Tissue reactions to biomaterials

Abstract: Popular Abstract in Swedish Det blir allt vanligare att man ersätter förlorade och skadade kroppsdelar med ett biomaterial (vanligtvis ett metall eller polymer implantat). Exempel på vanliga användningsområden är; suturer, kärl, hjärtklaffar, pacemakers, katetrar, ledproteser, fixationsskruvar för skelett och konstgjorda tänder samt kapslar för långsam frisättning av medicin. Trots det rutinmässiga användandet av biomaterial vet vi idag relativt lite om de mekanismer som avgör om ett implantat kommer att accepteras och integreras eller om det istället kapslas in och avstöts. Den tidigare biomaterialforskningen har framförallt varit av klinisk tillämpad karaktär. Experimentella studier har dock visat att det biologiska svaret är beroende av implantatets egenskaper. Tidigare forskning har visat att cellreaktioner är beroende av vilka proteiner implantatytan täcks av. Detta tillsammans med vetskapen om att implantatytor som exponeras för en biologisk omgivning snabbt täcks av dess proteiner, har skapat hypotesen att de cellreaktioner som implantatet alstrar till stor del styrs av de proteiner som initialt omger implantatet. Denna avhandling har haft som huvudsakligt mål att studera vävnadsreaktioner kring olika typer av biomaterial. Vi har utvecklat en teknik för att identifiera och lokalisera implantatnära proteiner. Denna teknik, som är användbar för både ljus- och elektronmikroskopi, har tillåtit oss att jämföra distributionen av vissa valda proteiner (albumin, fibrinogen, fibronektin, IgG och kollagen) runt två implantatmaterial, titan och polytetrafluoroethylen (PTFE), i bukväggen hos råtta. De individuella proteinerna var olikt distribuerade och denna distribution förändrades under uppföljningsperioden (1-12 veckor). För vissa proteiner var distributionsmönstret olika vid de två materialen. För att utvärdera om implantationslokal, materialtyp och ytstruktur har någon betydelse för vilka celler som ansamlas, använde vi antikroppar riktade mot två olika typer av makrofager (vilka är viktiga inflammationsceller). Med hjälp av ljusmikroskopi räknades makrofager samt övriga celler. Vi mätte också tjockleken på den inflammatoriska kapsel som bildats runt implantatet. Alla implantat sattes i råttans bukvägg. Lokalisationens betydelse undersöktes med titanimplantat som penetrerade, respektive inte penetrerade bukhinnan hos råtta. Totala antalet celler och makrofager samt kapseltjocklek jämfördes under 3-30 dagar. De penetrerande implantaten orsakade ett mer uttalat inflammationssvar, men först efter 30 dagars implantation. PTFE och titanimplantat, vilka har vitt skilda materialegenskaper, jämfördes med avseende på cellantal och kapseltjocklek under 1-12 veckor. Runt PTFE fanns totalt fler celler och en kraftigare kapsel först efter 12 veckors implantation. Emellertid fann vi inga signifikanta skillnader i makrofagantalet mellan de två typerna av material. Variationer i ytstruktur hos implantat av polyeten orsakade små men signifikanta skillnader i vävnadssvaret under uppföljningsperioden som var 1-12 veckor. Den släta ytan omgavs av den tjockaste kapseln vid alla tidpunkter, och efter 1 veckas implantation var också makrofagantalet och det totala antalet celler större än vid de strukturerade ytorna. Sammanfattningsvis, variationer av implantatets lokalisation, materialegenskaper och ytstruktur gav signifikanta skillnader i det biologiska svaret, men först efter en relativt lång implantationstid.