膠原蛋白在生物醫(yī)藥工程中的應(yīng)用研究進(jìn)展

何靜

（陜西學(xué)前師范學(xué)院化學(xué)與化工系，陜西 西安 710100）

膠原蛋白在生物醫(yī)藥工程中的應(yīng)用研究進(jìn)展

何靜

（陜西學(xué)前師范學(xué)院化學(xué)與化工系，陜西 西安 710100）

膠原蛋白是用途最廣泛的生物材料之一，其良好的生物相容性和安全性使其成為生物醫(yī)藥工程材料的主要來源。膠原蛋白可制成膜、海綿、微膠囊、水凝膠等用于藥物傳輸系統(tǒng)的材料，亦可制成人工皮膚、人工骨、人工血管等用于組織工程的材料。本文針對(duì)膠原蛋白在生物醫(yī)藥工程中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并探討了其中各個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)缺點(diǎn)。

膠原蛋白；生物材料；藥物傳輸系統(tǒng)；組織工程

膠原蛋白是哺乳動(dòng)物中含量最豐富的蛋白，大約占機(jī)體總蛋白量的20-30%，在人體組織和器官的形成過程中發(fā)揮著重要作用，而且與機(jī)體細(xì)胞的多種功能表達(dá)有著密切關(guān)系。與其他天然聚合物（如白蛋白和明膠）相比，膠原蛋白表現(xiàn)出良好的生物降解性、弱抗原性以及優(yōu)越的生物相容性［1］。

膠原蛋白用于生物醫(yī)藥工程材料的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：在活的生物體中廣泛存在且易于提純；弱抗原性；生物降解性及生物可重復(fù)吸收性；無毒，生物相容性良好；與其他生物活性成分的協(xié)同性；生物可塑性；止血性；生物降解速度可控；易改性成所需的材料；與合成聚合物相容性良好。

1　以膠原蛋白為基體的藥物傳輸系統(tǒng)

1.1海綿

膠原蛋白海綿在治療嚴(yán)重?zé)齻投喾N類型的創(chuàng)傷方面有著廣泛的用途，能夠吸收大量的組織滲出液，防止?jié)駛诟山Y(jié)而起到潤(rùn)滑作用［2］。膠原蛋白海綿的植入實(shí)驗(yàn)表明燒傷部位皮膚的修復(fù)速度加快［3］。為了獲得更好的彈性和流動(dòng)性，可將膠原蛋白與其他材料進(jìn)行復(fù)合，例如彈性蛋白、纖連蛋白和葡糖氨基聚糖類物質(zhì)。

膠原蛋白海綿用作藥物傳輸系統(tǒng)具有多方面的優(yōu)勢(shì)，如殺精劑實(shí)現(xiàn)可控釋放、降低組織刺激性、無副作用，幾天后膠原自動(dòng)被機(jī)體吸收。其主要缺點(diǎn)為難以保證充足的供應(yīng)、較難保存、機(jī)械強(qiáng)度較差。

1.2水凝膠

在膠原蛋白用于可控的藥物傳輸系統(tǒng)方面，較為成功的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是以膠原蛋白為基體的可注射型水凝膠。將膠原蛋白與腎上腺素復(fù)合制成可注射型水凝膠以傳輸5-氟尿嘧啶，可用來治療癌癥［4］。將上述水凝膠給實(shí)驗(yàn)小鼠瘤內(nèi)注射后，可觀察到5-氟尿嘧啶通過擴(kuò)散的方式逐漸消失，其治療效果有所改善。皮下注射可溶性膠原蛋白的實(shí)驗(yàn)表明：膠原蛋白具有修復(fù)皮膚損傷的功能［5］。

2　以膠原蛋白為基體的組織工程系統(tǒng)

2.1人工皮膚

Ⅰ型膠原蛋白，因?yàn)槠漭^高的機(jī)械強(qiáng)度和較好的生物相容性適合制備人工皮膚［6］。以膠原蛋白為基體制備人工皮膚，不僅有利于表皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖，而且能夠增強(qiáng)其與創(chuàng)面的黏附，降低出血和細(xì)菌感染的幾率，從而提高人工皮膚移植的成活率。

