水产动物源胶原蛋白在医用敷料方向应用的研究进展

吴 钢

(厦门医学院公共卫生与医学技术系，福建 厦门 361023)

胶原蛋白是一种生物大分子，种类十分丰富，目前常见的类型有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、V型和Ⅺ型，被广泛用于食品、化妆品、生物医药和医疗等领域[1]。

水产动物是生产胶原蛋白的重要来源，其体内的胶原蛋白含量显著高于陆生生物。Ⅰ型胶原蛋白在水产动物源胶原蛋白中最为常见，也是水产品加工废弃物(皮、骨和鳞)中含量最多的蛋白质[2]。Ⅰ型胶原蛋白具有优异的生物相容性、生物降解性和微弱的抗原性，不仅能激活动物体内凝血因子，有利于促进凝血，还能作为成纤维细胞、血管内皮细胞的生长基质，有利于细胞增殖，加快损伤组织的愈合。

我国是水产品加工贸易大国，从水产品加工废弃物中提取胶原蛋白，一方面促进了水产加工废弃物的综合利用，另一方面还减少了其对环境的污染。而且水产动物源胶原蛋白具有优异的促进伤口愈合的功能，因此利用水产动物源胶原蛋白开发医用敷料，具有很好的应用前景。

目前还鲜见关于水产动物源胶原蛋白在医用敷料方向的应用综述，因此，本综述旨在讨论近年来水产动物源胶原蛋白在医用敷料方向的研究进展。

1 医用敷料分类

根据材质的不同，医用敷料可分为传统类敷料、药用性敷料、合成类敷料、组织工程类敷料和天然类敷料[3]。

传统类敷料较为常见，如纱布、棉垫以及纱布复合材料。但传统类敷料的短板日益凸显，比如止血效果不佳、无法保持湿润、渗透性差、抗感染能力弱等[4]，另外，在去除传统类敷料时还易发生皮肤粘连，破坏新形成的上皮细胞，引起出血，很大程度影响了伤口的痊愈，因而市场对其他类型敷料的期望和呼声日渐高涨。但是因价格低廉、制备简单、产业成熟等原因，传统类敷料在医疗中依然占据着主要地位。

药用性敷料是将具有疗效的药物浸渍或涂布在敷料上，从而达到止血止痛、消炎、促进新生肉芽组织及上皮细胞生长、加速伤口愈合等目的的一类敷料，例如软膏类敷料、消毒敷料、中药敷料等。

合成类敷料是以聚乙烯、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为材料，制成薄膜、泡沫、水胶、水凝胶等类型的医用敷料，根据材料自身特点，可适用于不同场合，例如轻度的烧伤、溃疡创面、手术后切口、手术止血等。

组织工程类敷料的原理是基于细胞生物学、材料科学等交叉学科知识，利用具有良好生物相容性、可被人体吸收等特点的生物材料，在体外培养表皮细胞或成纤维细胞，再将该组织工程类敷料植入要修复的皮肤损伤处，待生物材料逐渐被降解和吸收后，细胞在皮肤中不断增殖，最终形成相应的组织，从而达到修复创伤的目的。

天然类敷料是用壳聚糖、海藻酸盐、明胶、动物皮、胶原蛋白等原料中的一种或几种共同合成，敷料原材料从天然动植物中加工提取而来，具有来源广泛、成本低、安全性高等特点。胶原敷料是天然类敷料中的一种，抗原性较弱且来源丰富。在胶原敷料的材料来源中，水产动物源胶原蛋白比陆源哺乳动物源胶原蛋白更有优势。水产动物源胶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，以及促进细胞生长、止血等多种优点[5]，而且没有陆源哺乳动物源胶原蛋白携带动物疾病和病原体的风险，安全性高，同时具有较好的化学和物理耐久性，因此其十分适用于医用敷料[6]。

2 水产动物源的胶原蛋白在医用敷料方向的研究

研究人员从不同水产动物的部位中提取胶原蛋白，并将其应用于医用敷料研究。从形态上，利用水产动物源胶原蛋白制备的医用敷料可分为海绵型、水凝胶型、其他型。

2.1 海绵型水产动物源胶原蛋白医用敷料

海绵型水产动物源胶原蛋白敷料主要是通过冻干工艺制备得来，在真空条件下将胶原溶液中的水分子直接升华，使胶原蛋白继续保持分子构象，保留生物活性，从而得到多孔结构的海绵型胶原蛋白敷料[7]。

