胶原蛋白及其制品的研究

李清梅，李世财，刘亚林，张玲，王艳芳1

(1.吉林农业大学生物反应器与药物开发教育部工程研究中心，130033；2.吉林农业大学中药材学院，130033；3.吉林农业大学生命科学学院，130033)

1.引言

胶原蛋白，又称胶原，是一种多糖蛋白,丝状的蛋白纤维，能使皮肤保持结实而有弹性。含有少量的半乳糖和葡萄糖,是细胞外基质(ECM)的主要成分,呈白色,分子量为300ku。胶原蛋白由3 条a-链多肽组成,每一条胶原链都是左手螺旋构型, 3条左手螺旋链相互缠绕成右手螺旋结构,形成胶原蛋白独特的三重螺旋结构,使其分子结构非常稳定。胶原蛋白中含有大量的甘氨酸。胶原蛋白中脯氨酸和羟脯氨酸的含量也特别高,是胶原蛋白质的特有氨基酸,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,胶原蛋白属于不完全蛋白质。

胶原蛋白海绵，是一种多孔疏松的海绵状结构，一般具有良好的渗透和吸水能力。制备后的产品保持了蛋白质的三股螺旋结构，因而具有活性，是区别明胶产品的重要特征之一。胶原分子能够激活内源性凝血途径，在使用时通过压迫创面激活内源性凝血，以达到止血效果典型的甘-X-Y 结构（X、Y 分别代表脯氨酸和羟基脯氨酸），其中主要为羟基脯氨酸，而羟基脯氨酸是人体中唯一一种起修复作用的氨基酸，无抗原性，无免疫性，采用酶切技术和钴60 灭菌工艺制备，纯度高，生物相容性优异，可吸收性，可降解为氨基酸从而被人体所吸收网状支架结构,具有良好的透气性，海绵的网状结构能够促进肉芽组织生长、加速伤口愈合。

2.胶原蛋白的分布

胶原蛋白，主要由成纤细胞或与其来源相类似的细胞如成骨细胞、成软骨细胞合成,生物体内胶原的合成一般包括一系列的过程,首先在胞内合成胶原蛋白分子形成前胶原,进而在胞外进一步聚合成胶原纤维和胶原束。存在于人体皮肤、骨骼、牙齿、肌腱等部位，主要生理机能是粘合结缔组织。

3.胶原蛋白的生物学特性

胶原具有很强的生物活性和生物功能，能参与细胞的迁移、分化和增殖，使骨骼、肌腱、软骨和皮肤具有一定的机械强度。胶原因为其较弱的抗原性和良好的生物相容性，在烧伤、创伤、眼角膜疾病、美容、矫形、硬组织修复、创面止血等医药卫生领域用途广泛。

3.1 低免疫原性

胶原作为医用生物材料，最重要的特点在于其低免疫原性。胶原有三种类型的抗原分子，第一类是胶原肽链非螺旋的端肽，第二类是胶原的三股螺旋的构象，第三类是a 一链螺旋区的氨基酸顺序。其中第二类抗原因子仅存在于天然胶原分子中，第三类只出现在变性胶原中，而第一类抗原因子在天然和变性胶原中均存在。

3.2 生物相容性

生物相容性是指胶原与宿主细胞及组织之间良好的相互作用。无论是在被吸收前作为新组织的骨架，还是被吸收同化进入宿主成为宿主的一部分，都与细胞周围的基质有着良好的相互作用，表现出相互影响的协调性，并成为细胞与组织正常生理功能整体的一部分。

3.3 可生物降解性

胶原能被特定的蛋白酶降解，即生物降解性。因胶原具有紧密牢固的螺旋结构，所以绝大多数蛋白酶只能切断其侧链，只有特定的蛋白酶在特定的条件下才能降解胶原蛋白，胶原肽键才会断裂。胶原的肽键一旦断裂，其螺旋结构随即被破坏。断裂的胶原多肽就被蛋白酶彻底水解。

4.胶原蛋白的理化特性

胶原蛋白质是一种两性电解质,这取决于两个因素,其一,胶原每个肽链具有许多酸性或碱性的侧基;其二,胶原每个肽链的两端有A-羧基和A-氨基,这些基团都具有接受或给予质子的能力,这些可解离的基团在特定的pH 值范围内,解离产生正电荷。

