巨噬细胞及其特异性调控在生物材料纤维化形成中的作用

背景:生物材料植入体内后引发的异物反应会导致其表面纤维化形成(又称为植入物纤维化),即生物材料被纤维组织包裹、使其丧失功能性、产生严重的临床并发症,是组织再生修复领域的一大难题。参与并调控植入物纤维化的关键细胞是巨噬细胞,但巨噬细胞对植入物纤维化进程的影响、机制及抑制纤维化的策略仍然不明确。目的:重点探讨巨噬细胞的极化和分化事件对材料纤维化的影响,包含促纤维化的信号通路,以及基于对巨噬细胞的特异性调控以抑制生物材料纤维化的策略。方法:应用计算机在PubMed,Wiley,EBSCOhost,ScienceDirect和Elsevier数据库检索截至2022年的相关文献,以“Macrophages,Biological materials,Fibrosis,Foreign body reaction,Myofibroblasts,Inflammation,Regulation,Surface topology,Mechanical properties,Chemical signals”为英文检索词,最终纳入60篇文献进行分析。结果与结论:①M1型和M2型巨噬细胞均可能参与生物材料纤维化形成,仅调节巨噬细胞极性的策略并不一定能抑制生物材料纤维化形成。②作为调控巨噬细胞介导生物材料纤维化的关键细胞事件,巨噬细胞向肌成纤维细胞的分化过程可以引起α-平滑肌肌动蛋标志物表达,显示该过程对纤维化有直接作用。③在巨噬细胞促纤维化的信号通路方面,分析认为不同表型的巨噬细胞其纤维化信号通路有可能存在差异。④在利用生物材料物理学特性调控巨噬细胞引起的炎症表达方面,主要有两个作用路径:一是从生物材料表面拓扑学的角度看,构建小于100 nm的图案表面,或者强化生物材料表面粗糙程度,有望实现降低巨噬细胞融合或表达炎性因子,减少巨噬细胞引起的纤维化;二是研究者可以更倾向于设计并制备具有较小弹性模量的生物材料,从而降低因植入物对损伤组织的应力传导,减少因巨噬细胞聚集后而引起的炎性因子表达,改善组织修复过程中的纤维化程度。⑤在利用化学信号调控巨噬细胞引起的炎症表达方面,主要从巨噬细胞来源炎症因子以及巨噬细胞招募、融合、分化的化学信号等方面实施调控策略;因此,有效利用抑制剂和抗氧化剂通过上述路径,可以对转化生长因子β1、活性氧、核转录因子κB及miRNA-21等实现反向调控,从而减缓因巨噬细胞而引起的纤维化作用。