水產(chǎn)動物源膠原蛋白在醫(yī)用敷料方向應(yīng)用的研究進(jìn)展

吳 鋼

(廈門醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)技術(shù)系，福建 廈門 361023)

膠原蛋白是一種生物大分子，種類十分豐富，目前常見的類型有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、V型和Ⅺ型，被廣泛用于食品、化妝品、生物醫(yī)藥和醫(yī)療等領(lǐng)域[1]。

水產(chǎn)動物是生產(chǎn)膠原蛋白的重要來源，其體內(nèi)的膠原蛋白含量顯著高于陸生生物。Ⅰ型膠原蛋白在水產(chǎn)動物源膠原蛋白中最為常見，也是水產(chǎn)品加工廢棄物(皮、骨和鱗)中含量最多的蛋白質(zhì)[2]。Ⅰ型膠原蛋白具有優(yōu)異的生物相容性、生物降解性和微弱的抗原性，不僅能激活動物體內(nèi)凝血因子，有利于促進(jìn)凝血，還能作為成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長基質(zhì)，有利于細(xì)胞增殖，加快損傷組織的愈合。

我國是水產(chǎn)品加工貿(mào)易大國，從水產(chǎn)品加工廢棄物中提取膠原蛋白，一方面促進(jìn)了水產(chǎn)加工廢棄物的綜合利用，另一方面還減少了其對環(huán)境的污染。而且水產(chǎn)動物源膠原蛋白具有優(yōu)異的促進(jìn)傷口愈合的功能，因此利用水產(chǎn)動物源膠原蛋白開發(fā)醫(yī)用敷料，具有很好的應(yīng)用前景。

目前還鮮見關(guān)于水產(chǎn)動物源膠原蛋白在醫(yī)用敷料方向的應(yīng)用綜述，因此，本綜述旨在討論近年來水產(chǎn)動物源膠原蛋白在醫(yī)用敷料方向的研究進(jìn)展。

1 醫(yī)用敷料分類

根據(jù)材質(zhì)的不同，醫(yī)用敷料可分為傳統(tǒng)類敷料、藥用性敷料、合成類敷料、組織工程類敷料和天然類敷料[3]。

傳統(tǒng)類敷料較為常見，如紗布、棉墊以及紗布復(fù)合材料。但傳統(tǒng)類敷料的短板日益凸顯，比如止血效果不佳、無法保持濕潤、滲透性差、抗感染能力弱等[4]，另外，在去除傳統(tǒng)類敷料時還易發(fā)生皮膚粘連，破壞新形成的上皮細(xì)胞，引起出血，很大程度影響了傷口的痊愈，因而市場對其他類型敷料的期望和呼聲日漸高漲。但是因價格低廉、制備簡單、產(chǎn)業(yè)成熟等原因，傳統(tǒng)類敷料在醫(yī)療中依然占據(jù)著主要地位。

藥用性敷料是將具有療效的藥物浸漬或涂布在敷料上，從而達(dá)到止血止痛、消炎、促進(jìn)新生肉芽組織及上皮細(xì)胞生長、加速傷口愈合等目的的一類敷料，例如軟膏類敷料、消毒敷料、中藥敷料等。

合成類敷料是以聚乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚四氟乙烯、聚氨酯和聚乙烯醇等高分子化合物為材料，制成薄膜、泡沫、水膠、水凝膠等類型的醫(yī)用敷料，根據(jù)材料自身特點(diǎn)，可適用于不同場合，例如輕度的燒傷、潰瘍創(chuàng)面、手術(shù)后切口、手術(shù)止血等。

組織工程類敷料的原理是基于細(xì)胞生物學(xué)、材料科學(xué)等交叉學(xué)科知識，利用具有良好生物相容性、可被人體吸收等特點(diǎn)的生物材料，在體外培養(yǎng)表皮細(xì)胞或成纖維細(xì)胞，再將該組織工程類敷料植入要修復(fù)的皮膚損傷處，待生物材料逐漸被降解和吸收后，細(xì)胞在皮膚中不斷增殖，最終形成相應(yīng)的組織，從而達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷的目的。

