Функциональное влияние морфологии поверхности оболочки грудного имплантата на бактериальную адгезию и рост

Состояние вопроса: Тестурирование наружной поверхности грудных имплантатов стали применять с целью повышения степени инкорпорации тканей в материал имплантата и снижения риска капсулярной контрактуры. С другой стороны, было показано, что текстурированные поверхности способствуют бактериальному росту и связано с возникновением анапластической крупноклеточной лимфомы, ассоциированной с грудным имплантатом.

Методика: Авторы поставили перед собой цель измерить площадь и шероховатость поверхности оболочки грудных имплантатов 11 типов. Помимо этого целями исследования были in vitro-анализ адгезии бактерий четырех видов (Staphylococcus epidermidis, S. aureus, Pseudomonas aeruginosa и Ralstonia pickettii) к поверхности тестируемых имплантатов и оценка зависимости между площадью и шероховатостью поверхности и бактериальным ростом.

Результаты: Измерение площади поверхности оболочки имплантатов показало, что по величине этого показателя изделия можно отнести к следующим категориям  – высокая, промежуточная, низкая и минимальная. Шероховатость поверхности коррелировала с ее площадью. Анализ в условиях in vitro показал наличие значимой линейной зависимости между площадью поверхности и бактериальной адгезией/ростом. На оболочке имплантатов с высоким значением площади/шероховатости поверхности численность бактерий всех видов после 24 часов инкубации была значимо выше, а на оболочке имплантатов  минимальным значением площади/шероховатости поверхности – значимо ниже. В случае имплантатов с промежуточными и низкими значения площади поверхности наблюдались различия в адгезии разных микроорганизмов, что может указывать на аффинитет отдельных видов бактерий к поверхностям с определенной морфологией.

Заключение: Следует пересмотреть классификацию поверхностей оболочек имплантатов и разделить их на четыре категории в зависимости от величины площади поверхности – с высоким, промежуточным, низким и минимальным значением площади поверхности. Такая классификация превосходит прежнюю классификацию с использованием описательных терминов «макротекстура», «микротекстура» и «нанотекстура», которые плохо коррелируют с данными объективных измерений и/или функциональными исходами. (Plast. Reconstr. Surg. 142: 837, 2018.)


К данной статье прилагается дополнительный цифровой контент. Прямые URL-ссылки имеются в тексте. Для получения доступа к контенту следует набрать URL-адрес в адресной строке любого Интернет-браузера. Гиперссылки на материал приводятся в HTML-тексте настоящей статьи на вебсайте журнала (www. PRSJournal.com).

 

Текстурирование наружной поверхности оболочки грудных имплантатов впервые было использовано в 1968 г. в изделиях “natural Y” и достигалось путем нанесения на наружную поверхность изделия слоя полиуретановой пены толщиной 1,2-2 мм.1 Предполагалось, что такая поверхность будет препятствовать активации миофибропластов и, тем самым, снижать риск капсулярной контрактуры. 1 В 1991 г. появились сообщения о специфической связи между полиуретаном и канцерогеном 2,4-толуолдиамином. 2,3 Это привело к добровольному отзыву с рынка США силиконовых имплантатов с полиуретановым покрытием, который действует до сих пор. С целью имитации рельефа, образуемого полиуретановой пеной, были предложены альтернативные технологии модификации наружной поверхности силиконовой оболочки. На сегодняшний день таких технологий четыре: метод с применением и последующим вымыванием кристаллов соли, вулканизация, импринтинг 4 и недавно предложенная технология «нанотекстурирования», которую разработчики именуют инновационной и держат в секрете. 5

Данные о снижении риска контрактуры капсулы вокруг имплантата при использовании текстурированных изделий являются противоречивыми. По данным систематических обзоров сравнительных клинических исследований текстурирование поверхности имплантатов может снизить частоту капсулярной контрактуры в ранние сроки после аугментационной маммопластики с размещением имплантата под грудной мышцей. 6,7 Во многих опубликованных отчетах отсутствует адекватное описание типа установленного изделия, используемой хирургической методики и оценки результатов. Мнения авторов менее крупных исследований и исследований с установкой разных грудных имплантатов слева и справа по поводу преимуществ текстурирования наружной оболочки изделий разделились пополам. 8-18

Ранее опубликованные данные подтверждают, что текстурированные имплантаты способствуют более быстрому бактериальному росту в условиях in vitro. 19 Более того, обнаружена корреляция между более высокой степенью бактериального загрязнения и ответом организма-хозяина in vivo, что предполагает наличие порогового феномена, когда бактериальная нагрузка запускает воспалительную реакцию. 20 Позже было выдвинуто предположение о том, что бактериальная инфекция является одним из четырех факторов, способных играть роль в возникновении анапластической крупноклеточной лимфомы (АККЛ), ассоциированной с грудным имплантатом. 21 Целью настоящего исследования был анализ текстур разной морфологии с целью изучения зависимости между площадью поверхности, шероховатостью и способностью к бактериальной адгезии и росту в условиях in vitro.