5.胶原蛋白海绵的应用

胶原蛋白海绵，由于其独特的生物性能，目前已有大量的研究报道其在很多领域的应用。

在止血方面的应用，西北大学的马茂博士首先对壳聚糖.类人胶原蛋白止血海绵的理化性质进行观察，并对壳聚糖.类人胶原蛋白进行的生物相容性实验研究内容包括：血液相容性实验、细胞毒性实验、致敏实验、局部刺激实验、肝脏植埋实验、降解实验和致癌实验。实验结果显示：壳聚糖一类人胶原蛋白海绵不引起明显溶血反应、对血液中的红细胞、白细胞和血小板的功能无明显影响，其具有良好的血液相容性；壳聚糖.类人胶原蛋白海绵对豚鼠皮肤不产生致敏反应、对兔皮肤无明显刺激性；壳聚糖-类人胶原蛋白海绵与明胶海绵比较，植入大鼠肝脏15 天后，通过光镜及透射电镜观察发现，明胶海绵可引起肝脏组织更严重的组织学及细胞学改变；因此，对壳聚糖.类人胶原蛋白进行的生物相容性研究发现，其具有良好的组织相容性和血液相容性。

在烧伤创面修复的临床应用，李迟等胶原蛋白海绵治疗Ⅱ度烧伤创面的临床疗效研究，结果表明，胶原蛋白海绵对Ⅱ度烧伤创面的愈合具有较好的促进作用,应用过程中未见全身及局部过敏反应及其他不良反应,是一种安全有效的创面覆盖材料.陈晓东、袁即山等探讨胶原蛋白海绵在不同类型创面上有无促进创面愈合的作用研究中，用胶原蛋白海绵敷贴于取皮区、Ⅱ度烧伤、慢性溃疡创面上或填塞于压疮所致的窦道的底部为实验组,常规治疗为对照组;观察愈合的经过、愈合的时间,并作组织病理学检查，结果显示胶原蛋白海绵对创面修复及愈合,加速肉芽组织的生长、促进慢性溃疡和压疮创面生长等方面均有显著的作用.

在妇产科方面的应用的研究，目前的报道也有很多，占敏美在Leep 术联合胶原蛋白海绵治疗宫颈重度糜烂的疗效观察的研究中表明，Leep 术联合胶原蛋白海绵治疗宫颈重度糜烂为较理想的方法；郑青等对bFGF-胶原蛋白海绵对宫颈糜烂的治疗作用研究，将bFGF-胶原蛋白海绵1 片贴敷于宫颈糜烂面，每3d 放置1 片，2～4 片为一疗程。观察糜烂面愈合情况。结果58 例患者均取得了显效和痊愈的治疗效果。轻度（100%）和中度（96.4%）糜烂痊愈率无明显差异，但明显高于重度（37：5%）糜烂，P〈0.01。证明bFGF-胶原蛋白海绵对宫颈糜烂有良好的治疗效果。

随着生物技术以及新材料的研制与开发，胶原蛋白海绵这种医疗器械会应用到更多的领域，像普外科：胃肠道肿瘤手术创面、肝外伤手术、、肝切除创面、胆囊手术、肝门吻合外壁等；应用于神经外科：脑外伤、脑血肿、硬膜修复止血等；在妇产科中，像子宫肌瘤、卵巢癌等妇科肿瘤手术；宫颈炎、宫颈糜烂修复；剖腹产、脐带、侧切切口等；烧伤科(Ⅱ度烧烫伤面)；耳鼻喉(鼻窦手术、鼻腔镜手术、耳膜手术等)；心胸外科，再生膜的应用。

6.胶原蛋白海绵的发展趋势

目前，药物控制释放载体是通过物理、化学等方法，使药物在预定的时间按某一速度释放于作用器官或特定靶组织，并使药物浓度较长时间维持在有效浓度内的一类制剂胶原蛋白在体内具有良好的组织相容性，可被人体吸收亲水性好，无毒和低免疫原性，其主要的抗原性来自于附着在分子末端的端肽，如用胃蛋白酶除去端肽，可以得到抗原性极低以致可忽略的胶原，可作为一种安全的药物载体材料，目前人们将胶原制成制品，如薄膜、罩、海绵、凝胶、微丸、片剂、微球、微棒和纳米微球等，用于作为抗生素类固醇类等药物控制释放的载体材料。具有广阔大开发前景。

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