Il bioingegnere della Rice University Omid Veiseh mostra protesi mammarie al silicone con superfici ruvide (a sinistra) e lisce. Credito: foto di Jeff Fitlow/Rice University
Lo sforzo di questa ricerca durata sei anni, comprende ricercatori della Rice, MD Anderson, Baylor College of Medicine.
I bioingegneri della Rice University hanno collaborato a uno studio durato sei anni che ha analizzato sistematicamente come l’architettura superficiale delle protesi mammarie influenza lo sviluppo di effetti avversi, incluso un insolito tipo di linfoma.
Ogni anno, negli Stati Uniti, circa 400.000 persone ricevono protesi mammarie al silicone. Secondo i dati della FDA, la maggior parte di questi impianti deve essere sostituita entro 10 anni a causa dell’accumulo di tessuto cicatriziale e di altre complicazioni.
Un team composto da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology ( MIT ), della Rice, dell’MD Anderson Cancer Center dell’Università del Texas e del Baylor College of Medicine ha pubblicato i suoi risultati su Nature Biomedical Engineering.
“La topografia superficiale di un impianto può influenzare drasticamente il modo in cui la risposta immunitaria lo percepisce e questo ha importanti implicazioni per la progettazione degli impianti“, ha affermato Omid Veiseh, un assistente Professore di bioingegneria alla Rice che ha iniziato la ricerca sei anni fa durante una borsa di studio post-dottorato al MIT. “Ci auguriamo che questo articolo fornisca ai chirurghi plastici una base per valutare e comprendere meglio in che modo la scelta dell’impianto può influenzare l’esperienza del paziente“.
I risultati dello studio sono stati scritti in collaborazione da due dozzine di ricercatori, tra cui gli autori principali Veiseh e Joshua Doloff della Johns Hopkins University, Robert Langer del MIT e due collaboratori di Veiseh del Texas Medical Center, Courtney Hodges di Baylor e Mark Clemens del MD Anderson.
Impatto umano
Veiseh, il cui laboratorio si concentra sullo sviluppo e sullo studio di materiali biocompatibili, ha affermato di essere particolarmente entusiasta della scoperta che l’architettura della superficie può essere regolata per ridurre le risposte immunitarie dell’ospite e la fibrosi alle protesi mammarie.
“C’è ancora molto che non capiamo su come il sistema immunitario orchestra la sua risposta agli impianti, ed è davvero importante capirlo nel contesto dei biomateriali“, ha detto Veiseh.
Veiseh ha continuato la ricerca dopo essersi unito alla facoltà della Rice nel 2017 come borsista CPRIT del Cancer Prevention and Research Institute del Texas. Lui e due dottorandi del suo laboratorio, Amanda Nash e Samira Aghlara-Fotovat, hanno collaborato al progetto con i gruppi di ricerca di Clemens del MD Anderson e Hodges di Baylor per correlare i risultati degli studi sugli animali del MIT con i dati clinici dei pazienti umani.
“Clinicamente, abbiamo osservato che le pazienti esposte a protesi mammarie con superficie testurizzata possono sviluppare linfoma a grandi cellule associato a protesi mammarie (BIA-ALCL), ma questo non si è verificato con protesi mammarie a superficie liscia“, ha affermato Clemens, Professore associato di chirurgia plastica e intervento chirurgico presso il MD Anderson che guida un team di trattamento multidisciplinare sulla malattia. “Questo articolo fornisce importanti e nuove informazioni sulla patogenesi del cancro con chiare implicazioni per prevenire la malattia prima che si sviluppi”.
Veiseh ha affermato che il lavoro ha fornito anche importanti indizi che guideranno gli studi di follow-up.
“Questa è la parte più interessante di tutto questo studio: potrebbe portare a biomateriali e progetti di impianti più sicuri e compatibili“, ha affermato Veiseh.
Analisi della superficie
Le protesi mammarie al silicone sono in uso dagli anni ’60. Le prime versioni avevano superfici lisce, ma i pazienti con questi impianti spesso sperimentavano una complicazione chiamata contrattura capsulare, in cui il tessuto cicatriziale si formava attorno all’impianto e lo comprimeva, creando dolore o disagio oltre a deformità visibili. Le protesi potrebbero anche ribaltarsi dopo l’impianto, richiedendo un aggiustamento o una rimozione chirurgica.
Alla fine degli anni ’80, alcune aziende hanno introdotto superfici più ruvide destinate a ridurre i tassi di contrattura capsulare e a garantire la permanenza degli impianti. Le superfici strutturate presentano picchi di altezze variabili, di alcune centinaia medie di micron.
La studentessa laureata in bioingegneria della Rice University, Samira Aghlara-Fotovat, tiene in mano protesi miniaturizzate simili a quelle utilizzate negli studi sugli animali che hanno esplorato come il sistema immunitario risponde a una varietà di strutture superficiali delle protesi mammarie. Credito: foto di Jeff Fitlow/Rice University.
