13.02 Твёрдые имплантаты раздражают мозг

Реакция организма на чужеродное тело зависит не только от его химических свойств, но и от физических. Воспалительная реакция на имплантат может возникнуть из-за того, что он по жёсткости превосходит окружающие его ткани.

Медики сталкиваются с проблемой отторжения не только при пересадке органов, но и тогда, когда в организм приходится вводить искусственные имплантаты из небиологических материалов. В ответ на появление инородного тела иммунитет запускает воспаление, что приводит к рубцеванию ткани вокруг имплантата, и такой рубец, оказавшись во внутреннем органе, может сильно нарушить его работу.

Хотя учёные десятилетиями пытались найти способ подавления конфликта между организмом и имплантатом, почти никто при этом не задумывался о том, как на эту коллизию влияют физические свойства материала инородного тела. Между тем реакция, например, мозга на введённые в него электроды будет всё равно весьма агрессивной, даже если электроды сделаны из химически инертного материала, причём даже тогда, когда они не работают. То есть ответ организма в этом случае не зависит ни от химического состава, ни от электрического раздражения.

Астроцит мозга мыши, выросший на твёрдом (слева) и на мягком (справа) субстрате (фото авторов работы).

В действительности, как показали исследователи из Кембриджа (Великобритания), всё дело тут в жёсткости имплантируемого электрода.

Жёсткость электрода и жёсткость мозга отличаются на порядки, поэтому нервная ткань вполне может испытать сильный стресс по механическим причинам. Чтобы проверить своё предположение, Кристиан Франце (Kristian Franze) и его коллеги попробовали вырастить мышиные астроциты и клетки микроглии (вспомогательные клетки нервной ткани) на нескольких субстратах, одинаковых по химическому составу, но различающихся по жёсткости: в одном случае субстрат был таким же мягким, как мозг, в другом — его жёсткость была сравнима с жёсткостью мышцы, а третий был ещё жёстче.

Как пишут исследователи в журнале Biomaterials, клетки, выросшие на более или менее жёстком материале, были слишком плоскими, а те, что росли на самой мягкой подложке, больше остальных походили на натуральные клетки из мозга. Кроме того, у тех, что росли на жёстком, активнее работали гены и белки, связанные с воспалительной реакцией на инородное тело.

Наконец, учёные проверили то, как отреагирует мозг мышей, если в него ввести инородные тела разной жёсткости. Легко догадаться, что воспалительное возмущение мозга было прямо пропорционально жёсткости объекта.

А это значит, что химическая инертность имплантата — это ещё не всё: необходимо учитывать и его физические характеристики, по крайней мере относительную жёсткость. Электроды вводятся в мозг не только ради научных экспериментов, но и в лечебных целях — к примеру, чтобы подавить дрожание мышц при болезни Паркинсона, поэтому полученные результаты имеют самое насущное значение. В дальнейшем исследователи собираются проверить, как реагируют на физические параметры инородных тел другие ткани.

Подготовлено по материалам Кембриджского университета.