天然類敷料是用殼聚糖、海藻酸鹽、明膠、動物皮、膠原蛋白等原料中的一種或幾種共同合成，敷料原材料從天然動植物中加工提取而來，具有來源廣泛、成本低、安全性高等特點(diǎn)。膠原敷料是天然類敷料中的一種，抗原性較弱且來源豐富。在膠原敷料的材料來源中，水產(chǎn)動物源膠原蛋白比陸源哺乳動物源膠原蛋白更有優(yōu)勢。水產(chǎn)動物源膠原蛋白本身具有很好的生物相容性、低免疫原性、可降解性、可吸收性，以及促進(jìn)細(xì)胞生長、止血等多種優(yōu)點(diǎn)[5]，而且沒有陸源哺乳動物源膠原蛋白攜帶動物疾病和病原體的風(fēng)險，安全性高，同時具有較好的化學(xué)和物理耐久性，因此其十分適用于醫(yī)用敷料[6]。

2 水產(chǎn)動物源的膠原蛋白在醫(yī)用敷料方向的研究

研究人員從不同水產(chǎn)動物的部位中提取膠原蛋白，并將其應(yīng)用于醫(yī)用敷料研究。從形態(tài)上，利用水產(chǎn)動物源膠原蛋白制備的醫(yī)用敷料可分為海綿型、水凝膠型、其他型。

2.1 海綿型水產(chǎn)動物源膠原蛋白醫(yī)用敷料

海綿型水產(chǎn)動物源膠原蛋白敷料主要是通過凍干工藝制備得來，在真空條件下將膠原溶液中的水分子直接升華，使膠原蛋白繼續(xù)保持分子構(gòu)象，保留生物活性，從而得到多孔結(jié)構(gòu)的海綿型膠原蛋白敷料[7]。

Sun L L等[8]以尼羅羅非魚皮為原料，制備1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽[1-ethyl-3-(3-dimethy-laminopropyl)carbodiimide，EDC]/N-羥基丁二酰亞胺(N-hydroxysuccinimide，NHS)交聯(lián)膠原蛋白海綿。在體外采用急性全身毒性實(shí)驗(yàn)、皮膚刺激實(shí)驗(yàn)、皮內(nèi)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)、致敏實(shí)驗(yàn)、凝血實(shí)驗(yàn)，以及在體內(nèi)采用肝和股動脈出血模型評價該海綿的生物相容性和止血效果。實(shí)驗(yàn)表明，EDC/NHS交聯(lián)前后的膠原海綿都具有良好的生物相容性，噻唑藍(lán)[3-(4，5-dimethylthiazol-2-yl)-2，5-diphenyltetrazolium bromide，MTT]還原實(shí)驗(yàn)顯示交聯(lián)后海綿提高了成纖維細(xì)胞的活力和促進(jìn)了其增殖，同時，交聯(lián)海綿在大鼠股動脈出血模型中表現(xiàn)出較好的凝血能力和止血效果。最終得出結(jié)論，制備出的交聯(lián)膠原海綿可作為理想的止血敷料。

仇雷雷[9]從越前水母傘蓋組織中提取水母膠原蛋白，并以此為原材料制備了三種敷料，分別為水母膠原蛋白敷料(Jellyfish collagen dressing，JCD)、交聯(lián)的水母膠原蛋白敷料(Crosslinked jellyfish collagen dressing，CJCD)、水母膠原蛋白-殼聚糖復(fù)合敷料(Collagen/chitosan dressing，CCD)。采用體外凝血指數(shù)(Blood clotting index，BCI)實(shí)驗(yàn)、血小板粘附實(shí)驗(yàn)來檢測敷料的止血性能，以及血小板-內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子(Platelet endothelial cell adhesion molecule-1，PECAM-1/CD31)免疫組化分析、轉(zhuǎn)化生長因子-β(Transforming growth factor-β，TGF-β)免疫組化分析來測試敷料的促愈合性能。實(shí)驗(yàn)表明，CJCD具有較好的止血能力；CJCD和CCD能在傷口愈合的早期促進(jìn)新生血管的生成和生長，提高轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β的表達(dá)率，說明CJCD和CCD能夠在傷口愈合的早期發(fā)揮積極作用。結(jié)果也說明交聯(lián)水母膠原蛋白敷料(CJCD)和復(fù)合敷料(CCD)均具有促進(jìn)傷口愈合的功效，在促愈合醫(yī)用敷料方面具有應(yīng)用前景。

Widdowson J P等[10]分別將水母膠原蛋白海綿植入大鼠皮下，采用半定量評分系統(tǒng)評估海蜇膠原蛋白海綿的生物相容性。在整個實(shí)驗(yàn)中，所有的動物都有明顯的恢復(fù)，其中水母膠原蛋白樣本JEL#01(交聯(lián))和JEL#02(未交聯(lián))從研究開始到結(jié)束都顯示出明顯較好的組織病理學(xué)評價，且表現(xiàn)出良好的生物相容性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水母膠原蛋白是一種很有潛力的醫(yī)用生物材料。

