膠原蛋白在生物醫(yī)藥工程中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

曲麗麗 董志娟

摘 要：膠原蛋白作為生物材料用途最廣泛的材料之一，其良好的生物兼容性和安全性成為了生物醫(yī)藥工程材料中的主要來源。膠原蛋白能夠制成膜、微膠囊、水凝膠等藥物材料，近些年來，在人體皮膚和人體骨骼方面也取得了一些成就。文章圍繞膠原蛋白在生物醫(yī)藥工程中的應(yīng)用展開簡單論述，并對(duì)它涉足的領(lǐng)域發(fā)展情況和研究進(jìn)展加以探討。

關(guān)鍵詞：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，占蛋白量總體的一半以上，在人體組織和器官中有著非常重要的作用，并且能夠作用于機(jī)體細(xì)胞表面，使其具備更加緊密的狀態(tài)。在活的生物體中被廣泛用于提純，具備一定的抗原性。與其他天然聚合物相比較，膠原蛋白具有良好的生物降解性，在生物相容性上也優(yōu)于人體的其他組織。

一、膠原蛋白的性質(zhì)

膠原蛋白是人體內(nèi)分布最廣，形態(tài)變化復(fù)雜多樣的成分，具有一定的可塑性。大部分組織中不容性纖維就是由蛋白質(zhì)組織形成的，它的分布遍及人體整個(gè)組織器官中。膠原蛋白分子表面存在大量的極性側(cè)基，可以與水分子結(jié)合生成氫鍵組合，能夠附著在膠原分子周圍，形成一層水分子膜，并且呈現(xiàn)膠體狀態(tài)。目前膠原蛋白在醫(yī)藥、食品、生物等領(lǐng)域十分廣泛，它的制備方法操作也相對(duì)簡單。膠原水溶膠冷凍干燥，便可制得多孔的膠原海綿，改變膠原溶液的濃度可控制膠原海綿的間隙程度。

而膠原蛋白原膜的制備方法與膠原海綿的方法大致一樣，在空氣中直接干燥就能形成膜。復(fù)合型的膠原產(chǎn)品則是在膠原水溶膠中參雜了一些原料制備而成。隨著各種各樣的膠原蛋白產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，膠原蛋白在生物技術(shù)產(chǎn)品中的應(yīng)用也得到廣泛關(guān)注。

二、膠原蛋白作為基體的藥物傳輸系統(tǒng)

1、膠原蛋白海綿

膠原蛋白海綿子在治療嚴(yán)重?zé)齻投喾N類型的創(chuàng)傷方面都有著廣泛的用途，能夠吸收大量的組織滲透液，對(duì)傷口有預(yù)防且快速干結(jié)的作用，能夠起到很好的潤滑作用。利用膠原蛋白海綿植入實(shí)驗(yàn)中，可以明顯看到燒傷部位的皮膚在迅速愈合。膠原蛋白海綿用作藥物傳輸，具有多方面的優(yōu)勢(shì)，通過殺精劑可以降低組織刺激性、并且沒有任何副作用，幾天后自動(dòng)被=皮膚組織細(xì)胞吸收。主要的缺點(diǎn)就是不能保證數(shù)量，而且不易保存、機(jī)械程度很差。

2、水凝膠

膠原蛋白可以用在控制藥物傳輸系統(tǒng)領(lǐng)域中，實(shí)際應(yīng)用中一個(gè)想對(duì)成功的例子是膠原蛋白能夠成為你機(jī)體并形成注射型的水凝膠。利用膠原蛋白與腎上腺素符合制成可注射型的水凝膠，可以治療癌癥的同時(shí)也可以遏制癌細(xì)胞的生成。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。

三、膠原蛋白作為基體的組織工程系統(tǒng)

1、人體皮膚

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。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、人體骨骼

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。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。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。

