Исследование роли αSMA-фибробластов в реакции на инородное тело при заживлении ран

Реакция на инородное тело (FBR) — это клинически значимый процесс, ведущий к фиброзу и проблемам с биосовместимостью имплантированных медицинских устройств. Хотя воспалительная природа FBR известна, механизмы, зависящие от фибробластов, изучены недостаточно.

В новом отчёте, опубликованном в Science Advances, Мария Парлани и международная команда учёных использовали многолучевую микроскопию и модели животных с модифицированным белком α-гладкомышечного актина (αSMA) для изучения динамики фибробластов при фиброзном обрастании полимерных материалов.

Эксперименты показали, что фибробласты вторгаются как отдельные клетки, формируя многоклеточную сеть. FBR оказалась двухкомпонентной: внешняя «холодная» капсула из гладкомышечных клеток и более «горячая», долгоживущая внутренняя среда с αSMA. Учёные также выяснили, что истощение макрофагов подавляло рекрутинг фибробластов и фиброз. Это указывает на сосуществование как зависимых, так и независимых от макрофагов медиаторов процесса. Результаты показывают, что FBR — это консервативный самоорганизующийся процесс, лишь частично зависящий от макрофагов.

Роль фибробластов в реакции на инородное тело

FBR — это конечный результат воспаления и заживления ран после имплантации биоматериала. Процесс начинается с повреждения сосудов и адсорбции белков плазмы на поверхности имплантата, за которым следуют нейтрофильное воспаление, рекрутинг моноцитов, активация макрофагов и образование гигантских клеток инородного тела.

Интерстициальные фибробласты — ключевые эффекторы ремоделирования тканей и заживления ран. Принципы их вовлечения в FBR систематически не исследовались. Целью работы было понять влияние макрофагов и состава материала на активацию фибробластов и исход фиброза.

Активация фибробластов после имплантации

Команда наблюдала за вовлечением фибробластов в FBR в глубоком дермальном слое мышиной модели, имплантированной волокнистым полимерным каркасом. Активация фибробластов и повышение регуляции αSMA были отмечены в течение 24 часов после имплантации.

Были выявлены две области интереса: фиброзная капсула, содержащая фибробласты и пучки коллагена, связанные с окружающей тканью, и внутреннее ядро с клетками и коллагеном, заполняющими пространство между имплантатами. Это подтвердило двухкомпонентную природу FBR.

Самоорганизация αSMA-фибробластов и взаимодействие с имплантатом

С помощью нелинейной интравитальной многолучевой микроскопии учёные проследили организацию αSMA-клеток при инкапсуляции биоматериала. αSMA-фибробласты сначала заселяли место имплантации, не контактируя напрямую с материалом, и формировали многоклеточную сеть, включая секрецию коллагена.

Имплантация полимерного каркаса индуцировала рекрутинг, активацию и перераспределение αSMA-клеток. Поскольку макрофаги и гигантские клетки инородного тела — ключевые регуляторы FBR, исследователи уменьшили их популяцию у мышей с имплантатами с помощью химического индуктора апоптоза. Это значительно снизило отложение коллагена и фиброзное обрастание имплантата. Хотя рекрутинг иммунных клеток и количество αSMA-клеток уменьшились, их активация не была нарушена.

Влияние состава материала на вовлечение αSMA

Свойства биоматериалов, такие как состав, заряд и пористость, регулируют тяжесть FBR. Учёные изменили тип материала и геометрию имплантата, что повлияло на процесс рекрутинга и самоорганизации αSMA-клеток. Это было изучено на двух разных клинически релевантных полимерных биоматериалах. Наблюдалась постепенная инфильтрация флуоресцентно меченых αSMA-клеток с последующим отложением коллагена и ростом неососудов.

Работа также позволила установить, способствуют ли материалы поляризации макрофагов в типы M1 (ингибирующие пролиферацию при повреждении ткани) и M2 (способствующие пролиферации при заживлении ран).

Выводы

Таким образом, исследование закрывает пробел в знаниях о вкладе фибробластов в FBR. Работа описывает αSMA-экспрессирующие фибробласты как постоянный элемент FBR. Их рекрутинг, активация и самоорганизация вокруг пористого имплантационного материала приводят к консервативному двухчастному биологическому процессу.