膠原蛋白及其制品的研究

李清梅，李世財(cái)，劉亞林，張玲，王艷芳1

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生物反應(yīng)器與藥物開(kāi)發(fā)教育部工程研究中心，130033；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院，130033；3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，130033)

1.引言

膠原蛋白，又稱(chēng)膠原，是一種多糖蛋白,絲狀的蛋白纖維，能使皮膚保持結(jié)實(shí)而有彈性。含有少量的半乳糖和葡萄糖,是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的主要成分,呈白色,分子量為300ku。膠原蛋白由3 條a-鏈多肽組成,每一條膠原鏈都是左手螺旋構(gòu)型, 3條左手螺旋鏈相互纏繞成右手螺旋結(jié)構(gòu),形成膠原蛋白獨(dú)特的三重螺旋結(jié)構(gòu),使其分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。膠原蛋白中含有大量的甘氨酸。膠原蛋白中脯氨酸和羥脯氨酸的含量也特別高,是膠原蛋白質(zhì)的特有氨基酸,二者均占14%左右,而色氨酸、酪氨酸以及蛋氨酸等必需氨基酸含量低,因此,膠原蛋白屬于不完全蛋白質(zhì)。

膠原蛋白海綿，是一種多孔疏松的海綿狀結(jié)構(gòu)，一般具有良好的滲透和吸水能力。制備后的產(chǎn)品保持了蛋白質(zhì)的三股螺旋結(jié)構(gòu)，因而具有活性，是區(qū)別明膠產(chǎn)品的重要特征之一。膠原分子能夠激活內(nèi)源性凝血途徑，在使用時(shí)通過(guò)壓迫創(chuàng)面激活內(nèi)源性凝血，以達(dá)到止血效果典型的甘-X-Y 結(jié)構(gòu)（X、Y 分別代表脯氨酸和羥基脯氨酸），其中主要為羥基脯氨酸，而羥基脯氨酸是人體中唯一一種起修復(fù)作用的氨基酸，無(wú)抗原性，無(wú)免疫性，采用酶切技術(shù)和鈷60 滅菌工藝制備，純度高，生物相容性?xún)?yōu)異，可吸收性，可降解為氨基酸從而被人體所吸收網(wǎng)狀支架結(jié)構(gòu),具有良好的透氣性，海綿的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)肉芽組織生長(zhǎng)、加速傷口愈合。

2.膠原蛋白的分布

膠原蛋白，主要由成纖細(xì)胞或與其來(lái)源相類(lèi)似的細(xì)胞如成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞合成,生物體內(nèi)膠原的合成一般包括一系列的過(guò)程,首先在胞內(nèi)合成膠原蛋白分子形成前膠原,進(jìn)而在胞外進(jìn)一步聚合成膠原纖維和膠原束。存在于人體皮膚、骨骼、牙齒、肌腱等部位，主要生理機(jī)能是粘合結(jié)締組織。

3.膠原蛋白的生物學(xué)特性

膠原具有很強(qiáng)的生物活性和生物功能，能參與細(xì)胞的遷移、分化和增殖，使骨骼、肌腱、軟骨和皮膚具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。膠原因?yàn)槠漭^弱的抗原性和良好的生物相容性，在燒傷、創(chuàng)傷、眼角膜疾病、美容、矯形、硬組織修復(fù)、創(chuàng)面止血等醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域用途廣泛。

3.1 低免疫原性

膠原作為醫(yī)用生物材料，最重要的特點(diǎn)在于其低免疫原性。膠原有三種類(lèi)型的抗原分子，第一類(lèi)是膠原肽鏈非螺旋的端肽，第二類(lèi)是膠原的三股螺旋的構(gòu)象，第三類(lèi)是a 一鏈螺旋區(qū)的氨基酸順序。其中第二類(lèi)抗原因子僅存在于天然膠原分子中，第三類(lèi)只出現(xiàn)在變性膠原中，而第一類(lèi)抗原因子在天然和變性膠原中均存在。

3.2 生物相容性

生物相容性是指膠原與宿主細(xì)胞及組織之間良好的相互作用。無(wú)論是在被吸收前作為新組織的骨架，還是被吸收同化進(jìn)入宿主成為宿主的一部分，都與細(xì)胞周?chē)幕|(zhì)有著良好的相互作用，表現(xiàn)出相互影響的協(xié)調(diào)性，并成為細(xì)胞與組織正常生理功能整體的一部分。

3.3 可生物降解性

膠原能被特定的蛋白酶降解，即生物降解性。因膠原具有緊密牢固的螺旋結(jié)構(gòu)，所以絕大多數(shù)蛋白酶只能切斷其側(cè)鏈，只有特定的蛋白酶在特定的條件下才能降解膠原蛋白，膠原肽鍵才會(huì)斷裂。膠原的肽鍵一旦斷裂，其螺旋結(jié)構(gòu)隨即被破壞。斷裂的膠原多肽就被蛋白酶徹底水解。

4.膠原蛋白的理化特性

膠原蛋白質(zhì)是一種兩性電解質(zhì),這取決于兩個(gè)因素,其一,膠原每個(gè)肽鏈具有許多酸性或堿性的側(cè)基;其二,膠原每個(gè)肽鏈的兩端有A-羧基和A-氨基,這些基團(tuán)都具有接受或給予質(zhì)子的能力,這些可解離的基團(tuán)在特定的pH 值范圍內(nèi),解離產(chǎn)生正電荷。

5.膠原蛋白海綿的應(yīng)用

膠原蛋白海綿，由于其獨(dú)特的生物性能，目前已有大量的研究報(bào)道其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。

