Размер частиц биоматериала - данные разноречивы

Иммунные клетки гибнут и отделяют частицы из имплантатов в зависимости от размера. Частицы размером менее 0,5 мм интернализуются за счет макропиноцитоза, клатрин-опосредованного, кавеолин-опосредованного и клатрин-кавеол-независимого эндоцитоза [70,102], тогда как частицы размером более 0,5 мм попадают в организм при фагоцитозе [70,103]. Макрофаги могут фагоцитировать частицы размером до 5 мм [7,13], но при увеличении размера частиц макрофаги сливаются, образуя FBGCs. Фагоцитоз микробных патогенов обычно приводит к образованию воспалительных цитокинов и последующему расщеплению патогенов лизосомальными ферментами [70]. Однако до сих пор неясно, может ли эндоцитоз костных биоматериалов активировать воспалительный ответ, который может варьироваться в зависимости от размера частиц и соответствующего пути эндоцитоза. Поли (молочно-гликолевая) кислота (PLGA) не вызывает какого-либо значительного иммунного ответа, хотя частицы PLGA легко фагоцитируются макрофагами.

Для сравнения, полистирольный латекс вызывает устойчивое выделение воспалительных цитокинов (TNFa, TGF-b и оксида азота) макрофагами при попадании в организм [104,105].

При одинаковом количестве частиц уменьшение размера частиц увеличивает площадь поверхности и повышает химическую реактивность, усиливая тем самым воздействие на клетки-мишени или даже вызывая совсем другой эффект [102,106]. Частицы гидроксиапатита с наименьшим размером (1–30 мм) стимулируют иммунные клетки к выработке наибольшего количества провоспалительных цитокинов (TNFa, IL-1b, IL-6) [107]. Объемные образцы золота практически инертны, в то время как наночастицы золота, как сообщается, обладают высокой реакционной способностью к нескольким иммунным реакциям, включая продукцию реактивных окислительных частиц (ROS) [108]. Однако из этого не следует, что частицы меньшего размера обязательно спровоцируют более серьезную иммунную реакцию. Было обнаружено, что крупные (> 1 мм) частицы могут вызывать Th1-ответ, тогда как частицы размером менее 0,5 мм связаны с Th2 [70,109]. Исследование in vivo показало, что уменьшение размера частиц гидроксиапатита неправильной формы ингибирует воспалительный ответ [110].

Пористость и размер пор биоматериалов

Пористость и размер пор являются двумя ключевыми параметрами для изготовления каркасов для инженерии костной ткани, которые важны для определения типов ткани врастания (ткани воспалительной гранулемы, сосудистой ткани, костной ткани) [111]. Слишком маленькие поры могут серьезно препятствовать диффузии питательных веществ и кислорода, поступающих из крови и интерстициальной жидкости, особенно в центре имплантата, что приводит к формированию локальной гипоксической микросреды [112]. Гипоксия может усилить местное воспаление, что в итоге приведет к образованию гранулемы. Это полностью блокирует маленькие поры, создавая барьер между имплантатом и окружающими костными клетками, который предотвращает врастание костной ткани [113]. Кроме того, гипоксическая среда также способствует ангиогенезу и васкуляризации за счет стабилизации факторов, индуцируемых гипоксией (HIF), что благоприятно для регенерации кости. Правильный размер пор должен быть в состоянии вызывать умеренную гипоксию, которая может избежать значительной воспалительной реакции, но сохранить ангиогенные эффекты. Было обнаружено, что поры размером 90–120 мм препятствуют васкуляризации и ведут к запуску хондрогенеза, тогда как более крупные поры (350 мм) усиливают васкуляризацию и приводят к более высокому содержанию кислорода, снабжению питательными веществами и усилению остеогенеза [114].

Считается, что более высокая пористость (80–88%) и макропористость (размер пор> 50 мм) более полезны для врастания костной ткани [111]. Помимо важности поведения костных клеток, важность пористости и размера пор демонстрируется во взаимодействии имплантата и иммунной системы хозяина [115]. По-видимому, с увеличением размера пор активность реакции на инородное тело уменьшается [113,116]. Основной механизм может быть связан также с поляризацией макрофагов [117–119], так как уже показано, что, по-видимому, существует корреляция между увеличением размера волокна / поры и усиленной экспрессией маркеров М2, наряду с пониженной экспрессией маркеров М1 [117].