PL EN


Preferences help
enabled [disable] Abstract
Number of results
Journal
2017 | 66 | 4 | 677-689
Article title

Jak chronić biomateriały przed układem odpornościowym?

Content
Title variants
EN
How to protect biomaterials from the immune system?
Languages of publication
PL EN
Abstracts
PL
Wprowadzając do organizmu człowieka biomateriał, musimy mieć pewność, że jest on biozgodny (nie cytotoksyczny czy karcynogenny) i że ryzyko aktywacji układu odpornościowego jest niewielkie. Grupa biomateriałów dopuszczonych do użytku medycznego jest obszerna, jednak wiele z nich nie spełnia jednocześnie wszystkich wymagań w zakresie biozgodności. Dlatego materiały przeznaczone do użytku medycznego są wciąż udoskonalane/modyfikowane w celu poprawy ich parametrów, a co za tym idzie, w celu ich jak najskuteczniejszego "ukrycia" przed układem odpornościowym. Jedną z najczęstszych, niepożądanych reakcji organizmu na biomateriał/implant jest odczyn zapalny. Dlatego wiele badań koncentruje się na wpływie implantów na komórki układu odpornościowego. Wykazano, że najczęściej obecnie stosowane modyfikacje biomateriałów, pokrycie ich powierzchni materiałem biologicznym, zmiana porowatości czy też dodatek nanocząsteczek, istotnie poprawiają ich właściwości, w tym osłabiają aktywację leukocytów. W obecnym opracowaniu opisujemy typy biomateriałów, sposoby ich modyfikacji oraz wpływ na komórki immunokompetentne z naciskiem na strategie, które pozwalają na uniknięcie aktywacji układu odpornościowego.
EN
Biocompatibility verification is required prior to implantation of any biomaterial into human body. This involves verification of its cytotoxic and carcinogenic effects, and confirmation of (only) weak activation of the immune system. A substantial number of biomaterials is currently used in medical procedures, however, many of them do not fulfill all biocompatibility requirements. Therefore nowadays materials aimed for medical application are being modified to improve their characteristics, and thus "hide" them more efficiently from the immune system. One of the most common, yet undesirable, responses to biomaterial/implant is inflammation. Because of this, numerous studies focus on immune cells and strategies to modify biomaterials in such ways that they induce only weak or mild, and short-lasting, activation of leukocytes. It has been documented that three approaches in particular are efficient in this regard - surface modification by its covering with biological substances/proteins, modification of surface porosity and addition of nanoparticles. Herein we described types of biomaterials, strategies of their modification and biomaterial impact on leukocytes. In particular, we focus on strategies used to minimize activation of the immune response.
Journal
Year
Volume
66
Issue
4
Pages
677-689
Physical description
Dates
published
2017
Contributors
  • Katedra Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego im. Bronisława Czecha, Al. Jana Pawła II 78, 31-571 Kraków, Polska
  • Department of Physiotherapy, University of Physical Education in Krakow, al. Jana Pawła II 78, 31-571 Kraków, Poland
  • Zakład Immunologii Ewolucyjnej, Instytut Zoologii i Badań Biomedycznych, Uniwersytet Jagielloński, Gronostajowa 9, 30-387 Kraków, Polska
  • Department of Evolutionary Immunology, Institute of Zoology and Biomedical Research, Jagiellonian University, Gronostajowa 9, 30-387 Kraków, Poland
References
  • Adamczak M., Ścisłowska-Czarnecka A., Genet M. J., Dupont-Gillain C. C., Pamula E., 2011. Surface characterization, collagen adsorption and cell behaviour on poly(L-lactide-co-glycolide). Acta Bioeng. Biomech. 13, 63-75.
  • Anderson J. M., 2006. The future of biomedical materials. J. Mater. Sci. Mater. Med. 17, 1025-1028.
  • Anderson J. M., Defife K., Mcnally A., Collier T., Jenny C., 1999. Monocyte, macrophage and foreign body giant cell interactions with molecularly engineered surfaces. J. Mater. Sci. Mater. Med. 10, 579-588.
  • Błażewicz S., Stoch L., 2003. Biomateriały. Tom 4. PAN, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT., Warszawa.
  • Błażewicz S., Chłopek J., Błażewicz M., Pamuła E., 2003. Biomateriały węglowe i kompozytowe. [W:] Biomateriały. Tom 4. Błażewicz S., Stoch L. (red). PAN, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT., Warszawa, 99-256.
