醫(yī)用生物膠原蛋白對(duì)缺損組織修復(fù)治療范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了醫(yī)用生物膠原蛋白對(duì)缺損組織修復(fù)治療參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:膠原蛋白因具有低免疫原性，良好的生物相容性和生物降解性，在醫(yī)用生物材料方面得到廣泛應(yīng)用。目的:綜述近年來(lái)國(guó)內(nèi)外膠原蛋白的來(lái)源、生物活性、改性及其在醫(yī)用生物材料方面的應(yīng)用進(jìn)展。方法:通過(guò)計(jì)算機(jī)檢索2010至2018年P(guān)ubMed、EIsevier、Springerlink、中國(guó)知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)表的相關(guān)文章，英文檢索詞為“callagen,crosslinking,immunogenicity,biocompatibility,tssueengineering”，中他文檢索詞為“膠原蛋白，交聯(lián)，免疫原性，生物相容性，組織工程”●會(huì)結(jié)果與結(jié)論:膠原蛋白主要從動(dòng)物肌腱、皮膚、尾巴等組織中提取獲得的，具有良好生物相容性、低免疫原有性和降解性等特性，但缺乏足夠的機(jī)械強(qiáng)度。交聯(lián)改性或與其他生物材料復(fù)合使用均可改善膠原蛋白的機(jī)械性能。目前，膠原蛋白己被廣泛應(yīng)用于止血?jiǎng)┡c創(chuàng)面敷料、生物補(bǔ)片、骨修復(fù)材料、藥物釋放載體及作為組織工程支架等方面:臨床使用顯示，膠原蛋白對(duì)缺損組織的修復(fù)、再生及重建有著顯著促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞:膠原蛋白:免疫原性:生物相容性:生物降解性:交聯(lián):組織工程生物材料

引言Introduction

膠原蛋白是結(jié)締組織的主要成分，約占動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量的1/3，具有支撐機(jī)體器官，維持機(jī)械穩(wěn)定性、彈性和強(qiáng)度等功能。作為一種天然的生物資源，膠原蛋白具有低免疫原性、良好的生物相容性和生物可降解性，被廣泛用作醫(yī)用生物材料[1]。目前臨床上使用的膠原蛋白類產(chǎn)品主要有創(chuàng)面敷料、生物補(bǔ)片、骨修復(fù)材料、縫合線、組織工程支架等。但鑒于臨床問(wèn)題的復(fù)雜性及產(chǎn)品的升級(jí)換代需求，膠原蛋白的應(yīng)用研究仍有許多亟待解決的難題，比如異種源膠原蛋白潛在的免疫反應(yīng)[2]、殘留交聯(lián)劑可能帶來(lái)的細(xì)胞毒性[3]、植入類膠原蛋白產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度與降解可控性等。文章從膠原蛋白來(lái)源、生物學(xué)特性、改性研究及其在醫(yī)用生物材料方面的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，旨在為膠原蛋白在臨床上的應(yīng)用研究提供指導(dǎo)與參考，為其進(jìn)一步深入研究提供討論理論基礎(chǔ)。

1資料和方法Dataandmethods

1.1資料來(lái)源

由第一作者檢索2010至2018年的PubMed、Elsevier、Springerlink、中國(guó)知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)表的相關(guān)文章，英文檢索詞有“collagen，crosslinking，immunogenicity，biocompatibility，tissueengineering”，中文檢索詞有“膠原蛋白，交聯(lián)，免疫原性，生物相容性，組織工程”。共檢索篩選保留53篇相關(guān)文獻(xiàn)，其中英文文獻(xiàn)32篇。

1.2入選標(biāo)準(zhǔn)

文章所述內(nèi)容為膠原蛋白來(lái)源、生物活性、改性及醫(yī)用生物材料方面應(yīng)用相關(guān)的報(bào)道，排除重復(fù)性研究；同一領(lǐng)域選擇近期發(fā)表或在權(quán)威雜志上發(fā)表的文章。