Pal P等[11]從印度鯪魚鱗中分離出酸溶性膠原(Acid-soluble collagen，ASC)和胃蛋白酶溶性膠原(Pepsin-soluble collagen，PSC)，凍干后制成膠原蛋白海綿，通過體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，膠原蛋白海綿能有效提高細(xì)胞的生長和增殖能力；其與成纖維細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞共培養(yǎng)后，在體外可見表皮層分化。在大鼠模型中，膠原蛋白海綿可促進(jìn)創(chuàng)面愈合、再生上皮和體內(nèi)真皮重建，表明從印度鯪魚鱗中提取的膠原蛋白制成的膠原海綿有希望作為皮膚替代物。

Shen X R等[12]將鯊魚皮膚膠原蛋白制成膠原蛋白海綿，并將膠原蛋白海綿與抗海水浸漬的聚氨酯膜結(jié)合，制成一種新型敷料。采用大鼠海水浸泡模型研究了膠原蛋白海綿和新型敷料對海水浸泡創(chuàng)面愈合的影響。結(jié)果表明新型敷料有效保護(hù)了被海水浸泡過4 h的創(chuàng)面，并在創(chuàng)面愈合早期加速再上皮化、血管化和肉芽形成，顯著促進(jìn)了創(chuàng)面愈合。膠原蛋白海綿和新型敷料的效果均優(yōu)于殼聚糖和紗布敷料。

Cao H等[13]利用鰱魚皮制作了含有纖維母細(xì)胞生長因子- 聚乳酸[Poly(lactide-co-glycolide)，PLGA]微球的膠原/殼聚糖/硫酸軟骨素海綿狀支架，將其用于控制生長因子的傳遞和傷口愈合。微球均勻分布在多孔的海綿狀支架中，且通過控制微球的大小和膠原/殼聚糖的比例可以調(diào)節(jié)生長因子的釋放速率，此外，生長因子也保留了原有的結(jié)構(gòu)和生物活性。支架和微球表現(xiàn)出良好的生物相容性，其促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和皮膚組織再生的能力優(yōu)于無微球的支架。支架/微球作為一種控釋系統(tǒng)在皮膚組織工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 水凝膠型水產(chǎn)動物源膠原蛋白醫(yī)用敷料

水凝膠型水產(chǎn)動物源膠原蛋白醫(yī)用敷料的制備原理是通過高聚物或共聚物吸收大量水分子形成溶脹交聯(lián)狀的半固體。水凝膠型醫(yī)用敷料含水比例高，對低分子物質(zhì)具有良好的透過性，也具有優(yōu)良的生物相容性，具備藥物緩釋性能[14]。

Ge B S等[15]從羅非魚皮中提取胃蛋白酶溶性膠原(Pepsin-soluble collagen，PSC)，并制備膠原水凝膠，經(jīng)過皮膚修復(fù)實(shí)驗(yàn)和病理分析，結(jié)果表明膠原水凝膠創(chuàng)面敷料能顯著加速深二度燒傷創(chuàng)面的愈合和新皮膚附件的生成，說明羅非魚皮膚膠原蛋白水凝膠敷料可開發(fā)為用于治療深度燒傷創(chuàng)面的新型有效創(chuàng)面敷料。

宋文山等[16]利用魚皮膠原蛋白、殼聚糖復(fù)配于海藻酸鈉，制成水凝膠敷料，其具備作為創(chuàng)面敷料的物理特性(良好的吸濕保濕效果和機(jī)械性能)，在通過大白兔背部淺Ⅱ度燒燙傷模型實(shí)驗(yàn)中，與市售其他創(chuàng)口敷料對比，證實(shí)魚皮膠原蛋白、殼聚糖復(fù)配海藻酸鈉水凝膠敷料的促愈效果最好，且沒有出現(xiàn)明顯的炎癥、粘連、疤痕等現(xiàn)象，能有效縮短愈合周期，消除傷口炎癥，抑制瘢痕生成。