Материалы и методы

Виды исследуемых поверхностей имплантатов

Исследовано одиннадцать типов поверхностей грудных имплантатов: Silimed polyurethane (Sientra, Даллас, Техас); Polytech POLYtxt (Polytech Health and Aesthetics, Дибург, Германия); Mentor Siltex и Mentor Smooth (Mentor Worldwide LLC, Ирвин, Калифорния); Motiva SilkSurface и Motiva VelvetSurface (Motiva Alajuela, Коста-Рика); Allergan Biocell (Allergan, Дублин, Ирландия); Allergan Natrelle Smooth (Allergan); Nagor Nagotex (Nagor Ltd, Глазго, Великобритания); Sientra Smooth (Санта-Барбара, Калифорния); и Eurosilicone textured (Eurosilicone, Апт Седекс, Франция). В табл. 1 перечислены технологии, используемые для получения текстурированных поверхностей разных типов.

Таблица 1. Технологии текстурирования поверхностей имплантатов

Технология Тип имплантата
Нанесение полиуретановой пены Silimed polyurethane
Вымывание кристаллов соли Allergan Biocell
Eurosilicone texture
Nagor Nagotex
Вулканизация (аммония карбонат) Polytech POLYtxt
Импринтинг Mentor Siltex
Неизвестна Motiva VelvetSurface
Motiva SilkSurface


Визуализация поверхности имплантатов

Сканирующая электронная микроскопия

После фиксации в 3% глутаральдегиде образцы (площадью до 1 см2) обезвоживали в этаноле и погружали в гексаметилдисилазан (Polysciences, Inc., Уоррингтон, Пенсильвания) на 3 минуты, после чего образцы оставляли на ночь для испарения гексаметилдисилазана. Образцы помещали на алюминиевые подставки (ProSciTech, Терингова, Квинсленд, Австралия) и напыляли на поверхность золотое покрытие толщиной 20 нм с помощью прибора для магнетронного напыления золотопроводящего покрытия Emitech K550 (Emitech, Западный Суссекс, Великобритания). Поверхность образцов оболочек грудных имплантатов с золотым покрытием изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL 6480LA (JEOL Ltd., Токио, Япония).

Микрокомпьютерная томография

Образцы в горизонтальном положении помещали на металлический штифт с клеевым составом, после чего штифт с образцом фиксировали в зажимном приспособлении по типу тисков. Затем образцы сканировали с помощью рентгеновского микроскопа Zeiss Xradia MicroXCT-400, работающего в режиме абсорбции, при пиковой энергии источника 50 кВ и токе электронного пучка 200 мкА (Carl Zeiss, Оберкохен, Германия). Проекции получали с шагом 0,25 градусов при общем диапазоне вращения 180 градусов при 3-минутной экспозиции и сохраняли как 16-битные изображения в закрытом файловом формате.

Проекции реконструировали с помощью программы XMReconstructor v7.0.2817 (Zeiss Xradia) с согласованными параметрами реконструкции, что позволяло получить 2,2-мкм изотропные элементы изображения. Модель использовалась для измерения площади поверхности и шероховатости для расчета различных требуемых свойств материала. Анализ проводили с помощью программного обеспечения Avizo 9.3 (FEI Visualization Sciences Group, Бордо, Франция) и Fiji,22 которое позволяло получить бинаризованное изображение образца в результате пороговой фильтрации после уменьшения шума на изображениях реконструированных срезов.

Определение площади поверхности

Отношение 3D-площади поверхности к 2D-площади поверхности рассчитывали путем измерения площади поверхности на границе между бинаризованным изображением образца и воздухом (SA3 D) и последующего сравнения результата измерения  с размерами самого образца в координатах x-y (SA2 D). (см. рисунок в дополнительном цифровом контенте 1, который демонстрирует алгоритм расчета отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади поверхности, http://links.lww.com/PRS/C956.). Все значения отношений были приведены к гладкооболочечным имплантатам.

Определение шероховатости поверхности

Для измерения шероховатости поверхности каждого образца сначала требовалось обернуть образец во избежание выступов и впадин. Проще говоря, была создана новая поверхность путем эффективного опускания тонкого датчика в направлении к поверхности в каждой ее точке. В точке контакта датчика с образцом определялась новая поверхность. Арифметическое среднее девиации оцениваемого профиля (Sa) рассчитывали для аппроксимированной поверхности по следующей формуле:

 

Screenshot_4.jpg

 

где i и j – позиции колонок и рядов, yij – высота поверхности при ij, y – средняя высота по всей поверхности. Шероховатость выражали как  кратное значение величины для гладкооболочечных имплантатов.

Анализ бактериальной адгезии in vitro

Анализ в условиях in vitro проводили на образцах девяти разных имплантатов с различной морфологией поверхности с бактериями четырех видов: Staphylococcus epidermidis, S. aureus, Pseudomonas aeruginosa и Ralstonia pickettii. Из оболочки имплантата вырезали полоску и тупым краем скальпеля соскребали с внутренней стороны оболочки остатки силикона. Используя инструмент для щипковой биопсии, из подготовленных полосок оболочки имплантата выщипывали 5-мм сегменты. Полученные образцы помещали наружной стороной вниз в стеклянную чашку Петри и стерилизовали сухим жаром при 115°C в течение 39 часов. После стерилизации в каждую чашку Петри добавляли стерильную воду и придавливали образцы в воде для удаления воздуха. Затем в чашки Петри с образцами оболочек имплантатов добавляли 10% триптон-соевый бульон, содержащий 105 клеток/мл S. epidermidis, S. Aureus, R. pickettii или 104 клеток/мл P. aeruginosa, после чего чашки Петри с содержимым инкубировали при 37°C в течение 24 часов.