1.3質(zhì)量評(píng)估

計(jì)算機(jī)初檢索得到1028篇文獻(xiàn)，閱讀標(biāo)題和摘要進(jìn)行初篩，排除相似、重復(fù)報(bào)道，以及陳舊和研究方向不符合的文獻(xiàn)，選取具有代表性且在權(quán)威期刊發(fā)表的文章共53篇進(jìn)行綜述。符合納入標(biāo)準(zhǔn)的53篇文獻(xiàn)中，其中8篇是關(guān)于膠原蛋白的來(lái)源及提取方法報(bào)道，10篇是關(guān)于膠原蛋白的免疫原性和生物相容性與降解性生物活性研究，35篇關(guān)于膠原蛋白功能優(yōu)化研究及在醫(yī)用生物材料方面的應(yīng)用研究。

2結(jié)果Results

2.1膠原蛋白的來(lái)源

2.1.1天然膠原膠原蛋白來(lái)源廣泛，主要存在于動(dòng)物的肌腱、骨、皮膚、韌帶等組織中。目前應(yīng)用較廣的還是以天然獲取的膠原為主，一般從牛、豬、鼠、魚(yú)類等動(dòng)物的肌腱、真皮和尾巴中提取[4]。膠原蛋白的提取方法有酸法、堿法、鹽法、酶法等。堿法提取易導(dǎo)致膠原蛋白變性且會(huì)發(fā)生消旋反應(yīng)，一般醫(yī)用膠原蛋白不采用此法。因組織材料中可溶性膠原蛋白含量較少，提取率不高，鹽法提取也較少使用。有研究發(fā)現(xiàn)堿法和鹽法提取的膠原蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞，沒(méi)有完整的三螺旋結(jié)構(gòu)[5]。目前，采用酸法和酶法結(jié)合提取膠原蛋白的應(yīng)用較多。酸性溶劑如乙酸等，可使組織溶脹，打開(kāi)其交聯(lián)鍵，利于膠原蛋白的提取；同時(shí)，酶制劑如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等具有專一性，可切斷膠原分子N及C端的非膠原性肽，而不改變?nèi)菪Y(jié)構(gòu)[6-7]。受動(dòng)物疾病如瘋牛病、口蹄疫等影響，魚(yú)類等水產(chǎn)類膠原蛋白的研究應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。黃雯[8]選取淡水魚(yú)斑點(diǎn)叉尾鮰和海水魚(yú)鲅魚(yú)皮作為原料，在pH值為6、提取溫度為100℃、料水比為1∶10條件下得到最佳膠原蛋白得率17.59%。目前，天然膠原仍是膠原蛋白原料的主要來(lái)源。2.1.2人工合成膠原雖然天然來(lái)源的膠原蛋白應(yīng)用廣泛，但其難以修飾，并可能產(chǎn)生致病和免疫不良反應(yīng)及其批次間的差異性問(wèn)題，人工重組合成膠原蛋白成為一種新的途徑。重組類人膠原蛋白是采用生物基因工程技術(shù)將膠原蛋白的基因片段，借助工具酶拼接到適合的載體然后轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中誘導(dǎo)表達(dá)得到，具有質(zhì)量可控、加工性強(qiáng)、水溶性好、周期性短、較低排斥反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，常見(jiàn)的宿主表達(dá)系統(tǒng)有大腸桿菌、酵母菌等。He等[9]將羥基化Ⅲ型膠原蛋白通過(guò)基因重組技術(shù)以pPIC9K質(zhì)粒為載體，成功地在畢赤酵母GS115表達(dá)；通過(guò)優(yōu)化菌體培養(yǎng)條件，在22L發(fā)酵罐中進(jìn)行大規(guī)模誘導(dǎo)表達(dá)，發(fā)酵培養(yǎng)60h，膠原蛋白表達(dá)量最高可達(dá)4.71g/L[10]。此外，人工化學(xué)合成膠原蛋白也是一種來(lái)源。Kumar等[11]采用36個(gè)氨基酸殘基膠原模擬多肽自組裝設(shè)計(jì)，形成具有三螺旋結(jié)構(gòu)的納米膠原纖維，研究發(fā)現(xiàn)這種人工合成仿生膠原纖維可以黏附和激活血小板，形成凝塊，促進(jìn)愈合，不引起炎癥反應(yīng)，具有作為止血?jiǎng)┑臐摿Α?/p>