  • Demir E., Burgucu D., Turna F., Aksakal S., Kaya B., 2013. Determination of TiO2, ZrO2, and Al2O3 nanoparticles on genotoxic responses in human peripheral blood lymphocytes and cultured embyronic kidney cells. J. Toxicol. Environ. Health. A. 76, 90-102.
  • Dziadek M., Stodolak-Zych E., Cholewa-Kowalska K., 2017. Biodegradable ceramic-polymer composites for biomedical applications: A review. Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 71, 1175-1191.
  • Evans S. L., Gregson P. J., 1998. Composite technology In load-bearing orthopaedic implants. Biomaterials 19, 1329-1342.
  • Farzin A., Ahmadian M., Fathi M. H., 2013. Comparative evaluation of biocompatibility of dense nanostructured and microstructured Hydroxyapatite/Titania composites. Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 33, 2251-2257.
  • Gary B., Bilal M. S., Carls M. M., 2006. Biomaterials: A primer for surgeons. Semin. Pediatr. Surg. 15, 276-283.
  • Gholipourmalekabadi M., Mozafari M., Bandehpour M., Salehi M., Sameni M., Caicedo H. H., Mehdipour A., Hamidabadi H. G., Samadikuchaksaraei A., Ghanbarian H., 2015. Optimization of nanofibrous silk fibroin scaffold as a delivery system for bone marrow adherent cells: in vitro and in vivo studies. Biotechnol. Appl. Biochem. 62, 785-794.
  • Gibon E., Amanatullah D. F., Loi F., Pajarinen J., Nabeshima A., Yao Z., Hamadouche M., Goodman S. B., 2016. The biological response to orthopaedic implants for joint replacement: Part I: Metals. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. doi: 10.1002/jbm.b.33734.
  • Gogolewski S., 2003. Biomateriały polimerowe. [W:] Biomateriały. Tom 4. Błażewicz S., Stoch L. (red). PAN, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT., Warszawa, 257-330.
  • Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W., Stokłosa T., 2014. Immunologia. PWN, Warszawa.
  • Gołębiewski J., Gibas E., Malinowski R., 2008. Wybrane polimery biodegradowalne-otrzymywanie, właściwości, zastosowanie. Polimery 53, 11-12.
  • Heino J., 2007. The collagen family members as cell adhesion proteins. Bioessays 29, 1001-1010.
  • Hench L. L., 1991. Bioceramics: from concept to clinics. J. Am. Ceram. Soc. 74, 1487-1510.
  • Jhunjhunwala S., Aresta-Dasilva S., Tang K., Alvarez D., Webber M. J., Tang B. C., Lavin D. M., Veiseh O., Doloff J. C., Bose S., Vegas A., Ma M., Sahay G., Chiu A., Bader A., Langan E., Siebert S., Li J., Greiner D. L., Newburger P. E., Von Andrian U. H., Langer R., Anderson D. G., 2015. Neutrophil responses to sterile implant materials. PLoS One. 10 doi: 10.1371.
  • Kadler K. E., Baldock C., Bella J., Boot-Handfort R. P., 2007. Collagenes at a glance. J. Cell Sci. 120, 1955-1958.
  • Kirkpatrick C. J., Wagner M., Kohler H., Bittinger F., Otto M., Klein C. L., 1997. The cell and molecular biological approach to biomaterial research: a perspective. J. Mater. Sci. Mater. Med. 8, 131-141.
  • Kolaczkowska E., 2002. Shedding light on vascular permeability during peritonitis: role of mast cell histamine versus macrophage cysteinyl leukotrienes. Inflamm. Res. 51, 519-521.
  • Kolaczkowska E., Chadzinska M., Scislowska-Czarnecka A., Plytycz B., Opdenakker G., Arnold B., 2006. Gelatinase B/matrix metalloproteinase-9 contributes to cellular infiltration in a murine model of zymosan peritonitis. Immunobiol. 211, 137-148.
  • Kolaczkowska E., Koziol A., Plytycz B., Arnold B., Opdenakker G., 2009. Altered apoptosis of inflammatory neutrophils in MMP-9-deficient mice is due to lower expression and activity of caspase-3. Immunol. Lett. 22, 73-82.