Feng X L等[17]研發(fā)了一種以海洋魚鱗為原料、由胺化膠原蛋白(Aminated collagen，AC)、氧化海藻酸鈉(Oxidized sodium alginate，OSA)和抗菌肽(多粘菌素B硫酸鹽和桿菌肽)組成的混合水凝膠，以促進(jìn)全層傷口愈合。交聯(lián)水凝膠由席夫堿反應(yīng)而形成，沒有任何催化劑和其他程序。結(jié)果表明，該混合水凝膠能有效抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的存活，并能促進(jìn)細(xì)胞生長和血管生成。此外，水凝膠可以通過加速再上皮化、膠原沉積和血管生成來促進(jìn)大鼠模型的全層傷口愈合。研究表明，該復(fù)合水凝膠在傷口愈合領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，這將促進(jìn)在水產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的海洋魚類資源副產(chǎn)物的綜合利用。

Pathan I B等[18]成功制備了姜黃素納米乳液負(fù)載魚鱗膠原(Fish scale collagen，F(xiàn)SC)-羥丙基甲基纖維素(Hydroxypropyl methyl cellulose，HPMC)納米凝膠，并將其應(yīng)用于皮膚科。體外滲透實(shí)驗(yàn)表明，與其他制劑相比，納米凝膠的釋放時間延長。體內(nèi)研究表明，與其他配方相比，納米凝膠的傷口收縮值更高；并通過皮膚刺激研究和穩(wěn)定性研究表明，姜黃素納米乳液負(fù)載FSC-HPMC納米凝膠在創(chuàng)面愈合方面具有良好的應(yīng)用前景和安全性。

2.3 其他型水產(chǎn)動物源膠原蛋白醫(yī)用敷料

許多研究人員通過靜電紡絲等技術(shù)，獲得了與海綿型和水凝膠型不同形態(tài)的醫(yī)用敷料，并深入探究其對創(chuàng)口的促愈效果。

Zhou T等[19]通過靜電紡絲技術(shù)，利用羅非魚皮開發(fā)了一種復(fù)合型膠原蛋白(Collagen，Col)/生物活性玻璃(Bioactive glass，BG)納米纖維。Col/BG納米纖維不僅具有良好的拉伸強(qiáng)度，而且具有釋放生物活性離子的能力，提高了抗菌活性和誘導(dǎo)皮膚再生的能力。Col/BG納米纖維容易獲得，而且價格低廉，因此，其具有作為功能性傷口敷料使用的潛力。

高凱麗[20]從羅非魚皮中提取膠原蛋白，并利用靜電紡絲技術(shù)制備出膠原蛋白靜電紡絲膜。在大鼠皮膚傷口實(shí)驗(yàn)中，膠原蛋白靜電紡絲膜減少了傷口的炎癥發(fā)生，對新血管的形成了具有積極的影響，能夠誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖、膠原合成、肉芽組織和上皮形成，提高了SD大鼠皮膚傷口的愈合速度和愈合質(zhì)量。

Kumar V等[21]以羅湖鯉(Labeorohita)魚鰾為原料，制得富含膠原的脫細(xì)胞魚鰾基質(zhì)，與1，4-丁二醇二縮水甘油醚進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，制備成具有雙層支架結(jié)構(gòu)的敷料。將敷料用于動物實(shí)驗(yàn)，連續(xù)觀察3周，在創(chuàng)面愈合過程中，無動物感染死亡，也不見化膿性炎癥，敷料與傷口相容性好，而且敷料降解后，新生表皮中有新血管的生成；經(jīng)檢測和對照，總免疫球蛋白G(Immunoglobulin G，IgG)免疫應(yīng)答反應(yīng)降低，說明交聯(lián)處理后的魚鰾膠原敷料十分適合作為醫(yī)用敷料。

Rethinam S等[22]用藍(lán)鰭鲹(Caranxmelampygus)的魚骨提取膠原蛋白，并復(fù)配克氏兔頭鲀(Lagocephalusgloveri)的魚皮明膠和烏賊的墨汁制備出生物相容性高分子生物支架(Biocompatible polymeric bio-scaffold，BPBS)(圖1)。通過抗菌活性實(shí)驗(yàn)、體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)、組織學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明，BPBS具有較好的力學(xué)性能，表面光滑，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有明顯的抑菌性能；與對照組相比，BPBS對實(shí)驗(yàn)小鼠具有良好的創(chuàng)面愈合性能，顯示出良好的生物相容性。結(jié)果表明，BPBS可作為一種較好的傷口愈合材料。