2.2膠原蛋白的生物學(xué)特性

2.2.1免疫原性膠原蛋白的氨基酸為(Gly-X-Y)n周期排列，分子結(jié)構(gòu)重復(fù)性高，因此雖然是大分子物質(zhì)，但其抗原性較低，免疫排斥反應(yīng)較少。但膠原蛋白仍然會(huì)引起免疫反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)牛跟腱來(lái)源的Ⅰ型膠原蛋白連續(xù)注射BALB/c小鼠3周，66.8mg/kg劑量即可引起脾淋巴細(xì)胞免疫反應(yīng)，可能導(dǎo)致偶發(fā)肝、肺損傷[12]。目前降低膠原蛋白抗原性的方法主要有酶法和超低溫凍存等。酶法主要是采用蛋白酶消化去除膠原蛋白中具有抗原性的終端肽結(jié)構(gòu)[13-14]。李曉輝等[15]研究超高壓及酶對(duì)虹鱒魚(yú)Ⅰ型膠原蛋白抗原性的影響，結(jié)果表明在200MPa、25℃條件下處理10min，膠原蛋白抗原性降低了42.66%；胰蛋白酶在37℃、pH=8.0，酶與底物質(zhì)量比為1∶10時(shí)，膠原蛋白抗原性減少97.69%。超低溫凍存可使抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變及丟失，顯著降低組織抗原性和免疫原性。有研究比較了液氮凍存中不同保護(hù)劑及降溫方式對(duì)心臟瓣膜組織免疫原性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同時(shí)含有二甲基亞砜和硫酸軟骨素凍存液中的組織免疫原性最低，此外程序控溫比直接降溫方式能獲得更低免疫原性[16]。膠原蛋白的免疫原性去除，仍然是材料專家和臨床醫(yī)生關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容之一。2.2.2生物相容性和降解性膠原蛋白因其組成和生物特性表現(xiàn)出了良好的生物相容性，與細(xì)胞周圍環(huán)境有著和諧的相互作用機(jī)制，可較好地促進(jìn)人體缺損組織的修復(fù)并能夠參與新生組織的重建過(guò)程。將酸-酶法提取的牛跟腱膠原蛋白進(jìn)行生物安全性研究，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)純化的膠原蛋白無(wú)全身毒性，未引起接觸性皮膚過(guò)敏反應(yīng)，無(wú)熱源反應(yīng)，細(xì)胞毒性為Ⅰ級(jí)，此方法提取的膠原蛋白具有較高的安全性[17]。有研究發(fā)現(xiàn)，重組人膠原納米纖維血液相容性良好，無(wú)細(xì)胞毒性；細(xì)胞支架復(fù)合培養(yǎng)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，支架材料能促進(jìn)成纖維細(xì)胞的黏附與增殖，細(xì)胞相容性良好；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出低的炎癥反應(yīng)，具有促進(jìn)創(chuàng)面愈合的作用[18]。同時(shí)，膠原蛋白具有穩(wěn)定的三螺旋結(jié)構(gòu)，多數(shù)蛋白酶僅能切斷膠原蛋白側(cè)鏈，但膠原蛋白酶等則能破壞膠原蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)，將其水解為小分子的多肽和氨基酸。膠原蛋白在體內(nèi)降解主要受基質(zhì)金屬蛋白酶影響，關(guān)乎到組織的發(fā)育、形成、重塑與修復(fù)等重要過(guò)程[19]。研究發(fā)現(xiàn)受植入部位復(fù)雜的組織微環(huán)境和宿主反應(yīng)影響，膠原蛋白在不同植入部位的降解速率有明顯差異，這對(duì)平衡生物支架降解率與機(jī)體組織再生速度具有重要意義[20]。有研究制備了一種薄的機(jī)械性能穩(wěn)定的非交聯(lián)膠原蛋白細(xì)胞載體，植入大鼠皮下42d，膠原蛋白載體完全被降解吸收，被自體組織替代，創(chuàng)面愈合過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)包囊、瘢痕形成或長(zhǎng)期血管化和炎癥[21]。

