醫療植入物通常是為了挽救生命或顯著改善生活質量所必需的，像是心臟起搏器、腦脊髓液分流器、冠狀動脈支架、泌尿婦科固定網（Urogynecology Meshes），乳房植入物，藥物輸送器和生物訊號偵測器（Biosensors）等等，但我們的免疫系統卻常常把它們誤以為是入侵者（異物反應Foreign body responses），發起攻擊，於是引起發炎，誘發纖維化，導致儀器故障，最終造成醫學植入物的手術失敗。
科學研究已知，蛋白質在早期被吸附在植入物表面是一個關鍵誘發纖維化的因素，因此一直以來，減輕植入物在體內纖維化的研究，以及，對植入物表面材料的改進，都是集中在減少初始蛋白質的沉積。
但是近年來研究發現脂質分子對植入物所引發的炎症和纖維化，也具有很強的影響力，儘管目前尚不完全清楚它們在異物反應過程中所扮演的詳細角色。但之前的研究已經知道，某些特定類別的脂質在抗發炎和促進發炎的疾病病理學上，確定是一個關鍵的參與者，像是心血管疾病中的膽固醇、哮喘和多發性硬化症中的類花生酸（Eicosanoids），以及類風濕性關節炎中的溶血磷脂（Lysophospholipids）。
所以，德州萊斯大學的科學家們推測脂質沉積在植入物的表面及其類型，應該會影響免疫系統如何對植入物所作出的免疫反應，於是就設計了本次實驗，希望針對脂質在纖維化反應中所扮演的角色，提供新的證據。
脂質在纖維化反應中扮演的角色：可將植入物標記為朋友或敵人
2023年3月美國德州萊斯大學生物工程系維瑟教授（Omid Veiseh）完成此次實驗，並發表研究成果，證明可以選擇性的將適當的脂質沉積在植入物的表面，發揮中介作用，類似充當維和者，讓免疫細胞將它視為自己人，不去攻擊它。
其主要原理是：當免疫細胞在植入物附近巡邏時，它們會留下脂質囊泡（Lipid Vesicles），藉此向宿主的免疫系統發出信號，表明生物材料是應該被忽略還是應該立即攻擊。
因此，科學家只要能開發出免於被宿主免疫系統攻擊的脂質生物材料或塗層，就能降低醫療植入物的纖維化和故障率，並增長其使用年限，該論文已經發表在《先進材料》（Advanced Materials）的國際期刊上。
研究結果發現，免疫細胞在植入物表面所留下來的的脂質沉積，大致可以分成兩類，一類的脂質充當維和者（磷脂；Phospholipids），而另一類則會激起衝突（脂肪酸；Fatty Acids）。
一般而言，當體內啟動排斥反應後（發起攻擊），免疫細胞就會在植入物的地方聚集，引起發炎，進而導致纖維化組織的積累，而沉積在植入物上的一層厚厚的細胞，就等於是將植入物封裝在一個纖維化的膠囊中，足以破壞它們的正常功能，導致無法運作。
維瑟教授在瞭解免疫細胞如何針對外來物進行標示的機轉後，就利用這些知識來修飾植入物的組成材料，例如：使用可以吸引磷脂的材料，也就是說，當你放入醫療植入物後，磷脂自然會沉積在它上面並幫助它避免被免疫系統攻擊，或者是將磷脂這樣的脂肪分子，直接當成植入物的表面材料，也可以。
圖／科學家只要能開發出免於被宿主免疫系統攻擊的脂質生物材料或塗層，就能降低醫療植入物的纖維化和故障率，並增長其使用年限。僅為情境配圖，取自Shutterstock
此研究對依賴植入物來治療慢性或可能危及生命者至為關鍵
像這樣把植入物優化成不被免疫系統攻擊的對象，對於依賴植入物來治療慢性或可能危及生命的病患而言，至為關鍵。例如，對水腦症病患而言（腦中腦脊髓液過量積聚），目前有效的管理策略是放置腦脊髓液分流器，以便能將多餘的液體轉移到不同部位的體腔，但可能由於小兒腦部的免疫系統特別活躍，因此小兒腦積水患者就會面臨特別高的植入物故障率，一旦發生故障，如果不迅速解決，就會導致小兒頭痛、嘔吐、視力喪失、腦損傷，甚至死亡。
美國加州洛馬琳達大學兒童醫院神經外科教授韓納克醫生（Brian Hanak），也是這次研究論文的共同作者，就特別提道，雖然腦脊髓液分流器故障可以發生在任何年齡群的病人，但幼兒的故障率確實是高太多，在幼兒和嬰兒中，植入後兩年的分流器故障率竟然高達40%～50%。
想想看，如果你開發了一種兩年內失敗率高達40%到50%的起搏器，它就永遠不會獲得美國食品和藥物管理局的批准，因為這太可怕了，但不幸的是，這也是目前幼兒腦脊髓液分流器的重大挑戰。
當然，除了分流器之外，許多其他的大腦植入物，也可以從降低免疫排斥反應中獲益，像是人腦／機器的操作指令連接介面（Brain-Computer Interface Technology），雖然科學界已經有了大約20年的概念驗證，可以在某人的大腦中植入一個微電極晶片，並讓他們的腦袋使用該晶片來控制機械手臂，但是，為什麼這項技術截至目前為止，沒有為每位癱瘓／截肢者都裝上？ 並藉此來提高他們的生活獨立性和生活質量呢？
原因無它，問題就出現在免疫排斥反應上，排斥會造成這些植入晶片的纖維化，造成晶片在2～3年內，就會故障，因此，這就不是癱瘓患者的長期且良好的解決方案，而這次的研究成果，可以在不久的將來，為他們帶來曙光。
總而言之，這次萊斯大學的維瑟教授證明了脂質的不同類型在生物材料中扮演著不同的關鍵作用—誘發（脂肪酸）或者是抑制（磷脂）體內對植入物的纖維化反應。許多的免疫抑制磷脂：磷脂醯膽鹼（Phosphatidylcholine）、磷脂醯肌醇（Phosphatidylinositol）、磷脂醯乙醇胺（Phosphatidylethanolamine）和鞘磷脂（Sphingomyelin）等等，都已經被證明在小鼠體內具有良好的抗異物反應作用。
從基礎科學的角度上來看，此論文擴展了我們對脂質分子誘導纖維化反應的更加了解，從生物醫學工程的角度上來看，我們可以修改材料的脂質塗層來阻止異物的反應和纖維化，期待後續的更多臨床研究，能夠實質嘉惠病患，實所至禱。
參考文獻：
Christian C. Schreib, Maria I. Jarvis, Tanguy Terlier, Jacob Goell, Sudip Mukherjee, Michael D. Doerfert, Taylor Anne Wilson, Michael Beauregard, Kevin N. Martins, Jared Lee, Leo Sanchez Solis, Esperanza Vazquez, Matthias A. Oberli, Brian W. Hanak, Michael Diehl, Isaac Hilton, Omid Veiseh. Lipid Deposition Profiles Influence Foreign Body Responses. Advanced Materials, 2023; 2205709 DOI: 10.1002/adma.202205709
（本文作者為陽明大學醫學院藥理學研究所兼任教授）
