Una reacción a cuerpo extraño ( FBR ) es una respuesta tisular típica a un cuerpo extraño dentro del tejido biológico . [1] Por lo general, incluye la formación de un granuloma de cuerpo extraño . [2] La encapsulación tisular de un implante es un ejemplo, al igual que la inflamación alrededor de una astilla. [3] La formación de granuloma de cuerpo extraño consiste en adsorción de proteínas , macrófagos , células gigantes de cuerpo extraño multinucleadas (fusión de macrófagos), fibroblastos y angiogénesis . También se ha propuesto que la propiedad mecánica de la interfaz entre un implante y sus tejidos circundantes es crítica para la respuesta del huésped. [4]
A largo plazo, la reacción ante un cuerpo extraño da como resultado la encapsulación del cuerpo extraño dentro de una capa calcificada . Por ejemplo, un litopedio es un fenómeno poco común que ocurre con mayor frecuencia cuando un feto muere durante un embarazo abdominal [5] , es demasiado grande para ser reabsorbido por el cuerpo y se calcifica.
Tras la implantación del biomaterial , la sangre y los fluidos corporales entran en contacto con la superficie del implante. Las proteínas sanguíneas del huésped se adsorben en la superficie del implante y se forma una matriz de fibrina. [6] La inflamación aguda y crónica sigue a la deposición inicial de proteínas sanguíneas y la formación de la matriz. [6] Los macrófagos en el lugar del implante se fusionan para formar células gigantes de cuerpo extraño. [6] Después de la respuesta inflamatoria, se forma tejido de granulación . La etapa final de la reacción de cuerpo extraño es la formación de una cápsula fibrosa alrededor del biomaterial implantado. [6] La biocompatibilidad del dispositivo afecta la gravedad de la reacción de cuerpo extraño. [7] La reacción de cuerpo extraño puede provocar una falla del dispositivo. [8]
Durante la interacción entre la sangre y el biomaterial, las proteínas sanguíneas se adsorben espontáneamente a la superficie del biomaterial. [9] Las propiedades de la superficie del biomaterial afectan los tipos, concentraciones y conformación de las proteínas que se adsorben a la superficie. [9] El efecto Vroman puede describir el comportamiento dependiente del tiempo de esta adsorción de proteínas. [9] Las proteínas adsorbidas en la superficie regulan la interacción y la adhesión de las células inflamatorias. [9] Las proteínas depositadas permiten que las células inflamatorias se adhieran a través de las integrinas . [9] La superficie del biomaterial también puede reclutar y activar las proteínas del complemento . [9]
La composición y conformación de las proteínas adsorbidas en la superficie del implante es fundamental para la reacción ante cuerpos extraños. Durante los dos primeros días, los neutrófilos son el tipo de célula principal que se deposita en la superficie del implante. Los neutrófilos liberan enzimas degradativas e intermediarios reactivos de oxígeno que dañan el implante. Las plaquetas de la interacción sangre-biomaterial liberan citocinas inflamatorias que hacen que los monocitos y macrófagos se extravasen y migren al sitio del implante. [10] La desgranulación y liberación de histamina de los mastocitos recluta aún más macrófagos al biomaterial. [10] Los macrófagos se adhieren a la superficie del biomaterial en función de los depósitos de proteínas superficiales y producen citocinas que reclutan aún más macrófagos. [10] El granuloma de cuerpo extraño se forma a medida que las células inmunes se acumulan en la superficie del biomaterial en un intento de eliminar el biomaterial. [8]
Los macrófagos adherentes en el sitio del implante pueden fusionarse en una célula multinucleada llamada célula gigante de cuerpo extraño. [11] La formación de células gigantes de cuerpo extraño depende de las propiedades de la superficie del biomaterial y de la presencia de interleucina-4 e interleucina-13 . [11] Las células gigantes de cuerpo extraño liberan intermediarios reactivos de oxígeno , enzimas degradativas y ácido sobre la superficie del biomaterial. [11] Las células gigantes de cuerpo extraño también intentan engullir el biomaterial para su degradación. [11] Los macrófagos adherentes y las células gigantes de cuerpo extraño degradan los biomateriales y pueden provocar fallas del dispositivo . [11] Las células gigantes de cuerpo extraño permanecen en la superficie del dispositivo implantado durante toda la vida útil del dispositivo. [11]
La respuesta de curación en la etapa final es la encapsulación fibrosa del biomaterial. [12] Los macrófagos y las células gigantes de cuerpo extraño liberan citocinas que atraen a los fibroblastos. Los fibroblastos crean una cápsula fibrosa de colágeno para separar el biomaterial del tejido circundante. [12] La cápsula fibrosa puede obstaculizar la función del dispositivo, como la difusión de fármacos para los sistemas de administración de fármacos o la regeneración tisular normal para los implantes de ingeniería tisular . [12]