Образцы извлекали через 2, 6 и 24 часа после инкубации в случае S. epidermidis и через 24 часа в случае S. aureus, P. Aeruginosa и R. pickettii и определяли количество колониеобразующих единиц на поверхности образцов. С этой целью образцы трижды промывали фосфатно-солевым буфером. Четыре диска помещали в 0,5 мл фосфатно-солевого буфера и обрабатывали ультразвуком в течение 20 минут, а затем встряхивали в течение 1 минуты, как описано ранее.19 Количество бактерий, сцепившихся с наружной поверхностью образца оболочки имплантата, определяли методом серийных 10-кратных разведений и стандартного чашечного культивирования. Каждое разведение анализировали пять раз.

Статистический анализ

Статистический анализ проводили с использованием пакета статистических программ Sigma Plot 13 (Systat Software, Inc., Сан-Хосе, Калифорния). Для сравнения параметров разных поверхностей имплантатов и показателей бактериальной адгезии данные трансформировали и проводили односторонний дисперсионный анализ повторных измерений. Все парные и множественные сравнения проводили методом Холма-Сидака. В случае ненормально распределенных данных выполнялся односторонний дисперсионный анализ с использованием ранговых критериев, а все парные и множественные сравнения проводили методом Данна. Зависимость между величиной отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади поверхности и количеством бактерий, удерживающихся на поверхности имплантата после 24 часов выдержки, оценивали методом корреляции Пирсона в случае нормального распределения данных и методом ранговой корреляции Спирмана в случае ненормально распределенных данных. Разница считалась статистически значимой, если величина p < 0,05.

Результаты

Сканирующая электронная микроскопия

Фотографии, представленные на рис. 1, отражают морфологию поверхности некоторых из тестируемых имплантатов. Очевидно, что вид поверхностей варьирует в широких пределах – от поверхностей со сложным рельефом с  большим количеством скрытых поверхностей до относительно сглаженных и не имеющих выраженных особенностей.

The_Functional_Influence_of_Breast_Implant_Outer.jpg

Рис. 1. Фотографии поверхности имплантатов, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа при 25- и 400-кратном увеличении. (Вверху) Silimed polyurethane. (В центре) Eurosilicone. (Внизу) Polytech POLYtxt.

Определение площади поверхности

Анализ с помощью тонких томографических срезов и конфокальной микроскопии позволил визуализировать и произвести расчет площади поверхности оболочки каждого из тестируемых имплантатов. Результаты анализа приводятся в табл. 2. На рис. 2 представлены трехмерные изображения поверхностей, которые использовались для расчета отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади поверхности для поверхностей трех имплантатов. (См. рисунок в дополнительном цифровом контенте 2, на котором показана 3D-экстракция для имплантата с рельефом, созданным с помощью полиуретановой пены, http://links.lww.com/PRS/C957. См. рисунок в дополнительном цифровом контенте 3, на котором показана 3D-реконструкция в оттенках серого цвета, http://links.lww. com/PRS/C958. См. рисунок в дополнительном цифровом контенте 4, на котором показана 3D-экстракция для имплантата Polytech POLYtxt, http://links.lww. com/PRS/C959. См. рисунок в дополнительном цифровом контенте 5, на котором показана 3D-реконструкция в оттенках серого цвета для имплантата Polytech POLYtxt, http://links.lww.com/PRS/C960.) На рис. 3 наглядно отображены результаты расчета отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади для тестируемых имплантатов.

По величине отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади тестируемые имплантаты можно разделить на четыре категории следующим образом: (1) с высоким отношением (>5), (2) с промежуточным (от 3 до 5), (3) с низким (от 2 до 3) и (4) минимальным (<2).

В целом эти категории соответствуют технологии текстурирования поверхности оболочки имплантатов. Так, максимальной площадью поверхности отличается рельеф с открытыми порами, создаваемый полиуретановой пеной; промежуточную площадь поверхности имеют некоторые виды рельефа, полученные с помощью кристаллов соли, а также рельефы, полученные методом вулканизации; другие рельефы, полученные с помощью кристаллов соли, и методом импринтинга отличаются низкой площадью поверхности; наконец, площадь поверхности минимальна у изделий с гладкой поверхностью оболочки и поверхностью, позиционируемой как «наноповерхность». Площадь текстурированных поверхностей, полученных с помощью кристаллов соли, может варьировать в зависимости от размера кристаллов соли, используемых при создании текстуры. Интересно отметить, что, хотя при первом анализе выяснилось, что изделия Polytech POLYtxt имеют большую площадь поверхности, многие поверхности оказались скрытыми в структуре наружной силиконовой оболочки и напрямую не сообщались с наружной поверхностью. Анализ “сужений” (“choke zones”) (в интервале от 1 до 10 мкм и скрытых “каверн” секвестированных внутренних поверхностей) позволил определить доступную площадь поверхности путем анализа методом вычитаний. Для имплантата Polytech POLYtxt была рассчитана величина отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади при допущении о среднем размере “сужений” 5 мкм. [См. рисунок в дополнительном цифровом контенте 6, который демонстрирует выделенные красным цветом каверны (секвестированная площадь поверхности) на 3D-реконструкции поверхности Polytech POLYtxt, http://links.lww.com/PRS/C961. См. видео в дополнительном цифровом контенте 7, который в режиме реального времени демонстрирует выделенные красным цветом каверны (секвестированная площадь поверхности) на 3D-реконструкции поверхности Polytech POLYtxt, http://links.lww.com/ PRS/C962.]

