительный ответ в ранней фазе, тогда как в случае гидрофильной поверхности лейкоциты (популяция включала в себя нейтрофилы, лимфоциты и макрофаги, поскольку исследовалась в ранние сроки после имплантации) продуцировали значительно меньше как про-, так и противовоспалительных цитокинов [ Brodbeck, 2003 ]. Дополнительно на этих материалах была изучена адгезивность и степень слияния макрофагов с образованием многоядерных клеток. Наименьшей адгезивностью обладали гидрофильные и анионные пластинки. Для них же были характерны меньшая степень слияния макрофагов и большее число апоптотических клеток [ Brodbeck, 2002 ].
Надо, однако, отметить, что химический состав имплантатов в экспериментах вышеназванных авторов был разным. Поэтому нет уверенности в причинно-следственной связи свойств пластинок, параметров вызываемого ими воспаления и опухолеродности. Тем не менее описанные эксперименты лишний раз иллюстрируют влияние свойств поверхности инородного тела (ИТ) на модуляцию экспрессии генов в макрофагах. Было бы интересно испытать на канцерогенность имплантаты, разработанные Андерсоном и соавт. [ Brodbeck, 2003 ], и сравнить полученные результаты с результатами Картера и соавт. [ Carter, 1971 ].
Обычные пластики также по-разному влияют на функциональное состояние макрофагов. Подтверждением этого могут служить данные о различном спектре белков, выделяемых в среду перитонеальными макрофагами при культивировании их in vitro на поверхностях разных материалов (были испытаны культуральные и микробиологические чашки Петри, а также MF с разными диаметрами пор). Различия обнаружились именно между материалами, но не касались размеров пор фильтров. Была изучена реакция макрофагов на пять полимеров in vitro и in vivo. Исследованные полимеры показали различную способность макрофагов секретировать биоактивные продукты (IL-1 и фактор, стимулирующий пролиферацию фибробластов) [ Miller, 1989(a) , Miller, 1989(b) ].
На вопрос о том, каким образом могут возникать различия в экспрессии клетками биоактивных продуктов даже при инертном субстрате, отвечает серия работ Танга и соавт. [ Tang, 2005 ]. В них были получены экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что различия в реакции Мф на разные материалы могут быть результатом зависящей от свойств материала разной степени раскрытия эпитопов молекулы фибриногена плазмы при его адсорбции на поверхности имплантата. Это происходит вследствие денатурации фибриногена при контакте с биоматериалом, результатом чего являются конформационные изменения его молекулы. Было показано, что взаимодействие найденных эпитопов с интегрином Мас-1 макрофагов вызывает аккумуляцию последних на поверхности имплантата и их активацию, приводящую к экспрессии провоспалительных цитокинов и индукции фиброгенеза. Отсюда следует предпочтительность изучения степени пригодности материалов для протезирования in vivo. При исследовании in vitro предадсорбция различных белков к поверхности имплантата также вела к модуляциям поведения макрофагов [ Bonfield, 1992 ].