La formación de células gigantes de cuerpo extraño y la encapsulación fibrosa del dispositivo implantado pueden afectar la función del dispositivo implantado y provocar su falla. [13] Reducir la reacción del cuerpo extraño puede promover un mejor rendimiento y durabilidad del dispositivo. [13] Aunque muchos tipos de implantes no pueden escapar completamente de la reacción del cuerpo extraño, existen muchas formas de diseñar biomateriales para reducir la reacción del cuerpo extraño. [13] Reducir la adsorción de proteínas no específicas es un método importante para prevenir la encapsulación fibrosa del implante. [13]
Las propiedades físicas de la superficie del implante, como el tamaño, la forma, la topología y la resistencia , influyen en la adsorción de proteínas y las interacciones de las células inmunes con el implante. [13] Generalmente, la rugosidad de la superficie induce una mayor adsorción de proteínas y desencadena una mayor respuesta inmune. [13] Se ha demostrado que los implantes cilíndricos más gruesos en la escala milimétrica producen una mayor encapsulación fibrosa. [13] Sin embargo, puede que no haya una relación absoluta entre la modificación del biomaterial y la respuesta asociada al cuerpo extraño, porque algunos biomateriales inducen intrínsecamente una respuesta al cuerpo extraño más fuerte que otros biomateriales. [13]
El biomaterial implantado se puede cargar con diferentes fármacos para realizar funciones antiinflamatorias o promover la angiogénesis para integrar aún más el implante con el huésped. [14] Se ha demostrado que la liberación sostenida de ciertos fármacos antiinflamatorios del biomaterial, como la dexametasona , aumenta la vida del implante al prevenir la inflamación y la fibrosis. [14]
El recubrimiento de la superficie del implante con biomaterial biomimético puede reducir la reacción del cuerpo extraño y reducir la tasa de falla del dispositivo. [15] Los biomateriales que imitan la matriz extracelular pueden reducir significativamente la respuesta inflamatoria, así como reducir la formación de células gigantes de cuerpo extraño. [15]
El desarrollo de materiales que resistan la adsorción de proteínas, la encapsulación fibrosa o la formación de células gigantes ante cuerpos extraños es importante para resistir la reacción ante cuerpos extraños. [13] Los biomateriales de uso común, como el polietilenglicol y el polihidroxietilmetacrilato, resisten la adsorción de proteínas no específicas, pero se degradan fácilmente en el entorno oxidativo in vivo . Por lo tanto, los científicos están buscando nuevos materiales que resistan intrínsecamente la reacción ante cuerpos extraños. [13]
Los polímeros zwitteriónicos se utilizan ampliamente en la modificación de superficies porque pueden inhibir la adhesión de proteínas no específicas. [16] Los hidrogeles zwitteriónicos también promueven la angiogénesis en los tejidos circundantes. [17] Los materiales zwitteriónicos de uso común incluyen sulfobetaína , carboxibetaína y fosforilcolina . [13]
Los polímeros zwitteriónicos tienen la capacidad de reducir la adsorción no específica de proteínas y células en las interfaces biológicas. Los recubrimientos zwitteriónicos se utilizan a menudo para minimizar los efectos negativos de la respuesta a cuerpos extraños en los dispositivos implantados y mejorar la biocompatibilidad del dispositivo. El mecanismo está relacionado con el equilibrio de la carga superficial y la creación de una esfera de hidratación fuerte. [18]
Los recubrimientos zwitteriónicos se pueden unir de forma covalente mediante métodos de “injerto a” e “injerto desde”. Con los métodos de “injerto a”, la superficie se modifica con el polímero después de la síntesis, mientras que con los métodos de “injerto desde”, el polímero se sintetiza directamente sobre una superficie modificada. [18]
Se han utilizado varios métodos de “injerto” para unir covalentemente polímeros zwitteriónicos a superficies. El grupo de Anderson desarrolló la unión a la superficie mediante conjugación con polidopamina. [19] En este caso, el copolímero debería contener un grupo tiol. Nazarova y colaboradores sintetizaron copolímeros MPC con 2-metacrilamido-D-glucosa, N-vinilpirrolidona y N-vinil-N-metil-acetamida y los injertaron sobre la superficie de un biosorbente de fibra de carbono utilizando radiación gamma. [20] Los copolímeros MPC con metacrilato de trimetoxisililpropilo se pueden curar térmicamente y auto-reticularse. [21]
Los alginatos se utilizan ampliamente por su bajo costo, baja toxicidad y capacidad de ajuste . [13] Sin embargo, la implantación de solo alginato desencadenará una reacción grave a cuerpo extraño. [13] Hay algunas microesferas derivadas de alginato que contienen triazol que permanecen libres de deposición fibrótica en ratones, pero se requieren más estudios para explorar la relación entre los grupos de triazol y la respuesta inflamatoria. [22]
Los péptidos de polietilenglicol y los péptidos zwitteriónicos tienen funciones inmunomoduladoras que ayudan a resistir la reacción del cuerpo extraño. [13]
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