Таблица 2. Расчет площади открытой поверхности и величина отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади для каждого типа тестируемых имплантатов

Тип имплантата 3D-площадь поверхности (квадрата с размерами 1,4 х 1,4 mm) (мм2) Отношение 3D-площади к 2D-площади поверхности*
Silimed polyurethane 79 20,8
Eurosilicone textured 15 3,9
Allergan Biocell 12 3,2
Polytech POLYtxt† 12 3,2
Nagor Nagotex 10 2,8
Mentor Siltex 8,1 2,2
Motiva VelvetSurface 4,3 1,2
Sientra Smooth 4,1 1,1
Motiva SilkSurface 3,9 1,1
Allergan Smooth 3,9 1,0
Mentor Smooth 3,8 1,0

* Значения, приведенные к Mentor Smooth.

† Отражает доступную площадь поверхности после исключения внутренних полостей.

 The_Functional_Influence_of_Breast_Implant_Outer.jpg

Рис. 2. Примеры объемных сечений: экстракция (слева) и реконструкция в серых тонах (справа) по данным микрокомпьютерной томографии, использованной для измерения площади поверхности/шероховатости. (Вверху) Allergan Biocell. (По центру) Mentor Smooth. (Внизу) Motiva VelvetSurface.

The_Functional_Influence_of_Breast_Implant_Outer.jpg 

Рис. 3. Отношение 3D-площади поверхности к 2D-площади (3D:2D) для разных типов исследуемых имплантатов. PU= polyurethane.

X: Тип имплантата

Y: Отношение площадей поверхности 3D/2D

Видео. Дополнительный цифровой контент 7 в режиме реального времени демонстрирует выделенные красным цветом каверны (секвестированная площадь поверхности) на 3D-реконструкции поверхности Polytech POLYtxt, http://links.lww.com/PRS/C962.

Определение шероховатости поверхности

По величине шероховатости поверхности тестируемые имплантаты можно разделить на четыре категории следующим образом: (1) с высокой шероховатостью (>5), (2) с промежуточной (от 75 до 150), (3) с низкой (от 25 до 75) и (4) минимальной (<25). В табл. 3 и на рис. 4 отражены результаты оценки шероховатости поверхностей имплантатов.

Таблица 3. Шероховатость поверхности имплантатов разных типов

Тип имплантата Шероховатость поверхности СД
Silimed polyurethane 277,6 32,5
Eurosilicone textured 111,7 24,9
Allergan Biocell 91,7 13,9
Nagor Nagotex 60,9 12,3
Polytech POLYtxt 58,8 19,2
Mentor Siltex 51,4 12,1
Motiva VelvetSurface 12,9 1,7
Motiva SilkSurface 20,1 0,3
Allergan Smooth 8,5 1,4
Sientra Smooth 8,1 0,8
Mentor Smooth 2,1 0,9


The_Functional_Influence_of_Breast_Implant_Outer.jpg
Рис. 4. Шероховатость поверхности для разных типов исследуемых имплантатов. PU= polyurethane; планка погрешностей = СД.

Х: Тип имплантата
Y: Шероховатость

Анализ бактериальной адгезии в условиях in vitro

S. epidermidis

Рис. 5 отражает динамику изменения численности бактерий S. Epidermidis на наружной поверхности оболочки исследуемых имплантатов через 2, 6 и 24 часа инкубации. Уже через 2 часа количество бактерий, удерживаемых на наружной стороне текстурированной оболочки имплантатов Silimed polyurethane, отличающейся большой площадью поверхности, значимо превышало их количество на оболочке имплантатов с меньшей площадью наружной поверхности, таких как Mentor Siltex, гладкооболочечных (Mentor, Sientra и Allergan), Motiva VelvetSurface и Motiva Silk-Surface (p < 0,001). К 24 часам на оболочке имплантатов с высоким и промежуточным значением отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади число бактерий данного вида значимо превышало то количество, которое было обнаружено на оболочке имплантатов с низким или минимальным значением этого отношения (p < 0,001). При этом количество бактерий, обнаруженных на образцах оболочки имплантатов Silimed polyurethane, в численном выражении было больше, чем на оболочке имплантатов с промежуточными профилями, но статистической значимости разница не достигла (рис. 6, вверху). В ряду имплантатов с текстурированной оболочкой, полученной с помощью кристаллов соли, «чемпионом» оказались имплантаты Nagor Nagotex, на оболочке которых количество бактерий было приблизительно вдвое больше, чем на оболочках других имплантатов, текстурированных с применением данной технологии (p < 0,4). Через 24 часа количество бактерий, удерживаемых на поверхности имплантатов с гладкой оболочкой, не отличалось от количества, удерживаемого на поверхностях с низким или минимальным профилем (p > 0,07); при этом разница с имплантатами с поверхностями с промежуточным и высоким профилем достигла статистической значимости (p < 0,001). Со временем количество бактерий, удерживаемых на поверхности имплантатов, коррелировало с величиной отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади: адгезия бактерий к поверхности была тем выше, чем больше была величина указанного отношения (R = 0,64; p < 0,001).

