Les graisses aident à identifier les implants médicaux comme amis ou ennemis


Les implants médicaux peuvent sauver des vies ou améliorer considérablement la qualité de vie, mais pour notre système immunitaire, ils peuvent apparaître comme des intrus.

Le bio-ingénieur Omid Veiseh de l’Université Rice et ses collaborateurs ont découvert que le dépôt de lipides sur les surfaces des implants peut jouer un rôle de médiateur entre le corps et les implants, certains lipides agissant comme des gardiens de la paix tandis que d’autres attisent les conflits.

“Nous avons appris que lorsque les cellules immunitaires rampent sur un biomatériau implanté, elles laissent des vésicules lipidiques qui signalent au système immunitaire de l’hôte si les biomatériaux doivent être ignorés ou isolés du corps”, a déclaré Veiseh, professeur adjoint de riz en bioingénierie et prévention du cancer. et chercheur à l’Institut de recherche du Texas.

Ces connaissances pourraient aider les scientifiques à développer des biomatériaux ou des revêtements pour implants qui détournent l’agression du système immunitaire de l’hôte, réduisant ainsi les taux de dysfonctionnement des dispositifs biomédicaux tels que les stimulateurs cardiaques, les shunts de liquide céphalo-rachidien, les stents coronaires, les filets chirurgicaux, les pompes d’administration de médicaments, les biocapteurs, etc.

L’étude est publiée dans Matériaux avancés.

“Un problème majeur dans tous les implants biomédicaux est que le système immunitaire les attaque”, a déclaré Christian Schreib, étudiant diplômé de Rice et auteur principal de l’étude. “Essentiellement, il les encapsule dans une capsule fibreuse qui détruit leur fonctionnalité et les empêche de fonctionner.”

“Notre équipe a pu développer une modification chimique de surface qui recrute préférentiellement des macrophages qui laissent derrière eux une signature lipidique-vésiculaire” ne pas attaquer “permettant aux implants d’exister dans le corps sans être reconnus comme étrangers”, a déclaré Veiseh.

La fibrose, ou cicatrisation, est l’accumulation de tissu en excès sur le site d’une blessure. La réponse fibrotique aux implants a traditionnellement été associée au dépôt de protéines sur la surface implantée.

“Dans nos recherches, nous avons réalisé que, bien que les protéines soient importantes, les molécules de graisse jouent également un rôle important dans le processus fibrotique”, a déclaré Schreib. “Nous avons identifié deux profils lipidiques, les acides gras et les phospholipides. Les acides gras sont plus susceptibles de provoquer une réponse immunitaire, tandis que les phospholipides sont plus susceptibles de passer inaperçus et de ne pas irriter le système immunitaire.

“Maintenant que nous comprenons cela, nous pouvons utiliser ces connaissances pour concevoir des matériaux à utiliser dans les implants qui sont moins susceptibles de déclencher une réponse immunitaire. Nous pourrions, par exemple, concevoir un matériau qui attire les phospholipides, de sorte que lorsque vous implantez le matériel, les phospholipides se déposent naturellement dessus et l’aident à échapper au système immunitaire. Nous pourrions également envisager de prendre ces molécules de graisse comme les phospholipides et de les fonctionnaliser chimiquement à la surface du dispositif avant l’implantation.

Lorsqu’une réponse immunitaire est déclenchée dans le corps, les cellules immunitaires sont mobilisées sur le site de la blessure ou de l’intrusion. L’augmentation du trafic de cellules immunitaires à proximité de l’implant entraîne une plus grande accumulation de tissu fibreux.

“Une épaisse couche de cellules déposées sur l’implant est susceptible de l’empêcher de fonctionner”, a déclaré Schreib. “Mais si vous avez une couche de lipides à l’échelle atomique, cela n’affectera pas sa fonctionnalité dans la même mesure.”

L’optimisation des performances des implants est essentielle pour les groupes de patients qui en dépendent pour la gestion de maladies chroniques et potentiellement mortelles telles que l’hydrocéphalie, un trouble qui implique une accumulation excessive de liquide céphalo-rachidien (LCR) dans le cerveau. Pour de nombreux patients, la seule stratégie de prise en charge efficace est la mise en place d’un shunt de LCR qui détourne l’excès de liquide vers une autre cavité corporelle. Les patients pédiatriques atteints d’hydrocéphalie sont confrontés à des taux particulièrement élevés d’échec des implants, qui peuvent entraîner des maux de tête, des vomissements, une perte de vision, des lésions cérébrales et la mort s’ils ne sont pas traités rapidement.

“En tant que neurochirurgien pédiatrique, on peut dire sans risque de se tromper que les dysfonctionnements du shunt sont le fléau de mon existence”, a déclaré le Dr Brian Hanak, professeur adjoint de neurochirurgie à l’hôpital pour enfants de l’université de Loma Linda en Californie, co-auteur de l’étude. Alors que le dysfonctionnement du shunt du LCR peut survenir dans n’importe quel groupe d’âge, les taux de dysfonctionnement sont beaucoup plus élevés chez les jeunes enfants. “La plupart d’entre nous travaillant dans ce domaine pensent que cela est probablement lié au fait que le système immunitaire inné du cerveau est particulièrement activé chez les jeunes enfants”, a-t-il déclaré.

“Chez les jeunes enfants et les bébés, les taux de dysfonctionnement du shunt sont de l’ordre de 40 % à 50 % deux ans après l’implantation. Franchement, je suis gêné d’implanter systématiquement le dispositif de survie le plus sujet aux défaillances de la médecine moderne. Si vous avez développé un stimulateur cardiaque avec un taux d’échec de 40% à 50% à deux ans, il n’obtiendrait jamais l’approbation de la Food and Drug Administration des États-Unis, car c’est épouvantable. Mais c’est malheureusement la norme de l’industrie pour les shunts de LCR.

Hanak a déclaré que de nombreux implants cérébraux pourraient bénéficier d’une réponse immunitaire innée réduite.

“Une en particulier qui me vient toujours à l’esprit est la technologie d’interface cerveau-ordinateur”, a-t-il déclaré. “Cela fait environ 20 ans maintenant que nous avons eu la preuve de concept que vous pouvez implanter un réseau de microélectrodes dans le cerveau de quelqu’un et lui faire utiliser ce réseau pour contrôler un bras robotique.

“Vous pourriez demander, si tel est le cas, pourquoi cette technologie n’est-elle pas quelque chose que chaque personne paralysée peut utiliser pour améliorer son indépendance et sa qualité de vie ? La raison en est que la réponse immunitaire montée sur ces réseaux d’électrodes implantés les rend incapables d’enregistrer activité neuronale au-delà de deux à trois ans in vivo. Pour le moment, avec notre état actuel de la technologie, ce n’est pas vraiment une solution viable, certainement pas une solution à long terme pour les patients paralysés.

Les National Institutes of Health (R01 DK120459), la Defense Advanced Research Projects Agency (D20AC00002), la Rice University Academy Fellowship, la Shared Equipment Authority de Rice et la National Science Foundation (CBET1626418) ont soutenu la recherche.

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