膠原蛋白在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

摘要：目的 為了推動(dòng)膠原蛋白生物材料向縱深發(fā)展，對(duì)其在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用以再評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行更加深入的研究。 方法 結(jié)合多年的工作實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)并查閱近幾年年來的相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)膠原蛋白基生物材料的臨場研究和應(yīng)用進(jìn)行闡述。結(jié)果 根據(jù)其生物學(xué)的性能、質(zhì)量控制、劑型與臨場的應(yīng)用、免疫原性與臨場副反應(yīng)、市場發(fā)展?jié)摿Φ?個(gè)方面進(jìn)行再評(píng)價(jià)。結(jié)論 膠原蛋白基生物材料的臨場應(yīng)用具有很大的市場發(fā)展空間和潛力。

關(guān)鍵詞：膠原蛋白；生物材料；臨床應(yīng)用

膠原蛋白是機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)體系中的一個(gè)大家族，經(jīng)過數(shù)十年來的研究和發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并且確認(rèn)了25種類型的膠原蛋白[1]。膠原是由3條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，并且每一條鏈都有一個(gè)典型的氨基酸序列，I型膠原蛋白的各級(jí)結(jié)構(gòu)共分為三種：一級(jí)結(jié)構(gòu)是組成膠原蛋白多肽鏈的氨基酸序列：二級(jí)結(jié)構(gòu)是指膠原蛋白分子由3條左手螺旋的多肽鏈組成；三級(jí)結(jié)構(gòu)是指這3條左手螺旋的多肽鏈相互纏繞形成一個(gè)在中心分子軸周圍的右手螺旋。較為完整的膠原蛋白分子的長度大約為280nm，直接大約為1.5nm；但是在I型膠原原纖維的二維結(jié)構(gòu)當(dāng)中，膠原分子是通過一個(gè)或者多個(gè)4D距離與另一個(gè)膠原分子交錯(cuò)，因?yàn)槟z原分子的長度大約是4.4D，所以膠原分子的交錯(cuò)引起約有0.4D的折疊區(qū)和大約0.6D的缺損區(qū)。

1 膠原蛋白的生物學(xué)性能

1.1 物理和生物力學(xué)性能 組織的物理性能隨著膠原蛋白纖維量和結(jié)構(gòu)變化而不同，膠原蛋白存在于特定的結(jié)構(gòu)部位，但是根據(jù)它們各自功能在不同的組織中以不同的構(gòu)型排列[2]。膠原蛋白在腱和韌帶中由于高抗拉強(qiáng)度的要求而以平行的方式進(jìn)行排列，皮膚中的纖維則以隨機(jī)的方式排列，進(jìn)而提供組織在壓力下的彈性。膠原蛋白的其它結(jié)構(gòu)，如眼睛晶狀體的透明性、耳朵的形成、鼻子的傾斜也是由膠原蛋白纖維提供的，軟骨是富含膠原蛋白的組織，在軟骨中的兩個(gè)主要生理功能是：維持形狀和提供關(guān)節(jié)軸承受面。

1.2 生理化學(xué)性能

1.2.1 靜電學(xué)性能 膠原分子大約有240個(gè)賴氨酸和精氨酸。這些基團(tuán)在生理?xiàng)l件下都帶有電荷，并且通過改變環(huán)境中的ph可以改變原纖維內(nèi)的靜電狀態(tài)。

1.2.2 離子和大分子結(jié)合性能 在自然狀態(tài)和生理?xiàng)l件下，膠原分子有大約60個(gè)自由羧基，而且這些基團(tuán)有結(jié)合陽離子的能力，然而離子結(jié)合的程度在易溶鹽（硫氰酸鉀）存在的情況下能夠大幅度的提高，它破壞了鹽鍵或者改變了pH偏離膠原的電點(diǎn)。

1.2.3 成纖維性能 天然的纖維在組織中常常以特定的順序組織起來，在生理?xiàng)l件下，膠原分子形成自然排列，通過改變分子之間的相互作用的狀態(tài)可以形成各種多晶型分子聚集體。