S. aureus

Рис. 6 (внизу) показывает численность бактерий вида S. Aureus на поверхности оболочки силиконовых имплантатов разных типов после 24 часов инкубации. На поверхности Silimed polyurethane их число было значимо выше (p < 0,05), а на поверхности гладкооболочечных имплантатов (Mentor, Sientra и Allergan) – значимо ниже (p < 0,001), чем на поверхности всех остальных имплантатов, за исключением Mentor Siltex, разница с которым не достигла статистической значимости (p = 0,4). Значимой разницы между имплантатами с текстурированной оболочкой, полученной с помощью кристаллов соли, выявлено не было. Количество бактерий, удерживаемых на поверхности имплантатов, коррелировало с величиной отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади: адгезия бактерий к поверхности была тем выше, чем больше была величина указанного отношения (R = 0,75; p < 0,001).

P. aeruginosa

Рис. 7 (вверху) показывает численность бактерий вида P. Aeruginosa на поверхности оболочки разных имплантатов после 24 часов инкубации. Максимальная адгезия наблюдалась на поверхности Silimed polyurethane, затем следовал Polytech POLYtxt и далее Biocell с оболочкой, текстурированной с помощью кристаллов соли. На оболочке Eurosilicone textured и Nagor Nagotex, также текстурированной с помощью кристаллов соли, количество бактерий после 24 часов инкубации было меньше, однако разница с Biocell статистической значимости не достигла (p > 0,09). Количество бактерий, удерживаемых на поверхности имплантатов, положительно коррелировало с величиной отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади: адгезия бактерий к поверхности была тем выше, чем больше была величина указанного отношения (R = 0,81; p < 0,001). На гладкооболочечных имплантатах бактериальный рост был значимо ниже, чем на всех остальных имплантатах (p < 0,001). Обнаружено, что в отличие от адгезии стафилококковых бактерий, адгезия P. aeruginosa к поверхности Motiva VelvetSurface была значимо ниже, чем к поверхности Motiva SilkSurface (p = 0,008); количество бактерий данного вида, удерживаемых на поверхности Motiva VelvetSurface, также  было значимо ниже по сравнению со всеми другими имплантатами (p < 0,001).

R. pickettii

Рис. 7 (внизу) показывает численность бактерий вида R. Pickettii на поверхности оболочки разных имплантатов после 24 часов инкубации. Разница с гладкооболочечными имплантатами достигла статистической значимости только в случае Silimed polyurethane, Biocell и Nagor Nagotex (p < 0,001). Между имплантатами, оболочка которых текстурировалась с помощью кристаллов соли, значимой разницы не наблюдалось. Количество бактерий, удерживаемых на поверхности имплантатов, положительно коррелировало с величиной отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади: адгезия бактерий к поверхности была тем выше, чем больше была величина указанного отношения (R = 0,87; p < 0,001).

The_Functional_Influence_of_Breast_Implant_Outer.jpg 

Рис. 5. Адгезия и рост S. epidermidis на поверхности оболочки разных имплантатов после 0, 2, 6 и 24 часов инкубации.

X: Время (часы)

Y: Количество удерживаемых бактерий

The_Functional_Influence_of_Breast_Implant_Outer.jpg 

Рис. 6. Адгезия и рост бактерий на поверхности оболочки разных имплантатов после 24 часов инкубации. (Вверху) Адгезия и рост S. epidermidis на поверхности оболочки разных имплантатов после 24 часов инкубации. (Внизу) Адгезия и рост S. aureus на поверхности оболочки разных имплантатов после 24 часов инкубации. PU=polyurethane.

Y: Количество удерживаемых бактерий S. epidermidis после 24 часов инкубации (Log10)

Y: Количество удерживаемых бактерий S. aureus после 24 часов инкубации (Log10)

The_Functional_Influence_of_Breast_Implant_Outer.jpg 

Рис. 7. Адгезия и рост бактерий на поверхности оболочки разных имплантатов после 24 часов инкубации. (Вверху) Адгезия и рост P. aeruginosa на поверхности оболочки разных имплантатов после 24 часов инкубации. (Внизу) Адгезия и рост R. pickettii на поверхности оболочки разных имплантатов после 24 часов инкубации. PU=polyurethane.

Y: Количество удерживаемых бактерий P. aeruginosa после 24 часов инкубации (Log10)

Y: Количество удерживаемых бактерий R. pickettii после 24 часов инкубации (Log10)

 

Комбинированные категории

На рис. 8 представлена предлагаемая классификация поверхности оболочки имплантатов в зависимости от ее площади и шероховатости. Категорию поверхности предлагается затем объединить с типом заполнителя, формой и размером имплантата (табл. 4). Так, например, имплантат  ‘Cohesive Gel 410 Allergan Biocell Anatomic 330-cc’ (Allergan Biocell, заполненный когезивным гелем 410, анатомической формы, объемом 330 см3) может быть обозначен как GF4A330.

The_Functional_Influence_of_Breast_Implant_Outer.jpg 

Рис. 8. Классификация поверхности оболочек имплантатов в зависимости от технологии производства, площади поверхности и шероховатости поверхности.

