Опухолеродность имплантатов: зависимость от формы
Наиболее загадочной при исследованиях казалась зависимость канцерогенности инородного тела (ИТ) от их формы. При имплантации полимерных пластинок было обнаружено следующее:
- канцерогенность пластинки тем больше, чем больше ее площадь [ Александер, 1961 , Brand, 1976(b) ];
- при равной площади измельченная пластинка почти целиком утрачивает канцерогенные свойства [ Oppenheimer, 1955 , Ольшевская, 1961 , Moizhess, 1989(a) ];
- перфорация пластинки существенно снижает ее канцерогенность [ Oppenheimer, 1955 , Moizhess, 1989(a) ];
- пластинки с гладкой поверхностью индуцируют опухоли быстрее, чем такие же пластинки, но с шероховатой поверхностью [ Bates, 1966 , Brand, 1975(b) ];
- MF при диаметре пор в 0,1 мкм или меньше высокоопухолеродны, а при диаметре пор в 0,22 мкм или более опухоли не возникали [ Moizhess, 1989(a) , Ferguson, 1977 ].
Рассматривая вышеприведенные факты, исследователи были склонны интерпретировать их как свидетельства в пользу того, что причиной возникновения опухолей является разобщение тканей, вызываемое сплошной пластинкой или MF с малым диаметром пор. Эту гипотезу опроверг опыт Фергюсона: НК-фильтры (неканцерогенные), наклеенные с двух сторон на пластмассовую пластинку и таким образом сделавшиеся несквозными, сохраняли свои свойства, т.е. не становились канцерогенными, а фильтры с малыми диаметрами пор по-прежнему вызывали опухоли [ Ferguson, 1977 ]. Таким образом, решающим для канцерогенности фактором оказались свойства поверхности имплантата.
В то же время интересно отметить, что при имплантации двойных и тем более тройных фильтров (с диаметром пор 0,45 мкм) у большого числа мышей возникли опухоли (7/30 и 16/30 соответственно). Авторы объясняют этот результат увеличением площади поверхности имплантата [ Iomhair, 1997 ].
С помощью световой и электронной микроскопии были изучены клетки, прикрепленные к поверхности канцерогенных (К) и неканцерогенных (НК) имплантатов. Единственным обнаруженным клеточным типом были макрофагоподобные клетки. Для их изучения использовалось введение под кожу мышей К-пластинок из ПВХ, а также К- и НК- MF с разными диаметрами пор. Сравнив клетки, прикрепленные к К- и НК-имплантатам, авторы отметили, что в случае HK-MF (с порами 0,22 и 0,45 мкм) макрофаги, покрывающие их поверхность, инвазировали поры фильтров цитоплазматическими отростками. Нижняя, контактирующая с инородным телом поверхность клеток на К-фильтрах и пластинках была сглажена. В этих клетках в отличие от клеток, населяющих MF с большим диаметром пор, отсутствовали фаголизосомы. В то же время коллагеновые капсулы вокруг К- имплантатов были толще капсул вокруг НК, что свидетельствует об активной выработке коллагена в случае К-пластинок. Наличие более толстой капсулы можно было бы также объяснить слабой выработкой деградирующих коллаген ферментов - коллагеназы, матриксных металлопротеиназ (ММР) [ Karp, 1973 ]. Однако активная продукция последних макрофагами на поверхности имплантатов была обнаружена в работе [ Jones, 2007 ].
При исследовании профилей генной экспрессии классически активированных макрофагов (КАМф) и альтернативно активированных макрофагов (ААМф) показано, что экспрессия матриксных металлопротеиназ характерна для ААМф [ Sandler, 2003 ].
Все эти данные позволяют сделать вывод что поверхности канцерогенных и неканцерогенных инородных тел населяют макрофаги (Мф) в различных функциональных состояниях, возникающих как результат взаимодействия клеток с субстратом и зависящих, в частности, от топографии поверхности имплантата. В ряде случаев отмечено, что чем более шероховатой была пластинка, тем большей синтетической активностью обладали Мф на ее поверхности [ Takebe, \Takebe J. et al. 20072004 , Tan, 2006 ]. Это перекликается с увеличением продолжительности латентного периода опухолей, индуцированных шероховатыми пластинками [ Bates, 1966 , Brand, 1975(b) ].
При рассмотрении феномена утраты канцерогенности пластинкой при ее измельчении бросается в глаза увеличение протяженности края (то же относится и к перфорированной пластинке). Так, например, периметр (7 см) пластинки размером 2х1,5 см, обычно используемой в опытах на мышах, при измельчении ее до фрагментов размером 0,2х0,3 см увеличивается в 7 раз. Если клетки на краю (имеется в виду полоска вдоль края шириной 1-1,5 мм) имплантата отличаются от находящихся в середине, то это дает повод искать причину различной канцерогенности рассматриваемых инородных тел в различии клеток, населяющих их поверхность. Замечено, что плотность клеток на краю пластинки из ПВХ значительно превышает их плотность на остальной площади; клетки на краях часто имеют поляризованную форму; среди этих клеток обнаружена повышенная доля нейтрофилов и лимфоцитов (картина, характерная для острого воспаления). Если пластинка покрывалась парафином, через 1,5 месяца она очищалась от парафина с краев на ширину приблизительно в 1 мм, что, по всей вероятности, является результатом фагоцитоза.
Был проведен анализ способности клеток, населяющих пластинки большой и малой площадей, секретировать ангиогенный фактор [ Ziche, 1981 ]. Для того чтобы уравнять площади большой (канцерогенной, К) и малой (неканцерогенной, НК) пластинок, авторы обрезали края большой пластинки. Затем исследовали клетки, находящиеся в ее центральной части, а после измельчения обеих пластинок их фрагменты вводили в глаза кроликам. Фрагменты К-пластинки вызвали интенсивную васкуляризацию окружающей ткани роговицы, тогда как фрагменты маленькой пластинки отличались низкой васкуляризирующей активностью. (К сожалению, авторы не протестировали клетки, находящиеся на краю К-пластинки. Вполне вероятно, что свойства этих клеток оказались бы сравнимыми со свойствами клеток, населяющих малую пластинку). Это подтверждает предположение о различных свойствах клеток, находящихся в центре пластинки и на периферии. Ангиогенный фактор, действие которого было обнаружено в этой работе, не был идентифицирован. В настоящее время известна способность макрофагов экспрессировать несколько таких факторов ( VEGF , FGF ); обнаружено проангиогенное действие IL-10 , секретируемого альтернативно активированными макрофагами [ Kelly, 2007 ].