2.2人工骨

膠原蛋白可誘導(dǎo)骨組織產(chǎn)生某些蛋白質(zhì)，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（rhBMP-2）［7］。由于其所具有的骨誘導(dǎo)性活性，近年來膠原蛋白廣泛用于制備人工骨材料［8］。將Ⅰ型膠原蛋白與N-端肽交聯(lián)制備的復(fù)合材料可用于骨吸收的標(biāo)志物，而且在臨床上可用于前列腺癌和乳腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的標(biāo)志物［9-10］。

綜上所述，作為一種生物材料，膠原蛋白在藥物傳輸系統(tǒng)和組織工程方面有著廣泛的用途。通過對(duì)藥物傳輸系統(tǒng)本質(zhì)的研究，可在設(shè)計(jì)有效配體時(shí)確定必需的參數(shù)，而且為組織生長(zhǎng)和分化提供指導(dǎo)，對(duì)明確特定組織基因表達(dá)的生物活性信號(hào)具有重要意義。因此，以膠原蛋白為基體的生物材料將是今后生物醫(yī)藥工程應(yīng)用中的一種常見基質(zhì)。

［1］Maeda M，Tani S，Sano A，et al.Microstructure and release characteristics of the minipellet，a collagen-based drug delivery system for controlled release of protein drugs［J］.Journal of Controlled Release，1999，62（3）：313-324.

［2］Geesin J C，Brown L J，Liu Z，et al.Development of a skin model based on insoluble fibrillar collagen［J］.Journal of Biomedical Materials Research，1996，33（1）：623.

［3］Boyce S T，Christianson D J，Hansbrough J F. Structure of a collagen-GAG dermal skin substitute optimized for culturedhumanepidermalkeratinocytes［J］.Journalof Biomedical Materials Research，1988，22（10）：939-957.

［4］Sahai A，Kanekal S，Jones R E，et al.An injectable sustainedreleasedrugdeliverysystemmarkedlyenhances intratumoralretentionofC14-fluorouracilinmurinefibro sarcomas［J］.Pharm.Res，1995（12）：227.

［5］Remacle M，Dujardin J M，Lawson G.Treatment of vocal fold immobility by glutaraldehyde-cross-linked collagen injection：long-term results［J］.Annals of Otology Rhinology& Laryngology，1995，104（6）：437-441.

［6］Rao K P.Recent developments of collagen-based materials for medical applications and drug delivery systems［J］. J Biomater Sci Polym Ed，1995，7（7）：623-645.

［7］Reddi A H.Morphogenesis and tissue engineering of boneandcartilage：inductivesignals，stemcells，and biomimetic biomaterials［J］.Tissue Engineering，2000，6（4）：351-359.

［8］Murata M，Huang B Z，Shibata T，et al.Bone augmentation by recombinant human BMP-2 and collagen on adult rat parietal bone［J］.International Journal of Oral& Maxillofacial Surgery，1999，28（3）：232-237.

［9］Ulrich U，Rhiem K，Schmolling J，et al.Cross-linked type I collagen C-and N-telopeptides in women with bone metastases from breast cancer［J］.Archives of Gynecology& Obstetrics，2001，264（4）：186-190.

［10］Kobayashi Y，Ochi M，Tokue A.Clinical usefulness of crosslinked N-telopeptide of type I collagen as a bone metastatic marker in patients with prostate cancer：comparison with serum PICP，PINP and ICTP［J］.Hinyokika，2000（46）：869-872.

Research Progress of Collagen Protein Application in Biomedical Pharmaceutical Engineering

He Jing
（School of Chemical and Chemical Engineering，Shanxi Xueqian Normal University，Xi'an Shanxi 710100）

Collagen proteinis one of the most widely used biological materials，its good biocompatibility and safety makeit become a major source of biomedicalpharmaceuticalengineering materials.Collagen can be made into mem?brane，sponge，micro capsule，hydrogel and other materials used in drug delivery system，can also be made into ar?tificial skin，artificialbone，artificial blood vessels and other materials used in tissue engineering.In this paper，the application of collagen protein in biological pharmaceutical engineering is reviewed，and the advantages and disadvantages of variousfields are discussed.

collagenprotein；biological materials；drug delivery system；tissue engineering

R318

A

1003-5168（2015）05-0104-2

2015-4-26

陜西學(xué)前師范學(xué)院校級(jí)科研基金項(xiàng)目（2014QNKJ072）。

何靜（1987-），女，碩士，助教，研究方向：蛋白質(zhì)工程。