 

Технология текстурирования Полиуретановая пена Вымывание кристаллов соли (Biocell/ Eurosilicone) Вулканизация Вымывание кристаллов соли (Nagotex) Импринтинг Гладкая/ «нано»
Площадь поверхности Высокая Промежуточная Промежуточная Низкая Низкая Минимальная
Шероховатость Высокая Низкая Промежуточная Низкая Низкая Минимальная
Категория поверхности 4 3 3 2 2 1

 

Таблица 4. Предлагаемая обобщенная классификация грудных имплантатов по виду заполнителя, площади поверхности, форме и размеру

Характеристика Определение
Заполнение  
GF Гель
S Физраствор
A Частично воздух
Площадь поверхности  
4 Высокая
3 Промежуточная
2 Низкая
1 Минимальная
Форма  
A Анатомическая
R Круглая
Размер В кубических сантиметрах (см3)

 

Обсуждение

Полученные данные свидетельствуют в пользу применения новой системы классификации наружных оболочек имплантатов на основании измеряемых параметров площади и шероховатости поверхности, которые коррелируют с бактериальным ростом. Нами предложена классификация поверхностей оболочек имплантатов, включающая четыре категории (высокая, промежуточная, низкая и минимальная) и основанная на результатах непосредственного измерения показателей площади и шероховатости поверхности.

Анализ бактериального роста на поверхностях имплантатов разных типов выявил значимую корреляцию с величиной отношения 3D-площади поверхности к 2D-площади. Обнаружена линейная зависимость между бактериальным ростом и адгезией к поверхности имплантатов и величиной указанного отношения. Данные, представленные на рис. 5, указывают на экспоненциальный рост бактерий S. epidermidis в случае имплантатов с большой площадью поверхности текстурированной оболочки, о чем мы сообщали ранее.19 На поверхности Silimed polyurethane рост бактерий всех исследуемых видов после 24 часов инкубации был особенно впечатляющим, причем разница с другими изделиями достигла статистической значимости. Интересно отметить, что имплантаты с промежуточной величиной площади поверхности продемонстрировали хорошую корреляцию и не отличались от имплантатов с высоким значением площади поверхности по показателям роста S. epidermidis и P. aeruginosa. Эти активно размножающиеся микроорганизмы, способные образовывать биопленку, могут с успехом распространяться по доступной поверхности и достичь максимального потенциала роста раньше, чем бактерии других видов. Эти различия в поведении бактерий и в их адгезии к поверхностям с промежуточным/низким профилем требуют дальнейшего изучения и могут быть связаны с доступной площадью поверхности текстурированной оболочки, специфическими размерами бактериальных клеток и их способностью к образованию биопленки, а также с внешними факторами и доступностью питания.

Текстурированная поверхность оболочки имплантата Polytech POLYtxt характеризуется высокой долей скрытых поверхностей (каверн). Эти каверны либо полностью отгорожены от внешней среды, либо связаны с ней крайне узкими каналами (“choke zones”), которые препятствуют прохождению бактерий и/или клеток организма хозяина. Этим также может объясняться более высокий рост некоторых микроорганизмов на поверхности с данной текстурой. Atlan et al.,23 используя аналогичную методику измерений, продемонстрировали различия в морфологии текстуры на разных участках поверхности оболочки одного и того же имплантата. Оценка влияния такого рода различий не входила в задачи данного исследования, но может стать предметом анализа бактериальной адгезии в будущем.

Ранее были опубликованы результаты морфологического анализа наружных поверхностей оболочек грудных имплантатов, проводимого методами конфокальной микроскопии,24–26 сканирующей электронной микроскопии25 и/или световой микроскопии26 и путем испытания на смачиваемость.25 Это делалось в попытке классифицировать поверхность имплантатов. Авторы ранее использовали эти методики,21 однако обнаружили существенные ошибки при изучении текстур большей толщины: оказалось, что в более глубоких зонах разрешающей способности оборудования не хватало. Применение микрокомпьютерной томографии позволило осуществить более точную морфологическую оценку всей оболочки имплантата. Эти же авторы ранее использовали адгезию фибропластов и/или активацию макрофагов в качестве суррогатных маркеров для прогнозирования тканевой инкорпорации и снижения риска капсулярной контрактуры.21 Хотя эти in vitro-факторы могут иметь важное значение, пока неясно, какие клинические преимущества они обеспечивают. Таким образом, их функциональную значимость еще предстоит подтвердить в клинических исследованиях.

В лабораторных и клинических исследованиях было показано, что присутствие бактерий на поверхности имплантата, наоборот, является существенным фактором риска образования капсулярной контрактуры.19,27,28 В клинических исследованиях было подтверждено наличие достоверной корреляции между бактериальной контаминацией и увеличением степени контрактуры капсулы.29 У пациенток с капсулярной контрактурой высокой степени также было показано, что текстура, создаваемая путем нанесения полиуретановой пены, способствует значительному увеличению бактериальной нагрузки по сравнению с другими текстурами.20 Кроме того, данные, полученные в междисциплинарном научном исследовании, свидетельствуют о том, что применение мер, направленных на уменьшение бактериальной нагрузки, позволяет снизить риск контрактуры капсулы и, таким образом, связывают зависимость между бактериальным ростом и площадью поверхности оболочки имплантата с функциональным клиническим исходом.30, 31