3、膠原蛋白在止血應(yīng)用方面的研究

膠原蛋白能夠與血小板黏結(jié)、聚集起到止血的作用，它的三螺旋結(jié)構(gòu)能夠誘導(dǎo)血小板附著，產(chǎn)生釋放反映，而且能激活血液凝固因子，粘著在滲血的傷口上，對(duì)損傷的血管起到填塞的作用。國外對(duì)膠原止血材料的研究十分活躍，已經(jīng)成功地用于肝、脾等富含血管的組織出血的治療中，如肝臟吻合術(shù)、心臟手術(shù)及各種外科、內(nèi)科手術(shù)。另外，膠原蛋白海綿和微晶膠原止血?jiǎng)?，已?jīng)成功地用于粘牙齦手術(shù)中來控制上顎等部位的止血。國內(nèi)對(duì)膠原止血材料的研究起步較晚，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所研制的膠原海綿止血材料止血效果良好，用于體內(nèi)創(chuàng)面的止血與治療具有安全可靠性。

4、膠原蛋白用于眼科疾病的治療

膠原蛋白能夠促進(jìn)角膜上皮細(xì)胞的損傷的修復(fù)和細(xì)胞生長，在眼科疾病的治療中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。膠原蛋白溶解于淚液中，具有引導(dǎo)上皮細(xì)胞潛入缺損區(qū)的能力，同時(shí)它的降解產(chǎn)物能被新生細(xì)胞利用，合成新的膠原，起到連接細(xì)胞的作。膠原蛋白作為眼球保護(hù)膜在眼科中被廣泛研究和應(yīng)用。膠原蛋白還可以作為眼睛給藥的載體，使藥物在結(jié)膜囊內(nèi)逐漸釋放，從而在短時(shí)間內(nèi)使眼內(nèi)藥物達(dá)到較高濃度，并保持較長時(shí)間，減少藥物的全身毒性，具有廣闊的發(fā)展前景。實(shí)驗(yàn)表明，妥布霉素、慶大霉素、萬古霉素和其它的一些抗生素的膠原蛋白保護(hù)膜，在角膜、淚液和眼房水中的藥物濃度要高于通常的滴劑療法的藥物濃度。國內(nèi)對(duì)角膜的上皮愈合和膠原膜釋藥方面的研究也很成功。

5、膠原蛋白在組織工程中的應(yīng)用

組織工程是研究、開發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)、促進(jìn)人體各種組織或器官損傷后功能和形態(tài)的生物替代物的新興學(xué)科，它主要研究四個(gè)方面：種子細(xì)胞、支架材料、器官構(gòu)建、臨床使用。隨著研究的深入，組織工程對(duì)于生物材料的要求越來越高。目前，生物可降解的膠原蛋白是組織工程中研究較多的一類材料，它具有生物相容性好，植入體內(nèi)后能在體液、酶、細(xì)胞等的作用下發(fā)生降解，變成小分子物質(zhì)被吸收或通過新陳代謝排出體外等特點(diǎn)。

膠原在組織工程中主要作為支架材料、皮膚、骨骼和生物工程膜代用品出現(xiàn)。膠原皮膚在皮膚更新和創(chuàng)傷處理方面有廣泛的應(yīng)用，主要以膠原海綿的形式作為人工皮膚使用，這在前面的敘述中已經(jīng)有了詳盡的敘述。膠原的結(jié)構(gòu)對(duì)礦物沉積具有誘導(dǎo)作用，它的表面含有沉積礦物的位點(diǎn)，而且與非膠原基質(zhì)蛋白，特別是與生長因子結(jié)合，可有效地引發(fā)和控制礦化過程，促進(jìn)骨形成并誘發(fā)至植入物中作為骨骼代用品，骨骼代用品膠原與其他化合物或聚合物混合，可用于矯形外科。隨著膠原蛋白在組織工程方面的應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)生物工程膜的發(fā)展，如血管膜、心臟瓣膜、韌帶等。

四、膠原蛋白在生物醫(yī)藥工程發(fā)展中存在的問題和展望

膠原蛋白作為一種天然的生物材料使用具有諸多優(yōu)點(diǎn)，有著許多實(shí)際的和潛在的用途，可以和其它生物材料結(jié)合以適用于不同的臨床的要求。但膠原的耐用性、生物相容性及制備的高成本是其作為生物材料的主要限制因素。另外目前實(shí)驗(yàn)所用膠原大多來源于動(dòng)物，對(duì)臨床的研究不利或有所限制。但是，膠原蛋白作為一種新型的生物材料，是一個(gè)正待發(fā)掘的豐富寶藏，隨著研究工作的不斷深入，將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

結(jié)語：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，以膠原蛋為基體的生物材料將是今后生物醫(yī)藥工程應(yīng)用中的——常見基質(zhì)。

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