膠原蛋白在生物醫(yī)藥工程中的應(yīng)用研究進(jìn)展

張忍虎

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司，陜西 西安 710100）

對(duì)哺乳動(dòng)物而言，蛋白含量最為豐富的是膠原蛋白，其蛋白量占據(jù)總量的1/2，在人體器官和組織中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，此外，膠原蛋白可以作用于機(jī)體細(xì)胞表面，使其處于緊密狀態(tài)。在活性生物體中，主要用于提純，其具有一定的抗原性。相比于其它天然聚合物，此類物質(zhì)的生物降解能力較強(qiáng)，并且生物相容性也比人體其它組織好。

1 膠原蛋白性質(zhì)

在人體內(nèi)，分布最為廣泛的一種物質(zhì)是膠原蛋白，其表現(xiàn)形式復(fù)雜多變，并且具有較強(qiáng)的可塑性。許多蛋白質(zhì)組織形成了人體組織中的不溶性纖維，其分布在人體的各個(gè)組織和器官中。膠原蛋白分子表面具有許多極性側(cè)基，能夠和身體內(nèi)的水分組成最終形成氫鍵，并依附在膠原分子周圍，最后以一層水分子膜的形式呈現(xiàn)出來，其狀態(tài)為膠原狀態(tài)?，F(xiàn)階段，膠原蛋白被廣泛應(yīng)用于生物、食品以及醫(yī)藥等領(lǐng)域中，其具備簡單的制作方法。膠原水溶膠經(jīng)過干燥、冷凍后，可以獲得多孔膠原海綿，膠原海綿的間隙狀況可以通過調(diào)整膠原溶液濃度進(jìn)行控制。

膠原蛋白原膜制作方法同膠原海綿制作方法基本相同，將其直接放置于空氣中干燥，最終形成膜。復(fù)合型膠原產(chǎn)品是由膠原水溶膠和其它原料共同制作形成。伴隨著市場中膠原蛋白產(chǎn)品的增多，人們逐漸將重點(diǎn)放在膠原蛋白在生物技術(shù)產(chǎn)品中的應(yīng)用這一方面。

2 膠原蛋白在藥物傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 膠原蛋白海綿

對(duì)于各種創(chuàng)傷和嚴(yán)重?zé)齻颊叨?，通常采用膠原蛋白海綿子進(jìn)行治療，其具有吸收大量組織滲透液、加快傷口干結(jié)、預(yù)防傷口感染且潤滑的作用。將膠原蛋白海綿應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，可以發(fā)現(xiàn)燒傷位置皮膚愈合速度的顯著增加。在藥物傳輸方面，膠原蛋白具有多種優(yōu)勢(shì)，在降低組織刺激性的過程中，使用殺精劑不會(huì)產(chǎn)生任何副作用，并且在幾天之后，皮膚組織會(huì)自動(dòng)吸收其中的物質(zhì)。缺點(diǎn)是無法保證吸收數(shù)量，而且此類物質(zhì)具有較差的機(jī)械性，很不容易保存。

2.2 水凝膠

在藥物傳輸系統(tǒng)控制的過程中，仍可以采用膠原蛋白，在現(xiàn)實(shí)生活中，較為成功的一例是注射型水溶膠，是由機(jī)體內(nèi)的腎上腺素和膠原蛋白結(jié)合形成，其具有治療癌癥的作用，與此同時(shí)也能夠抑制癌細(xì)胞擴(kuò)散。通過皮下注射可溶性膠原蛋白可知，膠原蛋白可以修復(fù)人體皮膚受損的位置。

3 膠原蛋白在組織工程系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 人體皮膚

Ⅰ型膠原蛋白具有較強(qiáng)的機(jī)械性和生物相容性，可被用于人工皮膚的制作。將膠原蛋白作為基礎(chǔ)，對(duì)人工皮膚進(jìn)行制備，既可以加快表皮細(xì)胞合成纖維細(xì)胞的速度，同時(shí)也可以提升創(chuàng)面與表皮細(xì)胞之間的黏附力度，避免出現(xiàn)細(xì)菌感染和出血現(xiàn)象，促進(jìn)了人工皮膚移植成活率的提升。

3.2 人體骨骼

膠原蛋白可以誘導(dǎo)骨組織形成蛋白質(zhì)。例如股形態(tài)發(fā)生蛋白2，因?yàn)槟z原蛋白具有較強(qiáng)的骨誘導(dǎo)性活性，近些年來，在制備人工骨的過程中，通常使用的材料是膠原蛋白。在臨床中，可將其作為乳腺癌以及前列腺癌骨轉(zhuǎn)移標(biāo)志物。

3.3 膠原蛋白被廣泛用于止血方面

膠原蛋白可以將血小板聚集并黏連在一起，從而達(dá)到止血的目的。膠原蛋白的結(jié)構(gòu)是三螺旋結(jié)構(gòu)，其可以誘導(dǎo)血小板附著在血小板上，最終形成釋放反應(yīng)，并且能夠使血液凝固因子激活，附著在滲血位置，填塞血管損傷位置，從而起到止血的作用。目前，許多國外專家將重點(diǎn)放在研究膠原止血方面，并且在脾、肝等具有豐富血管位置的止血治療方面取得成功，例如內(nèi)科手術(shù)、心臟手術(shù)、肝臟吻合手術(shù)以及外科手術(shù)等。此外，微晶膠原蛋白和膠原蛋白海綿止血?jiǎng)┍粡V泛用于粘牙齦手術(shù)中，以此控制上顎位置的出血狀況。我國在膠原止血方面，研究相對(duì)較晚，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所在膠原海綿止血研究方面取得顯著成效，其研究出的膠原海綿止血材料具有良好的止血作用，在人體外創(chuàng)傷止血方面具有較高的可靠性和安全性。

