了解伤口愈合过程中α平滑肌肌动蛋白驱动的异物反应

异物反应是一个临床相关过程，由于纤维化，可能会导致植入式医疗器械出现生物相容性问题。虽然异物反应的炎症性质已经确定，但生物工程师仍在寻求了解伤口愈合过程中潜在的成纤维细胞依赖机制。

在现已发表在《科学进展》杂志上的一份新报告中，MariaParlani和美国和荷兰的肿瘤学和生物工程科学家团队将多光子显微镜与表达修饰的平滑肌α肌动蛋白(αSMA)蛋白的动物模型相结合，以研究成纤维细胞相对于它们对聚合物材料的活化和纤维化包封。

在实验过程中，他们注意到成纤维细胞作为单个细胞的入侵形成了一个多细胞网络，该网络具有双组分纤维化反应，以显示平滑肌细胞的外部冷囊和相对较热且持久的内部α平滑肌肌动蛋白环境。Parlani及其同事注意到巨噬细胞耗尽后成纤维细胞的募集和纤维化程度如何受到抑制。这些结果暗示巨噬细胞依赖性和巨噬细胞非依赖性介质的共存。结果强调异物反应是一种保守的自组​​织过程，部分独立于巨噬细胞;参与体内免疫反应的特化细胞。

纤维化过程中的异物反应

异物反应是生物材料植入生物环境后炎症和伤口愈合的最终结果。这种病理生理过程越来越受到临床关注，因为它在患者医疗植入物的炎症和纤维化包封中发挥作用，可能会损害生物植入物的长期整合和功能活力。异物反应的逐步过程始于植入物表面的血管损伤和血浆蛋白结合，随后是中性粒细胞炎症、单核细胞募集导致巨噬细胞活化以及异物巨细胞的形成。

间质成纤维细胞是组织稳态的核心效应器，是组织重塑和伤口愈合的核心。伤口愈合的进程是一个短暂的纤维化过程，其中肌成纤维细胞通过细胞凋亡进行消除。在异物反应过程中控制成纤维细胞参与的原则尚未得到系统研究。因此，研究人员试图了解巨噬细胞和材料成分对成纤维细胞活化和纤维化结果的影响。

生物材料植入后成纤维细胞活化

在植入纤维聚合物支架的小鼠模型中，研究小组监测了深层真皮内异物反应期间成纤维细胞的参与和命运。他们注意到动物模型的更深层皮肤包含脂肪细胞、神经和肌肉纤维。该团队在植入生物材料后24小时内观察到成纤维细胞活化和α平滑肌肌动蛋白上调。

然后，科学家们确定了α平滑肌肌动蛋白上调对在不同时间点植入支架的小鼠的影响。他们注意到两个感兴趣的区域：一个包含成纤维细胞和成束胶原蛋白的纤维化囊膜，与周围的间质组织相连，以及一个内核，细胞和胶原蛋白分子填充植入物之间的空间。这些结果强调异物反应是一个两室过程。

在植入生物材料后，该团队通过使用非线性活体多光子显微镜，深入了解生物材料封装过程中α平滑肌肌动蛋白细胞的组织。αSMA成纤维细胞首先填充植入部位，而不直接与材料接触以建立多细胞网络。这包括胶原蛋白分泌的过程。研究人员随后确定了亚成分的存在，这些亚成分丰富了专门的异物巨细胞，从而影响支架植入后α平滑肌肌动蛋白的募集过程和定位。

该团队注意到聚合物支架的植入如何诱导αSMA细胞的募集、激活和重新分布。此外，由于巨噬细胞和异物巨细胞是植入物纤维化封装过程中异物反应的两个关键调节因子，研究人员减少了支架植入小鼠的巨噬细胞谱系。

他们通过使用一种化学物质来实现这一点，这种化学物质会导致细胞凋亡以消融巨噬细胞和巨细胞，从而显着减少植入物周围的胶原蛋白沉积和纤维化封装。虽然这些实验减少了浸润性免疫细胞的募集并减少了αSMA细胞计数，但它们并没有损害它们的激活。

αSMA响应材料成分的参与

研究人员注意到生物材料的特性，包括它们的成分、电荷和孔隙率如何调节异物反应的严重程度。科学家们调整了植入物的材料类型和几何形状，以影响αSMA细胞的募集和自组织过程。他们使用两种不同的、临床相关的聚合物生物材料对此进行了检查。基于非线性活体多光子显微镜，该团队观察到荧光标记的平滑肌α肌动蛋白细胞逐渐浸润，随后是胶原蛋白的沉积和新生血管的生长。

他们的工作进一步试图确定这些材料是否促进了巨噬细胞极化为M1和M2型，这两种细胞分别在组织损伤期间抑制细胞增殖，同时在伤口愈合期间促进细胞增殖。

外表

通过这种方式，MariaParlani及其同事注意到成纤维细胞如何在异物反应期间成为纤维化的已知效应物，并在伤口愈合期间形成阶梯式反应。然而，他们的招募和激活过程仍然相对不为人知。

使用非线性活体多光子显微镜技术，科学家们填补了知识空白，剖析了成纤维细胞对促进异物反应的贡献，并确定了生物保守过程的逐步组织和激活。该工作概述了表达α平滑肌肌动蛋白的成纤维细胞是异物反应的持久元素。多孔植入材料周围细胞的募集激活和自组织导致生物学上保守的两部分过程。