  • Kołaczkowska E., 2007. Zapalenie (ostre) jako reakcja korzystna dla organizmu - historia badań a najnowsze osiągnięcia. Kosmos 1-2, 27-38.
  • Kołaczkowska E., Kubes P., 2013. Neutrophil recruitment and function in health and inflammation. Nat. Rev. Immunol. 13, 159-175.
  • Kotas M. E., Medzhitov R., 2015. Homeostasis, inflammation, and disease susceptibility. Cell 160, 816-827.
  • Langer R., Vacanti J. P., 1993. Tissue engineering. Science 260, 920-926.
  • Leifer C. A, Medvedev A. E., 2016. Molecular mechanisms of regulation of Toll-like receptor signaling. J. Leukoc. Biol. 100, 927-941.
  • Lin J. J., Lin W. C., Li S. D., Lin C. Y., Hsu S. H., 2013. Evaluation of the antibacterial activity and biocompatibility for silver nanoparticles immobilized on nano silicate platelets. ACS Appl. Mater. Interfaces 5, 433-443.
  • Liu X., Ma P. X., 2004. Polymeric scaffolds for bone tissue engineering. Ann. Biomed. Eng. 32, 477-486.
  • Majno G., Joris I., 2004 Cells, tissue and disease. Blackwell Science, Oxford, London.
  • Malla N., Sjoli S., Weinberg J. O., Hadler-Olsen E., Uhlin-Hansen L., 2008. Biological and pathobiological functions of gelatinase dimers and complexes. Connect. Tissue. Res. 49, 180-184.
  • Marciniak J., 2003. Biomateriały metaliczne. [W:] Biomateriały. Tom 4. Błażewicz S., Stoch L. (red). PAN, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 5-98.
  • Morita H., Saito H., Matsumoto K., Nakae S., 2016. Regulatory roles of mast cells in immune responses. Semin. Immunopathol. 38, 623-629.
  • Mróz W., Jedyński M., Burdyńska S., Prokopiuk A., Ślósarczyk A., Menaszek E., Ścisłowska-Czarnecka A., Łączka M., Cholewa-Kowalska K., Niedzielska A., 2008. Comparative study of hydroxyapatite and hydroxyapatite mixed with bioglass coatings of metallic implants, deposited by PLD method. Eng. Biomat. 81-84, 121-123.
  • Mróz W., Bombalska A., Budner B., Burdyńska S., Jedyński M., Prokopiuk A., Menaszek E., Ścisłowska-Czarnecka A., Niedzielska A., Niedzielski K., 2010. Comparative study of hydroxyapatite and octacalcium phosphate coatings deposited on metallic implants by PLD method. Appl Phys A Mater Sci. Proc. 101, 13-16.
  • Nawrotek K., Tylman M., Decherchi P., Marqueste T., Rudnicka K., Gatkowska J., Wieczorek M., 2016. Assessment of degradation and biocompatibility of electrodeposited chitosan and chitosan-carbon nanotube tubular implants. J. Biomed. Mater. Res. A 104, 2701-2711.
  • Opdenakker G., Van Den Steen P. E., Dubois B., Nelissen I., Van Coillie E., Masure S., Proost P., Van Damme J., 2001. Gelatinase B functions as regulator and effector in leukocyte biology. J. Leukoc. Biol. 69, 851-859.
  • Pamula E., Dobrzynski P., Bero M., Paluszkiewicz C., 2004. How microstructural factors influence in vitro and in vivo degradation of poly(glycolide-co-L-lactide). Eng. Biomat. 38-43, 22-27.
  • Pamula E., Scislowska-Czarnecka A., Szlek A., Chadzinska M., Dobrzynski P., Plytycz B., 2006. Chemical modification of poly(glycolide-caprolactone) and its impact on adhesion and viability of fibroblast in vitro. Eng. Biomat. 58-60, 24-28.
  • Płytycz B., Chadzińska M., 2016. Hodowla tkanek w immunologii [W:] Hodowla komórek i tkanek. Stokłosowa S. (red). Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 187-216.
  • Ptak W., Ptak M., Płytycz B., 2003. Co rozpoznaje układ immunologiczny? Na drodze do nowego paradygmatu. Kosmos 52, 149-156.
  • Sabir M., Xu X., Li L., 2009. A review on biodegradable polymeric materials for bone tissue engineering applications. J. Mater. Sci. Mater. Med. 44, 5713-5724.