Nel 2019, la FDA ha chiesto al produttore di protesi mammarie Allergan di ritirare le protesi mammarie altamente strutturate che avevano una ruvidità superficiale media di circa 80 micron a causa del rischio di BIA-ALCL, un cancro del sistema immunitario.
Nel 2015, Veiseh e Doloff, allora postdoc nel laboratorio Langer del MIT, hanno iniziato a testare cinque impianti disponibili in commercio con diversi design della superficie per vedere come avrebbero interagito con i tessuti circostanti e il sistema immunitario. Questi includevano un design altamente strutturato che era stato precedentemente richiamato, uno completamente liscio e tre che erano da qualche parte nel mezzo.
Risultati sperimentali
In uno studio sui conigli, i ricercatori hanno scoperto che i tessuti esposti alle superfici degli impianti più pesantemente strutturati mostravano segni di maggiore attività dei macrofagi,cellule immunitarie che normalmente eliminano cellule e detriti estranei.
Tutti gli impianti hanno stimolato le cellule immunitarie chiamate cellule T, ma in modi diversi. Lo studio ha scoperto che gli impianti con superfici più ruvide stimolavano più risposte proinfiammatorie delle cellule T. Tra gli impianti non lisci, quelli con il più piccolo grado di rugosità (4 micron) hanno stimolato le cellule T che sembravano inibire l’infiammazione dei tessuti.
I risultati suggeriscono che gli impianti più ruvidi sfregano contro il tessuto circostante e causano maggiore irritazione. Ciò potrebbe spiegare perché gli impianti più ruvidi possono portare al linfoma: l’ipotesi è che parte della struttura si stacchi e rimanga intrappolata nel tessuto vicino, dove provoca un’infiammazione cronica che alla fine può portare al cancro.
I ricercatori hanno anche testato versioni miniaturizzate di impianti nei topi. Hanno prodotto questi impianti utilizzando le stesse tecniche utilizzate per produrre versioni a misura umana e hanno dimostrato che impianti più strutturati provocavano una maggiore attività dei macrofagi, una maggiore formazione di tessuto cicatriziale e livelli più elevati di cellule T infiammatorie. I ricercatori hanno lavorato con il laboratorio degli Hodges a Baylor per eseguire il sequenziamento dell’RNA di cellule immunitarie di questi tessuti per scoprire i segnali specifici che rendevano le cellule immunitarie più infiammatorie.
“Le proprietà superficiali degli impianti hanno effetti profondamente diversi sui segnali chiave tra le cellule immunitarie che aiutano a riconoscere e rispondere a materiali estranei”, ha affermato Hodges, assistente Professore di biologia molecolare e cellulare al Baylor. “I risultati mostrano che la superficie leggermente ruvida evitava la forte risposta immunitaria negativa alle citochine indotta dalla superficie ruvida”.
Verso impianti più sicuri
Dopo gli studi sugli animali, i ricercatori hanno esaminato il modo in cui le pazienti umane rispondono a diversi tipi di protesi mammarie al silicone, collaborando con il Dottor Anderson sull’analisi di campioni di tessuto di pazienti con BIA-ALCL.
Hanno trovato prove degli stessi tipi di risposte immunitarie osservate negli studi sugli animali. Ad esempio, hanno osservato che i campioni di tessuto di pazienti che avevano ospitato impianti altamente strutturati per molti anni mostravano segni di una risposta immunitaria cronica a lungo termine. Hanno anche scoperto che il tessuto cicatriziale era più spesso nelle pazienti che avevano impianti con una struttura più strutturata.
“Effettuare confronti su tutta la linea tra topi, conigli e poi campioni di tessuti umani fornisce davvero un insieme di prove molto più robusto e sostanziale su come questi si confrontano tra loro“, ha detto Veiseh.
Gli autori sperano che i loro set di dati aiutino altri ricercatori a ottimizzare la progettazione di protesi mammarie al silicone e altri tipi di protesi mediche al silicone per una maggiore sicurezza.
Leggi anche:Protesi mammarie: come influenzano il sistema immunitario
“Siamo lieti di essere stati in grado di apportare nuovi approcci alla scienza dei materiali per comprendere meglio i problemi di biocompatibilità nel campo delle protesi mammarie”, ha affermato Langer, autore senior dello studio e Professore del David H. Koch Institute del MIT. “Ci auguriamo inoltre che gli studi che abbiamo condotto siano ampiamente utili per comprendere come progettare impianti più sicuri ed efficaci di qualsiasi tipo”.
Immagine: Samira Aghlara-Fotovat (a sinistra) e Amanda Nash, studentesse laureate in bioingegneria della Rice University Credit Public Domain-