1.3 生物學(xué)性能

1.3.1 止血性能 天然膠原聚集體是一種很好的止血?jiǎng)鶕?jù)研究得出的普遍結(jié)論是血小板首先黏附于膠原蛋白的表面，誘導(dǎo)血小板釋放，然后在使血小板聚集最終產(chǎn)生止血栓。膠原的止血活性依賴于膠原聚集體的大小和分子的天然結(jié)構(gòu)，變性的膠原誘導(dǎo)止血是無效的。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明膠原蛋白能夠有效的誘導(dǎo)血小板聚集，并且與二磷酸腺苷進(jìn)行對(duì)比，膠原蛋白誘導(dǎo)不受初始劑量、濃度等因素的影響，表現(xiàn)迅速而且徹底。

1.3.2 細(xì)胞行為作用性能 膠原是形成器官和組織必不可少的構(gòu)造骨架，研究發(fā)現(xiàn)很多細(xì)胞如上皮和內(nèi)皮細(xì)胞滯留在膠原表面或者膠原基質(zhì)以內(nèi)，例如：許多結(jié)締組織細(xì)胞的基質(zhì)。在發(fā)育階段的兒童或者成人的傷口愈合和組織改型期間，膠原蛋白和細(xì)胞的相互作用是一個(gè)必不可少的特征，研究膠原細(xì)胞之間的相互作用對(duì)于開發(fā)模擬組織和器官結(jié)構(gòu)以及調(diào)查研究在體內(nèi)模擬系統(tǒng)中的細(xì)胞行為十分有用，并且很多研究的目的是在體外開發(fā)用于移植能夠生長發(fā)育的組織和器官。

1.3.3 細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)性能 細(xì)胞外基質(zhì)是由膠原蛋白、纖維連接蛋白、粘連蛋白、層粘連蛋白、硫酸肝素、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸等組成的，ECM和細(xì)胞支架有相互作用，這些作用可以將化學(xué)和機(jī)械信號(hào)通過細(xì)胞膜上的受體進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)、蛋白質(zhì)和其它細(xì)胞功能發(fā)生變化。在ECM與細(xì)胞膜成分之間的相互作用關(guān)系中，膠原蛋白能夠直接與細(xì)胞膜的受體作用或者間接與ECM中的糖蛋白或糖胺聚糖作用，而對(duì)細(xì)胞膜的受體施加影響進(jìn)而達(dá)到參與細(xì)胞行為的調(diào)控作用。

2 質(zhì)量控制

由于膠原蛋白產(chǎn)品的最終使用目的是臨床，因此為了確保臨床應(yīng)用的安全性和有效性，對(duì)其生產(chǎn)過程要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：①對(duì)膠原蛋白提取的原料進(jìn)行嚴(yán)格的控制，尤其是要重視動(dòng)物自身各種病毒、寄生微生物的檢驗(yàn)檢疫，以及原材料的處理徹底。②從生產(chǎn)上來進(jìn)行控制，在原膠蛋白的分離到純化過程里： a.要注意全部操作在低溫，潔凈廠房內(nèi)進(jìn)行，所有直接或者間接與制品接觸的物件及器具必須消毒，并且要避免在操作過程中帶入污染，尤其是熱原；b.對(duì)所有使用的任何化學(xué)試劑要做殘存量分析； c.階段是純化目標(biāo)蛋白。③對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量控制，膠原蛋白的制品不論形式其最終的產(chǎn)品都需要經(jīng)過滅菌的程序，必須認(rèn)真對(duì)待。針對(duì)最終的產(chǎn)品要選擇合適的滅菌方法，對(duì)于大規(guī)模的膠原蛋白制品而言，大規(guī)模生產(chǎn)中的常規(guī)滅菌方法主要有環(huán)氧乙烷滅菌法和除菌過濾法。為了能夠確保滅菌的切實(shí)效果，除了對(duì)最終的產(chǎn)品進(jìn)行無菌的監(jiān)測外，對(duì)滅菌的工藝和滅菌的設(shè)備也要進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證。

3 劑型與臨床應(yīng)用

3.1 膠原蛋白產(chǎn)品的劑型 用上述方法獲得的純膠原可以直接用于人體，也可以通過各種加工方式獲得特殊的臨床應(yīng)用價(jià)值的醫(yī)療裝置，因此針對(duì)臨床應(yīng)用的適宜性和可操作性，可以采用不同的加工工藝制備不同劑型的膠原蛋白產(chǎn)品，以膠原為基質(zhì)制成不同形狀的膠原蛋白基生物材料可以更加廣泛的用于臨床。當(dāng)前應(yīng)用較多的劑型有膜劑型、多孔基質(zhì)、凝膠劑型、溶液劑型和纖維狀劑型和復(fù)合劑型。