在止血方面的應(yīng)用，西北大學(xué)的馬茂博士首先對(duì)殼聚糖.類(lèi)人膠原蛋白止血海綿的理化性質(zhì)進(jìn)行觀察，并對(duì)殼聚糖.類(lèi)人膠原蛋白進(jìn)行的生物相容性實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容包括：血液相容性實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)、致敏實(shí)驗(yàn)、局部刺激實(shí)驗(yàn)、肝臟植埋實(shí)驗(yàn)、降解實(shí)驗(yàn)和致癌實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：殼聚糖一類(lèi)人膠原蛋白海綿不引起明顯溶血反應(yīng)、對(duì)血液中的紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板的功能無(wú)明顯影響，其具有良好的血液相容性；殼聚糖.類(lèi)人膠原蛋白海綿對(duì)豚鼠皮膚不產(chǎn)生致敏反應(yīng)、對(duì)兔皮膚無(wú)明顯刺激性；殼聚糖-類(lèi)人膠原蛋白海綿與明膠海綿比較，植入大鼠肝臟15 天后，通過(guò)光鏡及透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，明膠海綿可引起肝臟組織更嚴(yán)重的組織學(xué)及細(xì)胞學(xué)改變；因此，對(duì)殼聚糖.類(lèi)人膠原蛋白進(jìn)行的生物相容性研究發(fā)現(xiàn)，其具有良好的組織相容性和血液相容性。

在燒傷創(chuàng)面修復(fù)的臨床應(yīng)用，李遲等膠原蛋白海綿治療Ⅱ度燒傷創(chuàng)面的臨床療效研究，結(jié)果表明，膠原蛋白海綿對(duì)Ⅱ度燒傷創(chuàng)面的愈合具有較好的促進(jìn)作用,應(yīng)用過(guò)程中未見(jiàn)全身及局部過(guò)敏反應(yīng)及其他不良反應(yīng),是一種安全有效的創(chuàng)面覆蓋材料.陳曉東、袁即山等探討膠原蛋白海綿在不同類(lèi)型創(chuàng)面上有無(wú)促進(jìn)創(chuàng)面愈合的作用研究中，用膠原蛋白海綿敷貼于取皮區(qū)、Ⅱ度燒傷、慢性潰瘍創(chuàng)面上或填塞于壓瘡所致的竇道的底部為實(shí)驗(yàn)組,常規(guī)治療為對(duì)照組;觀察愈合的經(jīng)過(guò)、愈合的時(shí)間,并作組織病理學(xué)檢查，結(jié)果顯示膠原蛋白海綿對(duì)創(chuàng)面修復(fù)及愈合,加速肉芽組織的生長(zhǎng)、促進(jìn)慢性潰瘍和壓瘡創(chuàng)面生長(zhǎng)等方面均有顯著的作用.

在婦產(chǎn)科方面的應(yīng)用的研究，目前的報(bào)道也有很多，占敏美在Leep 術(shù)聯(lián)合膠原蛋白海綿治療宮頸重度糜爛的療效觀察的研究中表明，Leep 術(shù)聯(lián)合膠原蛋白海綿治療宮頸重度糜爛為較理想的方法；鄭青等對(duì)bFGF-膠原蛋白海綿對(duì)宮頸糜爛的治療作用研究，將bFGF-膠原蛋白海綿1 片貼敷于宮頸糜爛面，每3d 放置1 片，2～4 片為一療程。觀察糜爛面愈合情況。結(jié)果58 例患者均取得了顯效和痊愈的治療效果。輕度（100%）和中度（96.4%）糜爛痊愈率無(wú)明顯差異，但明顯高于重度（37：5%）糜爛，P〈0.01。證明bFGF-膠原蛋白海綿對(duì)宮頸糜爛有良好的治療效果。

隨著生物技術(shù)以及新材料的研制與開(kāi)發(fā)，膠原蛋白海綿這種醫(yī)療器械會(huì)應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，像普外科：胃腸道腫瘤手術(shù)創(chuàng)面、肝外傷手術(shù)、、肝切除創(chuàng)面、膽囊手術(shù)、肝門(mén)吻合外壁等；應(yīng)用于神經(jīng)外科：腦外傷、腦血腫、硬膜修復(fù)止血等；在婦產(chǎn)科中，像子宮肌瘤、卵巢癌等婦科腫瘤手術(shù)；宮頸炎、宮頸糜爛修復(fù)；剖腹產(chǎn)、臍帶、側(cè)切切口等；燒傷科(Ⅱ度燒燙傷面)；耳鼻喉(鼻竇手術(shù)、鼻腔鏡手術(shù)、耳膜手術(shù)等)；心胸外科，再生膜的應(yīng)用。

6.膠原蛋白海綿的發(fā)展趨勢(shì)

目前，藥物控制釋放載體是通過(guò)物理、化學(xué)等方法，使藥物在預(yù)定的時(shí)間按某一速度釋放于作用器官或特定靶組織，并使藥物濃度較長(zhǎng)時(shí)間維持在有效濃度內(nèi)的一類(lèi)制劑膠原蛋白在體內(nèi)具有良好的組織相容性，可被人體吸收親水性好，無(wú)毒和低免疫原性，其主要的抗原性來(lái)自于附著在分子末端的端肽，如用胃蛋白酶除去端肽，可以得到抗原性極低以致可忽略的膠原，可作為一種安全的藥物載體材料，目前人們將膠原制成制品，如薄膜、罩、海綿、凝膠、微丸、片劑、微球、微棒和納米微球等，用于作為抗生素類(lèi)固醇類(lèi)等藥物控制釋放的載體材料。具有廣闊大開(kāi)發(fā)前景。

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