3 未來的研究方向

3.1 進(jìn)一步驗(yàn)證臨床應(yīng)用效果

水產(chǎn)動物源膠原蛋白沒有陸源哺乳動物膠原蛋白攜帶動物疾病和病原體的風(fēng)險，具有更高的安全性，但現(xiàn)階段市場化的膠原蛋白醫(yī)用敷料多數(shù)是以陸源哺乳動物膠原蛋白為原料，以水產(chǎn)動物源膠原蛋白制備醫(yī)用敷料還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段[23]，研究實(shí)驗(yàn)對象主要是大鼠和小鼠，很少有以人為對象的臨床應(yīng)用研究，所以需要增加臨床應(yīng)用研究以評估水產(chǎn)動物源膠原蛋白醫(yī)用敷料的臨床應(yīng)用效果。

3.2 促進(jìn)膠原蛋白提取工藝產(chǎn)業(yè)化

膠原蛋白的提取工藝中，常用熱水提取法、酸浸提法、堿提法、酶法、中性鹽提法等工藝來獲得膠原蛋白，但各種方法都存在一定的不足[24]。例如，熱水提取法會對膠原蛋白的三螺旋結(jié)構(gòu)造成破壞，使其失去分子活性；酸、堿法腐蝕性強(qiáng)，且易造成環(huán)境污染；而酶法中使用的試劑貴、成本高，不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；中性鹽提法工藝不穩(wěn)定[23]。如何使從水產(chǎn)動物中提取膠原蛋白的生產(chǎn)過程簡便化、環(huán)?；?，提高產(chǎn)品品質(zhì)的同時降低生產(chǎn)成本，還需要進(jìn)一步研究并實(shí)踐。

3.3 進(jìn)一步提升醫(yī)用敷料的品質(zhì)

除了關(guān)注水產(chǎn)動物源膠原蛋白醫(yī)用敷料的促愈合效果，還要關(guān)注敷料本身的品質(zhì)，例如水產(chǎn)動物源膠原蛋白的熱變性溫度比陸源哺乳動物低[25]，可能會影響醫(yī)用敷料在實(shí)際使用中的治療效果。另外，醫(yī)用敷料需要具備一定的力學(xué)性能，防止身體的機(jī)械運(yùn)動導(dǎo)致敷料破裂，有部分研究人員使用化學(xué)交聯(lián)法提高產(chǎn)品的力學(xué)性能，有可能會因此出現(xiàn)化學(xué)殘留的問題[26]。因此，需要將敷料的自身品質(zhì)進(jìn)一步優(yōu)化。

3.4 研究智能敷料

智能敷料是指將電子傳感器加入醫(yī)用敷料，不僅可以達(dá)到促進(jìn)傷口愈合的療效，還可以監(jiān)控傷口表層的數(shù)據(jù)(如pH、濕度、溫度、微生物情況等)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療智能化的高科技產(chǎn)品[27]。為了實(shí)現(xiàn)未來智能敷料擁有更好的療效、數(shù)據(jù)反饋的靈敏性和準(zhǔn)確性，還需在皮膚的愈合機(jī)理、搭載活性因子、配套的電子傳感器等領(lǐng)域進(jìn)行深入研究。

4 總結(jié)與展望

水產(chǎn)動物源膠原蛋白在促進(jìn)傷口愈合方面展現(xiàn)出積極的影響，水產(chǎn)動物源膠原蛋白醫(yī)用敷料在動物實(shí)驗(yàn)中均取得良好的效果。除了制成醫(yī)用敷料外，研究人員還將水產(chǎn)動物源膠原蛋白水解成膠原蛋白肽，在動物實(shí)驗(yàn)中(灌胃[28-30]、外用[31-32])發(fā)現(xiàn)水產(chǎn)動物源膠原蛋白肽也能加速動物傷口的愈合。

我國是漁業(yè)產(chǎn)量大國，約占世界漁業(yè)產(chǎn)量的四分之一；也是水產(chǎn)品加工貿(mào)易大國，水產(chǎn)品加工過程中的副產(chǎn)物是優(yōu)良的膠原蛋白的來源[33]。利用好水產(chǎn)品加工副產(chǎn)物，開拓國內(nèi)水產(chǎn)動物源膠原蛋白市場，有助于挖掘水產(chǎn)品加工副產(chǎn)物的巨大經(jīng)濟(jì)潛力。除了對水產(chǎn)動物源膠原蛋白進(jìn)行深入研究，還需要將研究成果投入到實(shí)際應(yīng)用中，形成產(chǎn)業(yè)化，最終實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)動物源膠原蛋白整體產(chǎn)業(yè)質(zhì)的飛躍。