2.3膠原蛋白的功能優(yōu)化

膠原蛋白作為天然細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，其獨(dú)特的三螺旋結(jié)構(gòu)和膠原纖維對(duì)(干)細(xì)胞起到較好的支持作用，為細(xì)胞的增殖、遷移等創(chuàng)造適宜的微環(huán)境。但是在提取過(guò)程中，膠原蛋白原有的天然交聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)受到不同程度的破壞，缺乏足夠的機(jī)械強(qiáng)度，在植入體內(nèi)很容易被體內(nèi)蛋白酶水解。為了更好地為體內(nèi)缺損組織提供必要的力學(xué)支撐，通常需要在膠原分子中引入外在交聯(lián)或其他材料，以保證膠原材料具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和保持對(duì)蛋白酶的“惰性”。2.3.1交聯(lián)改性交聯(lián)可影響生物材料的力學(xué)性能、吸收動(dòng)力學(xué)和生物相容性與降解性。常用的交聯(lián)方法有物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)。物理交聯(lián)包括紫外光照射、高溫脫水、光敏劑氧化交聯(lián)等方法。研究發(fā)現(xiàn)，紫外線照射膠原蛋白可提供較低水平的交聯(lián)度，膠原蛋白無(wú)生物功能喪失，不影響細(xì)胞的附著、鋪展和增殖[22]。Bellincampi等[23]發(fā)現(xiàn)成纖維細(xì)胞能很好地黏附在經(jīng)紫外輻射和干熱處理交聯(lián)的膠原纖維上，并沿著膠原纖維長(zhǎng)軸擴(kuò)散排列。張義[24]研究了將核黃素作為光敏劑用于紫外誘導(dǎo)魚(yú)皮膠原蛋白交聯(lián)反應(yīng)，交聯(lián)后的膠原膜水接觸角增大，拉伸強(qiáng)度與拉伸系數(shù)顯著提升，斷裂延伸率降低。化學(xué)交聯(lián)劑主要有戊二醛、京尼平、碳二亞胺等。戊二醛是使用較早的一種醛類交聯(lián)劑，能在較低濃度下與膠原交聯(lián)，改善其親水性和力學(xué)性能。研究表明，戊二醛交聯(lián)可提高膠原蛋白支架機(jī)械強(qiáng)度而不降低其孔徑或孔隙率[25]。京尼平是從梔子果實(shí)中提取的化合物，具有羥基、酯鍵等多種活性基團(tuán)，可直接與氨基酸或蛋白質(zhì)反應(yīng)。Zhou等[26]采用京尼平交聯(lián)Ⅱ型膠原蛋白，發(fā)現(xiàn)0.1%濃度的京尼平能較好地維持膠原支架的基本結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高其生物穩(wěn)定性；交聯(lián)后的支架能促進(jìn)脂肪干細(xì)胞增殖并分化成髓核樣細(xì)胞。碳化二亞胺屬于酰胺型交聯(lián)劑，可促進(jìn)膠原蛋白的谷氨酸或天冬氨酸的羧基與氨基連接形成酰胺鍵。Gao等[27]比較了戊二醛和碳二亞胺交聯(lián)膠原蛋白的微觀結(jié)構(gòu)、孔隙率、生物降解性和細(xì)胞毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1.2mol/L碳二亞胺交聯(lián)后，膠原支架孔隙率與水吸收率顯著變小，兩種交聯(lián)劑交聯(lián)后支架抗降解性均增強(qiáng)，且力學(xué)性能均得到改善；細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，濃度在1%及以上的的戊二醛對(duì)細(xì)胞有明顯毒性，碳二亞胺則未表現(xiàn)出細(xì)胞毒性。2.3.2共混改性引入其他生物材料，與膠原蛋白制成復(fù)合材料，是改進(jìn)膠原蛋白力學(xué)性能的有效途徑之一，常用的共混材料有羥基磷灰石、β-磷酸三鈣、生物活性玻璃、殼聚糖等。羥基磷灰石是骨骼的主要無(wú)機(jī)組成成分，對(duì)骨質(zhì)增生有刺激或誘導(dǎo)作用，能促進(jìn)缺損組織的修復(fù)。Cholas等[28]采用噴霧干燥法制得平均粒徑6μm的羥基磷灰石微球，將其混合嵌入到多孔膠原蛋白基質(zhì)中得到復(fù)合支架，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合支架在低應(yīng)變和高應(yīng)變值下的壓縮模量分別為純膠原支架的1.7倍和2.8倍，有效改善了膠原支架的力學(xué)性能。β-磷酸三鈣具有較好的生物相容性和生物活性，植入體內(nèi)可逐漸降解，是理想的硬組織修復(fù)和替代材料。研究發(fā)現(xiàn)，將β-磷酸三鈣粉末引入多孔膠原基質(zhì)中，有效改善了膠原支架的力學(xué)和生物學(xué)性能，能有效激活骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞，促進(jìn)血管化，并與周圍組織結(jié)合良好[29]。生物玻璃是由SiO2、Na2O、CaO和P2O5組成的硅酸鹽玻璃，具有骨生成性和骨引導(dǎo)作用，與骨和軟組織都有良好的結(jié)合性。Long等[30]通過(guò)加入生物玻璃材料，解決了膠原蛋白支架在骨組織工程中力學(xué)性能不足、多孔結(jié)構(gòu)在濕態(tài)下不穩(wěn)定等問(wèn)題，制備出骨合成所必須的生物活性和機(jī)械穩(wěn)定性的復(fù)合支架，體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明該支架具有良好的生物相容性，有利于人骨髓基質(zhì)細(xì)胞的伸展和增殖。殼聚糖是天然高分子物質(zhì)，其生物相容性良好，具有抑菌、止血等功能。Raftery等[31]在膠原蛋白支架中添加殼聚糖，改善了支架的機(jī)械性能，提高了抗壓強(qiáng)度、溶脹率，降低了降解率；當(dāng)殼聚糖和膠原蛋白質(zhì)量比為25∶75時(shí)，間充質(zhì)干細(xì)胞的附著和增殖顯著提高。