  • Scharnweber D., Beutner R., Rossler S., Worch H., 2002. Electrochemical behavior of titanium-based materials are there relations to biocompatibility. J. Mater. Sci. Mater. Med. 13, 1215-1220.
  • Schatzker J., 1996. Osteosynthesis in trauma. Int. J. Orthop. Sci 20, 244-252.
  • Scislowska-Czarnecka A., Menaszek E., Kolaczkowska E., Janus M., Stypula B., 2008. The effect of titanium alloy modified with a-C:N:H and a-SiCxNy(H) coatings on adhesion and immune response of human osteoblast-like MG-63 cells. Eng. Biomat. 81-84, 126-128.
  • Scislowska-Czarnecka A., Menaszek E., Szaraniec B., Kolaczkowska E., 2012a. Ceramic modifications of porous titanium: effects on macrophage activation. Tissue Cell 44, 391-400.
  • Scislowska-Czarnecka A., Pamula E., Tlalka A., Kolaczkowska E., 2012b. Effects of aliphatic polyesters on activation of the immune system: studies on macrophages. J. Biomat. Sci. Polym. E. 23, 715-738.
  • Scislowska-Czarnecka A., Pamula E., Kolaczkowska E., 2013. Biocompatibility evaluation of glycolide-containing polyesters in contact with osteoblasts and fibroblasts. J. App. Polym. Sci. 127, 3256-3268.
  • Sikora E., 2014. Starzenie i długowieczność. Post. Biochem. 60, 125-137.
  • Sipe J. D., 2002. Tissue engineering and reparative medicine. Ann. NY Acad. Sci. 961, 1-9.
  • Szmigiel D., Domanski K., Prokaryn P., Grabiec P., Pamula E., Scislowska-Czarnecka A., Plytycz B., 2006. Plasma treated polysiloxane coating for medical implants. Eng. Biomat. 58-60, 206-209.
  • Szmigiel D., Hibert C., Bertsh A., Pamuła E., Domański K., Grabiec P., Prokaryn P., Ścisłowska-Czarnecka A., Płytycz B., 2008. Fluorine-based plasma treatment of biocompatible silicone elastomer: the effect of temperature on etch rate and surface properties. Plasma Process Polym. 5, 246-255.
  • Ślósarczyk A., 2003. Biomateriały ceramiczne. [W:] Biomateriały. Tom 4. Błażewicz S., Stoch L. (red). PAN, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT., Warszawa, 99-256.
  • Thomsen P., Gretzer C., 2001. Macrophage interactions with modified material surfaces. Curr. Opin. Solid. St. M. 5, 163-176.
  • Uyanik B., Grigorash B. B., Goloudina A. R., Demidov O. N., 2017. DNA damage-induced phosphatase Wip1 in regulation of hematopoiesis, immune system and inflammation. Cell Death Discov. 3, doi:10.1038/cddiscovery.2017.18
  • Vallet-Refi M., Gonzales-Calbet J. M., 2004. Calcium phosphates as substitution of bone tissues. Progr. Solid State Chem. 32, 1-31.
  • Van Rijt S., Habibovic P., 2017. Enhancing regenerative approaches with nanoparticles. J. R. Soc. Interface. doi: 10.1098/rsif.2017.0093.
  • Walsh W. R., Svehla M. J., Russel J., Saito M., Nakashima T., Gillies R. M., Bruce W., Hori R., 2004. Cemented fixation with PMMA or bis-GMA resin hydroxyapatite cement: effect of implant surface roughness. Biomaterials 25, 4929-4934.
  • Williams D. F., 2008. On the mechanisms of biocompatibility. Biomaterials 29, 2941-2953.
  • Yamaguchi M., Toshiro S., Kanamori T., Wang P., Niwa M., Kawakami H., Nagaoka S., Hirakawa K., Kamiya M., 2004. Surface modification of poly(l-lactic acid) affects initial cell attachment, cell morphology, and cell growth. J. Artif. Organs 7, 187-193.
  • Yunus Basha R., Sampath Kumar T.S., Doble M., 2015. Design of biocomposite materials for bone tissue regeneration. Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 57, 452-463.
Document Type
Publication order reference
Identifiers
YADDA identifier
bwmeta1.element.bwnjournal-article-ksv66p677kz
JavaScript is turned off in your web browser. Turn it on to take full advantage of this site, then refresh the page.