Sun L L等[8]以尼罗罗非鱼皮为原料，制备1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐[1-ethyl-3-(3-dimethy-laminopropyl)carbodiimide，EDC]/N-羟基丁二酰亚胺(N-hydroxysuccinimide，NHS)交联胶原蛋白海绵。在体外采用急性全身毒性实验、皮肤刺激实验、皮内反应实验、细胞毒性实验、致敏实验、凝血实验，以及在体内采用肝和股动脉出血模型评价该海绵的生物相容性和止血效果。实验表明，EDC/NHS交联前后的胶原海绵都具有良好的生物相容性，噻唑蓝[3-(4，5-dimethylthiazol-2-yl)-2，5-diphenyltetrazolium bromide，MTT]还原实验显示交联后海绵提高了成纤维细胞的活力和促进了其增殖，同时，交联海绵在大鼠股动脉出血模型中表现出较好的凝血能力和止血效果。最终得出结论，制备出的交联胶原海绵可作为理想的止血敷料。

仇雷雷[9]从越前水母伞盖组织中提取水母胶原蛋白，并以此为原材料制备了三种敷料，分别为水母胶原蛋白敷料(Jellyfish collagen dressing，JCD)、交联的水母胶原蛋白敷料(Crosslinked jellyfish collagen dressing，CJCD)、水母胶原蛋白-壳聚糖复合敷料(Collagen/chitosan dressing，CCD)。采用体外凝血指数(Blood clotting index，BCI)实验、血小板粘附实验来检测敷料的止血性能，以及血小板-内皮细胞黏附分子(Platelet endothelial cell adhesion molecule-1，PECAM-1/CD31)免疫组化分析、转化生长因子-β(Transforming growth factor-β，TGF-β)免疫组化分析来测试敷料的促愈合性能。实验表明，CJCD具有较好的止血能力；CJCD和CCD能在伤口愈合的早期促进新生血管的生成和生长，提高转化生长因子TGF-β的表达率，说明CJCD和CCD能够在伤口愈合的早期发挥积极作用。结果也说明交联水母胶原蛋白敷料(CJCD)和复合敷料(CCD)均具有促进伤口愈合的功效，在促愈合医用敷料方面具有应用前景。

Widdowson J P等[10]分别将水母胶原蛋白海绵植入大鼠皮下，采用半定量评分系统评估海蜇胶原蛋白海绵的生物相容性。在整个实验中，所有的动物都有明显的恢复，其中水母胶原蛋白样本JEL#01(交联)和JEL#02(未交联)从研究开始到结束都显示出明显较好的组织病理学评价，且表现出良好的生物相容性。实验结果表明，水母胶原蛋白是一种很有潜力的医用生物材料。

Pal P等[11]从印度鲮鱼鳞中分离出酸溶性胶原(Acid-soluble collagen，ASC)和胃蛋白酶溶性胶原(Pepsin-soluble collagen，PSC)，冻干后制成胶原蛋白海绵，通过体外细胞培养实验表明，胶原蛋白海绵能有效提高细胞的生长和增殖能力；其与成纤维细胞和角质形成细胞共培养后，在体外可见表皮层分化。在大鼠模型中，胶原蛋白海绵可促进创面愈合、再生上皮和体内真皮重建，表明从印度鲮鱼鳞中提取的胶原蛋白制成的胶原海绵有希望作为皮肤替代物。

Shen X R等[12]将鲨鱼皮肤胶原蛋白制成胶原蛋白海绵，并将胶原蛋白海绵与抗海水浸渍的聚氨酯膜结合，制成一种新型敷料。采用大鼠海水浸泡模型研究了胶原蛋白海绵和新型敷料对海水浸泡创面愈合的影响。结果表明新型敷料有效保护了被海水浸泡过4 h的创面，并在创面愈合早期加速再上皮化、血管化和肉芽形成，显著促进了创面愈合。胶原蛋白海绵和新型敷料的效果均优于壳聚糖和纱布敷料。

Cao H等[13]利用鲢鱼皮制作了含有纤维母细胞生长因子- 聚乳酸[Poly(lactide-co-glycolide)，PLGA]微球的胶原/壳聚糖/硫酸软骨素海绵状支架，将其用于控制生长因子的传递和伤口愈合。微球均匀分布在多孔的海绵状支架中，且通过控制微球的大小和胶原/壳聚糖的比例可以调节生长因子的释放速率，此外，生长因子也保留了原有的结构和生物活性。支架和微球表现出良好的生物相容性，其促进成纤维细胞增殖和皮肤组织再生的能力优于无微球的支架。支架/微球作为一种控释系统在皮肤组织工程中具有广阔的应用前景。