2.4膠原蛋白在醫(yī)用生物材料方面的應(yīng)用

2.4.1軟組織修復(fù)材料膠原蛋白材料具有天然的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與創(chuàng)面接觸可迅速吸附血液，促進(jìn)血小板凝聚，同時(shí)吸收組織滲透液，營(yíng)造良好創(chuàng)面微環(huán)境，促進(jìn)創(chuàng)面愈合。目前，臨床上膠原蛋白類軟組織修復(fù)產(chǎn)品有較多，主要有膠原蛋白敷料、硬腦(脊)膜補(bǔ)片、人工角膜、口腔補(bǔ)片、疝氣補(bǔ)片、乳房整形補(bǔ)片等。有研究比較了可吸收膠原蛋白止血海綿在腔鏡甲狀腺手術(shù)中的止血療效，采用止血海綿的觀察組術(shù)后12，24，48h的甲狀腺殘腔引流量較對(duì)照組分別減少了122%，91%，350%，具有良好的止血效果；同時(shí)具有一定的支撐塑形和修復(fù)作用，可促進(jìn)甲狀腺組織修復(fù)、保持頸部外觀等[32]。研究發(fā)現(xiàn)，膠原蛋白基三維復(fù)合活性材料敷料具有較高的生物相容性、溶脹性、孔隙率和抗菌性能，促進(jìn)細(xì)胞黏附和增殖，避免傷口部位感染，加速創(chuàng)面愈合，是潛在的真皮替代材料[33]。雷靜等[34]采用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究凝膠型活性膠原輔料對(duì)糖尿病皮膚缺損愈合的影響，結(jié)果表明膠原凝膠能明顯縮小創(chuàng)面面積，促進(jìn)血管新生，加快創(chuàng)面愈合；術(shù)后4周，與外敷重組人表皮生長(zhǎng)因子凝膠的陽(yáng)性對(duì)照組療效相當(dāng)。羅心凱等[35]研究發(fā)現(xiàn)，免縫膠原海綿人工硬腦膜在顱腦損傷修補(bǔ)手術(shù)中具有減壓、保護(hù)腦功能等作用，且與縫合的人工硬腦膜修補(bǔ)術(shù)效果相當(dāng)，更有利于二期顱骨修補(bǔ)術(shù)的開(kāi)展。2.4.2硬組織修復(fù)材料骨組織缺損或病變是臨床上常見(jiàn)的一種病癥，自體骨缺損過(guò)大則無(wú)法自愈，治療方法主要包括自體骨、異體骨和人工骨移植。自體骨移植供給有限且會(huì)造成二次傷害，異體骨有感染疾病風(fēng)險(xiǎn)及免疫排斥等，因此人工骨材料具有廣闊的應(yīng)用前景。膠原蛋白是天然骨組織的主要有機(jī)成分，廣泛應(yīng)用于人工骨組織工程材料。目前臨床上使用的膠原基骨組織修復(fù)材料主要為羥基磷灰石、β-磷酸三鈣、生物活性玻璃與膠原蛋白等的復(fù)合物，具有良好的生物相容性及降解性，對(duì)骨缺損部位進(jìn)行填充與修復(fù)，誘導(dǎo)自體骨再生。研究發(fā)現(xiàn)γ射線輻照交聯(lián)可以誘導(dǎo)羥基磷灰石在膠原蛋白纖維上的高度礦化[36]，礦化膠原與天然骨結(jié)構(gòu)成分相似，相比于單純的羥基磷灰石，可以減輕植入骨假體的炎癥反應(yīng)，是一種更理想的生物修復(fù)材料[37]。研究者采用可注射納米晶磷酸鈣/膠原基骨材料對(duì)老年膝關(guān)節(jié)軟骨損傷進(jìn)行修復(fù)，術(shù)后疼痛與膝關(guān)節(jié)功能情況均顯著優(yōu)于注射骨水泥的對(duì)照組；并且，術(shù)后3個(gè)月觀察組的血栓栓塞、肺部感染、下肢腫脹等并發(fā)癥發(fā)生率顯著低于對(duì)照組，這充分表明膠原基骨修復(fù)材料能有效修復(fù)及改善膝關(guān)節(jié)軟骨損傷[38]。此外，膠原蛋白在引導(dǎo)骨組織再生過(guò)程中也發(fā)揮著積極作用，可在骨缺損部位形成生物屏障膜，為再生組織細(xì)胞的增殖創(chuàng)造良好條件。Wang等[39]研究表明，礦化膠原膜能更好地促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的黏附、增殖和成骨分化，在骨誘導(dǎo)和骨傳導(dǎo)方面表現(xiàn)優(yōu)異。目前，膠原基骨修復(fù)材料產(chǎn)品已被成功用于人體骨缺損及骨縫充填重建等，表現(xiàn)出了良好的臨床治療效果。2.4.3藥物釋放載體材料研究者們通過(guò)控制膠原材料的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的緩慢釋放，延長(zhǎng)藥物在體內(nèi)的作用時(shí)間，以達(dá)到更好的藥物治療效果。