萊斯大學的生物工程師們合作進行了一項為期六年的研究，系統地分析了乳房植入物的表面結構如何影響不良反應的發展，包括一種不尋常的淋巴瘤類型。在美國，每年大約有40萬人接受硅膠乳房植入手術。根據美國食品和藥物管理局(FDA)的數據，由於疤痕組織的堆積和其他併發症，這些植入物中的大多數需要在10年內被更換。
包括來自麻省理工學院（MIT）、萊斯大學、德州大學MD安德森癌症中心和貝勒醫學院的研究人員在內的一個團隊周三在《自然-生物醫學工程》雜誌上在線發表了他們的發現。
六年前在麻省理工學院從事博士后研究的萊斯大學生物工程助理教授Omid Veiseh說：“植入物的表面拓撲結構會極大地影響免疫反應對它的感知，這對（植入物）的設計有重要影響。”我們希望這篇論文為整形外科醫生評估和更好地理解植入物的選擇如何影響病人的體驗提供了基礎。”
這些發現，是由二十幾位研究人員共同撰寫的，包括共同主要作者Veiseh和約翰霍普金斯大學的Joshua Doloff、麻省理工學院的Robert Langer和Veiseh在德克薩斯醫學中心的兩位合作者，貝勒的Courtney Hodges和MD安德森的Mark Clemens。
對人類的影響
Veiseh的實驗室專註於開發和研究生物相容性材料，他說他對發現表面結構可以被調整以減少乳房植入物的宿主免疫反應和纖維化感到特別興奮。
Veiseh說：“關於免疫系統如何協調其對植入物的反應，我們仍有很多不了解的地方，在生物材料的背景下了解這一點真的很重要。”
Veiseh在2017年作為德克薩斯州癌症預防和研究所的CPRIT學者加入萊斯大學的教師隊伍後繼續進行研究。他和他實驗室的兩名博士生Amanda Nash和Samira Aghlara-Fotovat與MD安德森癌症中心的Clemens和貝勒的Hodges研究小組合作，將麻省理工學院動物研究的結果與人類患者的臨床數據進行關聯。
Clemens說：”在臨床上，我們已經觀察到暴露於紋理表面的乳房植入物的患者可能會發展成乳房植入物相關的大細胞淋巴瘤（BIA-ALCL），但這並沒有發生在光滑表面的植入物上，”Clemens是MD安德森的整形外科副教授，領導一個關於該疾病的多學科治療小組。“這篇論文對癌症發病機制提出了重要的新見解，對在疾病發生前預防疾病有明確的意義。”
Veiseh說這項工作還提供了重要的線索，將指導後續研究。“這是最令人興奮的部分：它可能導致更安全、更兼容的生物材料和植入物設計，”Veiseh說。
表面分析
硅樹脂乳房植入物自20世紀60年代以來一直在使用。最早的版本具有光滑的表面，但是使用這些假體的患者經常會出現一種叫做包膜攣縮的併發症，即在假體周圍形成疤痕組織並擠壓它，造成疼痛或不適，以及明顯的畸形。植入物也可能在植入后翻轉，需要通過手術調整或移除。
20世紀80年代末，一些公司推出了更粗糙的表面，旨在減少包膜攣縮率，並使植入物保持原位。
2019年，美國食品和藥物管理局要求乳房植入物製造商Allergan 公司召回平均表面粗糙度約為80微米的高質地乳房植入物，因為有可能發生BIA-ALCL，一種免疫系統癌症。
2015年，Veiseh和Doloff開始測試五種具有不同表面設計的市售植入物，以了解它們與周圍組織和免疫系統的互動情況。其中包括之前被召回的高質地的植入物，一個完全光滑的植入物和三個介於兩者之間的植入物。
實驗結果
在對兔子的研究中，研究人員發現暴露在質地較重的植入物表面的組織顯示出巨噬細胞活動增加的跡象–這些免疫細胞通常負責清除外來細胞和碎片。
所有的植入物都刺激了稱為T細胞的免疫細胞，但方式不同。研究發現，表面較粗糙的植入物刺激了更多促炎症的T細胞反應。在非光滑的植入物中，那些粗糙度最小的植入物（4微米）刺激的T細胞似乎能抑制組織炎症。
研究結果表明，較粗糙的植入物與周圍組織摩擦，造成更多刺激。這可能解釋了為什麼較粗糙的植入物會導致淋巴瘤。假設是一些紋理脫落並被困在附近的組織中，在那裡激起慢性炎症，最終可能導致癌症。
研究人員還在小鼠身上測試了小型化的植入物。他們使用製造人類尺寸版本的相同技術來製造這些植入物，結果顯示，質地更高的植入物引發了更多的巨噬細胞活動，更多的疤痕組織形成和更高的炎症T細胞水平。研究人員與貝勒大學的Hodges實驗室合作，對這些組織的免疫細胞進行了單細胞RNA測序，以發現使免疫細胞更具炎症性的特定信號。
貝勒大學分子和細胞生物學助理教授Hodges說：“植入物的表面特性對免疫細胞之間的關鍵信號有深遠的影響，這些信號有助於識別和應對外來物質。結果顯示，輕度紋理的表面避免了由粗糙表面誘發的強烈負面細胞因子免疫反應。”
走向更安全的植入物
在動物研究之後，研究人員通過與MD安德森癌症中心的科學家合作分析BIA-ALCL患者的組織樣本，研究了人類患者對不同類型的硅膠乳房植入物的反應。
他們發現了在動物研究中觀察到的相同類型的免疫反應的證據。例如，他們觀察到，多年來一直接受高質地植入物的患者的組織樣本顯示出慢性、長期免疫反應的跡象。他們還發現，有更多高質地植入物的病人的疤痕組織更厚。
Veiseh說：“在小鼠、兔子和人類（組織樣本）中進行全面的比較，確實提供了一個更強大和實質性的證據，說明這些組織如何相互比較。”
作者說，他們希望他們的數據集將幫助其他研究人員優化硅膠乳房植入物和其他類型的醫用硅膠植入物的設計，以提高安全性。
“我們很高興我們能夠帶來新的材料科學方法來更好地理解乳房植入物領域的生物相容性問題，”該研究的資深作者、麻省理工學院David H. Koch研究所教授Langer說。“我們也希望我們進行的研究將廣泛地有助於了解如何設計更安全和更有效的任何類型的植入物。”