3.2 膠原蛋白的臨床應(yīng)用 海綿狀的膠原蛋白制品除了良好的組織形容性外，其海綿狀結(jié)構(gòu)還具有良好的滲水和吸水能力，局部止血應(yīng)用時(shí)可以起到很好的吸收出血的作用，膠原蛋白在局部加強(qiáng)了血小板的黏附于聚集，進(jìn)而啟動(dòng)了內(nèi)源性的凝血途徑，同時(shí)膠原蛋白對(duì)創(chuàng)面有很好的黏附性，一般情況下只需較短時(shí)間的壓迫就可以達(dá)到滿意的止血效果，使用起來十分方便。與其他的止血材料單純的止血作用相比，膠原蛋白在促進(jìn)組織再生和功能恢復(fù)方面有獨(dú)特的效果，對(duì)于創(chuàng)傷局部止血以后的愈合與恢復(fù)十分有利。下面以最常見和使用最廣泛的蛋白質(zhì)海綿為例，詳細(xì)介紹目前膠原蛋白海綿在各個(gè)臨床領(lǐng)域中的應(yīng)用情況：

普外科應(yīng)用：手術(shù)創(chuàng)傷必然會(huì)引起不同程度的出血和滲血，直接影響了手術(shù)的治療效果，手術(shù)中采用物理、機(jī)械或化學(xué)的止血方法均存在一定的局限性和副作用，而膠原蛋白類的止血敷料則是一種有益的補(bǔ)充，例如：膽囊切除手術(shù)、T管引流手術(shù)、闌尾切除手術(shù)、胃大部切除手術(shù)、肝葉切除手術(shù)、胰十二指腸切除術(shù)、左半或右半結(jié)腸切除手術(shù)、脾臟切除等相關(guān)手術(shù)均能獲得穩(wěn)定而滿意的止血效果。在大多數(shù)的手術(shù)操作中，一般應(yīng)用1～2片膠原蛋白海綿在切除的斷端或出血的局部短暫壓迫即可達(dá)到止血的目的。

口腔科應(yīng)用：最常見的是患者因?yàn)楦鞣N不同的牙齒或牙周組織病變需要拔除患牙，使用膠原蛋白海綿置入牙槽窩之后，能夠迅速的被血液所溶解，與牙槽窩緊密粘連在一起，達(dá)到了所設(shè)想的快速止血的效果，而且膠原蛋白海綿沒有異物反應(yīng)，降解速度也非常的快。

血管外科的應(yīng)用：對(duì)于動(dòng)脈瘤、血管瘤等，手術(shù)均是首選的治療方法，對(duì)于止血只需將膠原蛋白海綿裁成適當(dāng)?shù)男螤睿采w在出血處上并加以適當(dāng)?shù)膲浩群凸潭?。而且?duì)于血管瘤也有很好的止血作用。除了上述這些臨床應(yīng)用之外，膠原蛋白海綿作為一種局部止血的有效手段，還可應(yīng)用于許多臨床實(shí)踐當(dāng)中。

4 結(jié)論

綜上所述，膠原蛋白基生物材料的臨床應(yīng)用具有很大的市場發(fā)展空間和潛力，但要清醒地看到其本身存在的不足和缺陷。例如經(jīng)過制備后的膠原蛋白產(chǎn)品，其拉伸強(qiáng)度較弱；純膠原蛋白在體內(nèi)降解較快，以及存在潛在的抗原性等[3]。因此大家都在探索解決這些問題的方案，我們認(rèn)為可從以下2個(gè)方面考慮：①用化學(xué)或物理的方法對(duì)膠原蛋白進(jìn)行交聯(lián)或修飾，不僅能增強(qiáng)純化后天然膠原的性能，并且能提高和改善其它性能。②將膠原蛋白與其它生物材料復(fù)合，如其它蛋白質(zhì)、多糖類以及無機(jī)鹽或有機(jī)高分子生物材料等，不僅能改善膠原蛋白的各項(xiàng)性能，而且能拓寬膠原蛋白基生物材料的臨床應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]盧曉琳，胡勤剛.膠原蛋白在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].空腔醫(yī)學(xué)研究，2009，（12）：108-111.編輯/許言