3.4 膠原蛋白在眼科疾病中的應(yīng)用

膠原蛋白可以加快人體角膜上皮損傷細(xì)胞的增長速度，并且修復(fù)速度明顯。膠原蛋白被廣泛應(yīng)用于眼科疾病的治療之中。膠原蛋白在與淚液融合的過程中，分解于淚液當(dāng)中，在引導(dǎo)上皮細(xì)胞進(jìn)入受損位置的同時(shí)，許多新細(xì)胞利用其降解物，最終形成新的膠原，此外，具有連接多個(gè)細(xì)胞的作用。膠原蛋白具有保護(hù)眼球的作用，所以廣泛應(yīng)用于眼科疾病治療之中。與此同時(shí)，在給眼部上藥的過程中，膠原蛋白可以起到載體作用，將結(jié)膜囊內(nèi)所有藥物全部釋放出來，在短期內(nèi)將藥物作用全部釋放出來，并且作用時(shí)間較長，避免了藥物毒素散發(fā)至全身各個(gè)位置，在臨床中具有良好的發(fā)展前景。據(jù)有關(guān)研究表明，許多藥物中均具有膠原蛋白，例如萬古霉素、妥布霉素、慶大霉素以及其他抗生素等，同滴劑治療方法的藥物濃度相比，以上藥物分解在淚液、角膜中的濃度相對(duì)較高。我國在研究膠原膜釋藥和角膜上皮愈合方面取得了顯著成功。

3.5 組織工程中膠原蛋白的應(yīng)用

組織工程是一種新型學(xué)科，其主要用于開發(fā)和研究維護(hù)、修復(fù)人體各個(gè)受損器官或者組織和形成代替物。研究重點(diǎn)包括支架材料、臨床應(yīng)用、種子細(xì)胞和器官構(gòu)建4個(gè)方面。伴隨著我國研究的不斷深入，在生物材料方面，組織工程的要求逐漸提升?，F(xiàn)階段，組織工程將重點(diǎn)集中在生物可降解的膠原蛋白方面，其具有較強(qiáng)的生物相容性，在植入人體之后，受細(xì)胞、酶以及體液影響，膠原蛋白發(fā)生了降解反應(yīng)，由原來的大分子轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小分子，經(jīng)過吸收和新陳代謝將其從體內(nèi)排出。

在組織工程中，膠原主要以皮膚、支架材料、生物工程以及骨骼替代品的方式呈現(xiàn)。在處理創(chuàng)傷和更新皮膚方面，使用最為廣泛的是膠原皮膚，通常情況下，將膠原海綿視為人工皮膚。此外，膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)具有誘導(dǎo)礦物沉積的作用，其表面富含大量的沉積礦物位點(diǎn)，并且在結(jié)合非膠原機(jī)制蛋白，尤其是結(jié)合生長因子過程中，能夠有效控制和形成礦化反應(yīng)，而且可以加快骨形成，將其植入到人體中，可以起到替代骨骼的作用。作為骨骼代替品的膠原可以與聚合物或者其他化合物結(jié)合，并且被廣泛用于矯形外科中。在組織工程中，伴隨著膠原蛋白的廣泛使用，生物工程膜也得到了顯著發(fā)展，例如韌帶、心臟瓣膜以及血管膜等。

4 生物醫(yī)藥工程發(fā)展過程中，膠原蛋白存在的不足和展望

膠原蛋白是一種純天然的生物材料，具許多優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)用范圍廣，而且存在潛在用途，結(jié)合其它各種生物材料，可以應(yīng)用于臨床各種需求當(dāng)中。由于膠原的制備成本相對(duì)較高，而且生物相容性和耐用性高，使得其在發(fā)展的過程中受到限制。此外，現(xiàn)階段，許多實(shí)驗(yàn)所使用的膠原來自于動(dòng)物體內(nèi)，影響了臨床研究和發(fā)展。但是，膠原蛋白是一種新型的生物材料，其需要不斷進(jìn)行研究和挖掘，伴隨著我國進(jìn)一步研究，其具有良好的發(fā)展前景。

5 結(jié)語

總之，膠原是一種新型的生物材料，并被廣泛應(yīng)用于組織工程和藥物傳輸系統(tǒng)當(dāng)中。通過研究藥物傳輸系統(tǒng)可知，在設(shè)計(jì)有效配體過程中，必須明確研究過程中所用到的參數(shù)，此外，膠原蛋白可指導(dǎo)組織分化和生長，并且在組織基因表達(dá)生物活性信號(hào)方面發(fā)揮著重要作用。所以，在今后醫(yī)藥工程研究和應(yīng)用的過程中，膠原蛋白將是一種重要的基本生物材料。

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