Hall等[40]研制膠原-聚乳酸基納米纖維控制三氯生和左氧氟沙星抗菌藥的釋放，實(shí)驗(yàn)表明膠原蛋白有助于藥物的持續(xù)釋放達(dá)192h，避免了藥物在最初24h內(nèi)的突釋現(xiàn)象。圖1對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制效果顯著。Chen等[41]以膠原蛋白和磷酸鈣納米顆粒制備的多孔復(fù)合材料為載體，控制地塞米松緩釋，材料具有高機(jī)械強(qiáng)度和可控互連的孔結(jié)構(gòu)，在用于人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的三維培養(yǎng)，復(fù)合支架材料具有良好的生物相容性和促進(jìn)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，支架植入裸鼠背部皮下能促進(jìn)異位骨組織再生。Sun等[42]用膠原蛋白復(fù)合殼聚糖、透明質(zhì)酸鈉制備的多孔支架控制kartogenin誘導(dǎo)因子釋放，支架材料具有良好的生物相容性，有促進(jìn)骨髓基質(zhì)細(xì)胞增殖、軟骨組織再生和修復(fù)軟骨與周圍軟骨融合的能力。2.4.4組織工程支架隨著組織工程技術(shù)的發(fā)展，將傳統(tǒng)的支架材料與種子細(xì)胞和生長(zhǎng)因子結(jié)合起來(lái)，能夠?qū)σ恍?fù)雜的缺損組織進(jìn)行修復(fù)，甚至整個(gè)組織器官的替代移植。膠原蛋白用作組織工程支架材料，主要是為種子細(xì)胞提供良好的生存空間和微環(huán)境，細(xì)胞可按預(yù)制形態(tài)的三維支架生長(zhǎng)并可分泌出新的細(xì)胞外基質(zhì)，最終在體外制得具有一定形狀和三維結(jié)構(gòu)的組織或器官。Chan等[43]以Ⅰ型膠原為原料合成膠原支架，體外接種原代人血管內(nèi)皮細(xì)胞，形成了清晰的CD31陽(yáng)性毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)；在小鼠體內(nèi)植入支架后，促進(jìn)新生血管形成，同時(shí)支架在8周后逐漸降解。Hoogenkamp等[44]采用一次鑄造法生產(chǎn)無(wú)縫大型中空膠原基支架，模擬整個(gè)膀胱的形狀，并與輸尿管和尿道吻合口部位集成；發(fā)現(xiàn)其利于體內(nèi)細(xì)胞浸潤(rùn)，上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞能夠附著在支架上并保持其表型，細(xì)胞按照所提供的支架模板排列。有研究發(fā)現(xiàn)，在向成骨方向分化的人間充質(zhì)干細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)體系中，膠原水凝膠支架的微環(huán)境有助于內(nèi)皮細(xì)胞預(yù)血管化和早期骨組織的形成，有助于術(shù)后患者植入物與宿主血管吻合[45]。此外，隨著3D打印技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的快速發(fā)展，能精確控制生物材料、細(xì)胞、生長(zhǎng)因子等在整體3D結(jié)構(gòu)中的位置、組合與相互作用；并且3D打印技術(shù)可為患者制備出個(gè)性化的醫(yī)用器械，而膠原蛋白因其來(lái)源廣泛、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可與其他材料復(fù)合使用等優(yōu)點(diǎn)，也是3D打印中常用的原材料之一[46]。目前，3D打印技術(shù)已可制備出多種人工組織器官，如髖關(guān)節(jié)、顱骨、具有仿生結(jié)構(gòu)的血管、完整耳郭，甚至肝臟、心臟、腎臟等復(fù)雜器官，但仍然存在可供打印原材料種類偏少、制作成本高、制備周期長(zhǎng)等問(wèn)題。Yang等[47]研究發(fā)現(xiàn)，以海藻酸鈉和膠原為生物墨水，基于3D細(xì)胞打印軟骨組織工程復(fù)合支架，復(fù)合支架能明顯促進(jìn)細(xì)胞黏附，促進(jìn)細(xì)胞增殖和增強(qiáng)軟骨特異性基因的表達(dá)，有效抑制軟骨細(xì)胞去分化和維持表型。