2.2 水凝胶型水产动物源胶原蛋白医用敷料

水凝胶型水产动物源胶原蛋白医用敷料的制备原理是通过高聚物或共聚物吸收大量水分子形成溶胀交联状的半固体。水凝胶型医用敷料含水比例高，对低分子物质具有良好的透过性，也具有优良的生物相容性，具备药物缓释性能[14]。

Ge B S等[15]从罗非鱼皮中提取胃蛋白酶溶性胶原(Pepsin-soluble collagen，PSC)，并制备胶原水凝胶，经过皮肤修复实验和病理分析，结果表明胶原水凝胶创面敷料能显著加速深二度烧伤创面的愈合和新皮肤附件的生成，说明罗非鱼皮肤胶原蛋白水凝胶敷料可开发为用于治疗深度烧伤创面的新型有效创面敷料。

宋文山等[16]利用鱼皮胶原蛋白、壳聚糖复配于海藻酸钠，制成水凝胶敷料，其具备作为创面敷料的物理特性(良好的吸湿保湿效果和机械性能)，在通过大白兔背部浅Ⅱ度烧烫伤模型实验中，与市售其他创口敷料对比，证实鱼皮胶原蛋白、壳聚糖复配海藻酸钠水凝胶敷料的促愈效果最好，且没有出现明显的炎症、粘连、疤痕等现象，能有效缩短愈合周期，消除伤口炎症，抑制瘢痕生成。

Feng X L等[17]研发了一种以海洋鱼鳞为原料、由胺化胶原蛋白(Aminated collagen，AC)、氧化海藻酸钠(Oxidized sodium alginate，OSA)和抗菌肽(多粘菌素B硫酸盐和杆菌肽)组成的混合水凝胶，以促进全层伤口愈合。交联水凝胶由席夫碱反应而形成，没有任何催化剂和其他程序。结果表明，该混合水凝胶能有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的存活，并能促进细胞生长和血管生成。此外，水凝胶可以通过加速再上皮化、胶原沉积和血管生成来促进大鼠模型的全层伤口愈合。研究表明，该复合水凝胶在伤口愈合领域具有广阔的应用前景，这将促进在水产品加工过程中产生的海洋鱼类资源副产物的综合利用。

Pathan I B等[18]成功制备了姜黄素纳米乳液负载鱼鳞胶原(Fish scale collagen，FSC)-羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropyl methyl cellulose，HPMC)纳米凝胶，并将其应用于皮肤科。体外渗透实验表明，与其他制剂相比，纳米凝胶的释放时间延长。体内研究表明，与其他配方相比，纳米凝胶的伤口收缩值更高；并通过皮肤刺激研究和稳定性研究表明，姜黄素纳米乳液负载FSC-HPMC纳米凝胶在创面愈合方面具有良好的应用前景和安全性。

2.3 其他型水产动物源胶原蛋白医用敷料

许多研究人员通过静电纺丝等技术，获得了与海绵型和水凝胶型不同形态的医用敷料，并深入探究其对创口的促愈效果。

Zhou T等[19]通过静电纺丝技术，利用罗非鱼皮开发了一种复合型胶原蛋白(Collagen，Col)/生物活性玻璃(Bioactive glass，BG)纳米纤维。Col/BG纳米纤维不仅具有良好的拉伸强度，而且具有释放生物活性离子的能力，提高了抗菌活性和诱导皮肤再生的能力。Col/BG纳米纤维容易获得，而且价格低廉，因此，其具有作为功能性伤口敷料使用的潜力。

高凯丽[20]从罗非鱼皮中提取胶原蛋白，并利用静电纺丝技术制备出胶原蛋白静电纺丝膜。在大鼠皮肤伤口实验中，胶原蛋白静电纺丝膜减少了伤口的炎症发生，对新血管的形成了具有积极的影响，能够诱导成纤维细胞增殖、胶原合成、肉芽组织和上皮形成，提高了SD大鼠皮肤伤口的愈合速度和愈合质量。