Мы вовсе не утверждаем, что текстурированные имплантаты повышают риск контрактуры капсулы, что часто вменяют нам наши критики. Текстурирование поверхности способствует с одной стороны лучшей инкорпорации тканей в материал имплантата, а с другой, к сожалению, - бактериальному росту и пролиферации. Если бактериальное загрязнение поддерживается на низком уровне, преимущества текстурированной поверхности могут вполне способствовать более хорошим результатам в отдаленном периоде. В настоящее время по-прежнему существует потребность в проведении высококачественных клинических сравнительных исследований для подтверждения данного наблюдения. Также весьма вероятно, что не только текстура имплантата, но и другие факторы могут оказывать супрессивное влияние на формирование биопленки и последующую капсулярную контрактуру, включая орошение хирургического кармана бактерицидным раствором, профилактическое применение антибиотиков, недопущение бактериальной контаминации, анатомическое расположение кармана и аккуратное атравматичное рассечение грудного кармана.27,32 Стратегии, используемые в целях предотвращения бактериального загрязнения имплантатов в процессе установки в хирургический карман, позволяют снизить численность бактерий и обеспечить контаминацию на уровне ниже пороговой.33 Это подчеркивает значение суммарной бактериальной нагрузки поверхности грудных имплантатов, которая, в конечном итоге, определяет клинический исход.

Позднее было высказано предположение об антигенной стимуляции АККЛ, ассоциированной с грудным имплантатом. Антигенная стимуляция вкупе с поверхностной текстурой имплантата, наследственными факторами и фактором времени, объединенные в рамках одной гипотезы, позволяют объяснить как биологию, так и эпидемиологию АККЛ, ассоциированной с грудным имплантатом.21 Вероятность возникновения АККЛ, ассоциированной с грудным имплантатом, после установки изделий с высокими и промежуточными значениями площади поверхности текстурированной оболочки в 10 раз выше, чем после имплантации изделий с низкими значениями площади поверхности, и согласуется с этими данными.21 Необходимость присутствия биологического антигена для стимуляции канцерогенеза указывает на то, что, вероятнее всего, бактериальные белки, а не инертные частицы силикона инициируют стимуляцию и трансформацию Т-клеток.34 Этот путь от стимуляции бактериальным антигеном до лимфомы был доказан для Helicobacter pylori, вызывающей лимфому лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистой оболочкой желудка, и рак желудка.35 Понимание взаимодействия между генами, микробиомом и иммунитетом может дать толчок к разработке новых подходов к лечению и профилактике рака.

 

Заключение

Авторы выступают за использование инновационной и функциональной классификации наружных оболочек грудных имплантатов, основанной на характеристиках поверхностной текстуры, поддающихся объективному измерению. Согласно этой классификации, текстура подразделяется на четыре категории – высокая, промежуточная, низкая и минимальная. Корреляция между площадью/шероховатостью поверхности и способностью к бактериальному росту связывает эту классификацию с функциональным исходом и повышает ее валидность как инструмента, помогающего хирургу подобрать имплантат с оптимальной текстурой поверхности как для аугментационной, так и для реконструктивной маммопластики.

Список источников

  1. Ashley FL. Further studies on the natural-Y breast prosthesis. Plast Reconstr Surg. 1972;49:414–419.
  2. Chan SC, Birdsell DC, Gradeen CY. Urinary excretion of free toluenediamines in a patient with polyurethane-covered breast implants. Clin Chem. 1991;37:2143–2145.
  3. Chan SC, Birdsell DC, Gradeen CY. Detection of toluenediamines in the urine of a patient with polyurethane-covered breast implants. Clin Chem. 1991;37:756–758.
  4. Henderson PW, Nash D, Laskowski M, Grant RT. Objective comparison of commercially available breast implant devices. Aesthetic Plast Surg. 2015;39:724–732.
  5. Sforza M, Zaccheddu R, Alleruzzo A, et al. Preliminary 3-year evaluation of experience with SilkSurface and VelvetSurface Motiva silicone breast implants: A single-center experience with 5813 consecutive breast augmentation cases. Aesthet Surg J. 2018;38(Suppl 2):S62–S73.
  6. Wong CH, Samuel M, Tan BK, Song C. Capsular contracture in subglandular breast augmentation with textured versus smooth breast implants: A systematic review. Plast Reconstr Surg. 2006;118:1224–1236.
  7. Barnsley GP, Sigurdson LJ, Barnsley SE. Textured surface breast implants in the prevention of capsular contracture among breast augmentation patients: A metaanalysis of randomized controlled trials. Plast Reconstr Surg. 2006;117:2182–2190.
  8. Fagrell D, Berggren A, Tarpila E. Capsular contracture around saline-filled fine textured and smooth mammary implants: A prospective 7.5-year follow-up. Plast Reconstr Surg. 2001;108:2108–2112; discussion 2113.
  9. Tarpila E, Ghassemifar R, Fagrell D, Berggren A. Capsular contracture with textured versus smooth saline-filled implants for breast augmentation: A prospective clinical study. Plast Reconstr Surg. 1997;99:1934–1939.
  10. Burkhardt BR, Eades E. The effect of Biocell texturing and povidone-iodine irrigation on capsular contracture around saline-inflatable breast implants. Plast Reconstr Surg. 1995;96:1317–1325.
  11. Burkhardt BR, Demas CP. The effect of Siltex texturing and povidone-iodine irrigation on capsular contracture around saline inflatable breast implants. Plast Reconstr Surg. 1994;93:123–128; discussion 129–130.
  12. Asplund O, Gylbert L, Jurell G, Ward C. Textured or smooth implants for submuscular breast augmentation: A controlled study. Plast Reconstr Surg. 1996;97:1200–1206.
  13. Hakelius L, Ohlsén L. A clinical comparison of the tendency to capsular contracture between smooth and textured gel-filled silicone mammary implants. Plast Reconstr Surg. 1992;90:247–254.
  14. Collis N, Coleman D, Foo IT, Sharpe DT. Ten-year review of a prospective randomized controlled trial of textured versus smooth subglandular silicone gel breast implants. Plast Reconstr Surg. 2000;106:786–791.
  15. Malata CM, Feldberg L, Coleman DJ, Foo IT, Sharpe DT. Textured or smooth implants for breast augmentation? Three year follow-up of a prospective randomised controlled trial. Br J Plast Surg. 1997;50:99–105.
  16. Poeppl N, Schreml S, Lichtenegger F, Lenich A, Eisenmann-Klein M, Prantl L. Does the surface structure of implants have an impact on the formation of a capsular contracture? Aesthetic Plast Surg. 2007;31:133–139.
  17. Coleman DJ, Foo IT, Sharpe DT. Textured or smooth implants for breast augmentation? A prospective controlled trial. Br J Plast Surg. 1991;44:444–448.
  18. Stevens WG, Nahabedian MY, Calobrace MB, et al. Risk factor analysis for capsular contracture: A 5-year Sientra study analysis using round, smooth, and textured implants for breast augmentation. Plast Reconstr Surg. 2013;132:1115–1123.
  19. Jacombs A, Tahir S, Hu H, et al. In vitro and in vivo investigation of the influence of implant surface on the formation of bacterial biofilm in mammary implants. Plast Reconstr Surg. 2014;133:471e–480e.
  20. Hu H, Jacombs A, Vickery K, Merten SL, Pennington DG, Deva AK. Chronic biofilm infection in breast implants is associated with an increased T-cell lymphocytic infiltrate: Implications for breast implant-associated lymphoma. Plast Reconstr Surg. 2015;135:319–329.
  21. Loch-Wilkinson A, Beath KJ, Knight RJW, et al. Breast implantassociated anaplastic large cell lymphoma in Australia and New Zealand: High-surface-area textured implants are associated with increased risk. Plast Reconstr Surg. 2017;140:645–654.
  22. Schindelin J, Arganda-Carreras I, Frise E, et al. Fiji: An opensource platform for biological-image analysis. Nat Methods 2012;9:676–682.
  23. Atlan M, Bigerelle M, Larreta-garde V, Hindié M, Hedén P. Characterization of breast implant surfaces, shapes, and biomechanics: A comparison of high cohesive anatomically shaped textured silicone, breast implants from three different manufacturers. Aesthetic Plast Surg. 2016;40:89–97.
  24. Valencia-Lazcano AA, Alonso-Rasgado T, Bayat A. Characterisation of breast implant surfaces and correlation with fibroblast adhesion. J Mech Behav Biomed Mater. 2013;21:133–148.
  25. Barr S, Hill EW, Bayat A. Functional biocompatibility testing of silicone breast implants and a novel classification system based on surface roughness. J Mech Behav Biomed Mater. 2017;75:75–81.
  26. Barr S, Hill E, Bayat A. Current implant surface technology: An examination of their nanostructure and their influence on fibroblast alignment and biocompatibility. Eplasty 2009;9:e22.
  27. Chong SJ, Deva AK. Understanding the etiology and prevention of capsular contracture: Translating science into practice. Clin Plast Surg. 2015;42:427–436.
  28. Rieger UM, Mesina J, Kalbermatten DF, et al. Bacterial biofilms and capsular contracture in patients with breast implants. Br J Surg. 2013;100:768–774.
  29. Rieger UM, Raschke GF, Frei R, Djedovic G, Pierer G, Trampuz A. Role of bacterial biofilms in patients after reconstructive and aesthetic breast implant surgery. J Long Term Eff Med Implants 2014;24:131–138.
  30. Blount AL, Martin MD, Lineberry KD, Kettaneh N, Alfonso DR. Capsular contracture rate in a low-risk population after primary augmentation mammaplasty. Aesthet Surg J. 2013;33:516–521.
  31. Giordano S, Peltoniemi H, Lilius P, Salmi A. Povidone-iodine combined with antibiotic topical irrigation to reduce capsular contracture in cosmetic breast augmentation: A comparative study. Aesthet Surg J. 2013;33:675–680.
  32. Adams WP Jr. Capsular contracture: What is it? What causes it? How can it be prevented and managed? Clin Plast Surg. 2009;36:119–126, vii.
  33. Deva AK, Adams WP Jr, Vickery K. The role of bacterial biofilms in device-associated infection. Plast Reconstr Surg. 2013;132:1319–1328.
  34. Kadin ME, Deva A, Xu H, et al. Biomarkers provide clues to early events in the pathogenesis of breast implantassociated anaplastic large cell lymphoma. Aesthet Surg J. 2016;36:773–781.
  35. Peek RM Jr, Kuipers EJ. Gained in translation: The importance of biologically relevant models of Helicobacter pyloriinduced gastric cancer. Gut 2012;61:2–3.

Заказать звонок Написать сообщение Войти в кабинет хирурга
Запись на прием
Пожалуйста, заполните форму.
Наш консультант свяжется с вами

Требуется ваше согласие!

Написать сообщение
Пожалуйста, заполните форму.
Наш консультант свяжется с вами

Требуется ваше согласие!

Заказ звонка
Пожалуйста, заполните форму.
Наш консультант свяжется с вами

Требуется ваше согласие!