Kumar V等[21]以罗湖鲤(Labeorohita)鱼鳔为原料，制得富含胶原的脱细胞鱼鳔基质，与1，4-丁二醇二缩水甘油醚进行交联反应，制备成具有双层支架结构的敷料。将敷料用于动物实验，连续观察3周，在创面愈合过程中，无动物感染死亡，也不见化脓性炎症，敷料与伤口相容性好，而且敷料降解后，新生表皮中有新血管的生成；经检测和对照，总免疫球蛋白G(Immunoglobulin G，IgG)免疫应答反应降低，说明交联处理后的鱼鳔胶原敷料十分适合作为医用敷料。

Rethinam S等[22]用蓝鳍鲹(Caranxmelampygus)的鱼骨提取胶原蛋白，并复配克氏兔头鲀(Lagocephalusgloveri)的鱼皮明胶和乌贼的墨汁制备出生物相容性高分子生物支架(Biocompatible polymeric bio-scaffold，BPBS)(图1)。通过抗菌活性实验、体内外实验、组织学实验研究表明，BPBS具有较好的力学性能，表面光滑，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有明显的抑菌性能；与对照组相比，BPBS对实验小鼠具有良好的创面愈合性能，显示出良好的生物相容性。结果表明，BPBS可作为一种较好的伤口愈合材料。

3 未来的研究方向

3.1 进一步验证临床应用效果

水产动物源胶原蛋白没有陆源哺乳动物胶原蛋白携带动物疾病和病原体的风险，具有更高的安全性，但现阶段市场化的胶原蛋白医用敷料多数是以陆源哺乳动物胶原蛋白为原料，以水产动物源胶原蛋白制备医用敷料还处于实验室研究阶段[23]，研究实验对象主要是大鼠和小鼠，很少有以人为对象的临床应用研究，所以需要增加临床应用研究以评估水产动物源胶原蛋白医用敷料的临床应用效果。

3.2 促进胶原蛋白提取工艺产业化

胶原蛋白的提取工艺中，常用热水提取法、酸浸提法、碱提法、酶法、中性盐提法等工艺来获得胶原蛋白，但各种方法都存在一定的不足[24]。例如，热水提取法会对胶原蛋白的三螺旋结构造成破坏，使其失去分子活性；酸、碱法腐蚀性强，且易造成环境污染；而酶法中使用的试剂贵、成本高，不利于产业化生产；中性盐提法工艺不稳定[23]。如何使从水产动物中提取胶原蛋白的生产过程简便化、环保化，提高产品品质的同时降低生产成本，还需要进一步研究并实践。

3.3 进一步提升医用敷料的品质

除了关注水产动物源胶原蛋白医用敷料的促愈合效果，还要关注敷料本身的品质，例如水产动物源胶原蛋白的热变性温度比陆源哺乳动物低[25]，可能会影响医用敷料在实际使用中的治疗效果。另外，医用敷料需要具备一定的力学性能，防止身体的机械运动导致敷料破裂，有部分研究人员使用化学交联法提高产品的力学性能，有可能会因此出现化学残留的问题[26]。因此，需要将敷料的自身品质进一步优化。

3.4 研究智能敷料

智能敷料是指将电子传感器加入医用敷料，不仅可以达到促进伤口愈合的疗效，还可以监控伤口表层的数据(如pH、湿度、温度、微生物情况等)实现医疗智能化的高科技产品[27]。为了实现未来智能敷料拥有更好的疗效、数据反馈的灵敏性和准确性，还需在皮肤的愈合机理、搭载活性因子、配套的电子传感器等领域进行深入研究。

4 总结与展望

水产动物源胶原蛋白在促进伤口愈合方面展现出积极的影响，水产动物源胶原蛋白医用敷料在动物实验中均取得良好的效果。除了制成医用敷料外，研究人员还将水产动物源胶原蛋白水解成胶原蛋白肽，在动物实验中(灌胃[28-30]、外用[31-32])发现水产动物源胶原蛋白肽也能加速动物伤口的愈合。

我国是渔业产量大国，约占世界渔业产量的四分之一；也是水产品加工贸易大国，水产品加工过程中的副产物是优良的胶原蛋白的来源[33]。利用好水产品加工副产物，开拓国内水产动物源胶原蛋白市场，有助于挖掘水产品加工副产物的巨大经济潜力。除了对水产动物源胶原蛋白进行深入研究，还需要将研究成果投入到实际应用中，形成产业化，最终实现水产动物源胶原蛋白整体产业质的飞跃。