3討論Discussion

膠原蛋白作為一種常見(jiàn)的生物醫(yī)用材料，其基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用均取得了較大成績(jī)，但仍有許多技術(shù)問(wèn)題亟待解決，比如化學(xué)交聯(lián)法雖改善了膠原蛋白的機(jī)械性能，但可能的交聯(lián)劑殘留易出現(xiàn)細(xì)胞毒性、鈣化及生物相容性不佳等問(wèn)題[48-49]。因此，有必要對(duì)交聯(lián)工藝進(jìn)一步優(yōu)化，如采用超臨界二氧化碳萃取技術(shù)去除殘留的戊二醛或其他交聯(lián)試劑[50]。其次，膠原蛋白來(lái)源多樣，豬、牛等動(dòng)物及重組膠原蛋白來(lái)源的膠原蛋白在熱穩(wěn)定性、親水性、孔隙率、力學(xué)性能等物化性質(zhì)上有所差異[51-52]，為保證膠原蛋白產(chǎn)品性質(zhì)的穩(wěn)定性，在其來(lái)源上需要嚴(yán)格篩查鑒定，并進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，減小批次間差異。另外，膠原蛋白類產(chǎn)品植入體內(nèi)后的降解速率調(diào)控也是一大難點(diǎn)，如何保證與機(jī)體組織再生的速度同步，如何根據(jù)植入部位情況進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)[20]，臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)要考慮實(shí)際病癥的復(fù)雜性。最后，隨著3D打印技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的快速發(fā)展，如何制備出適合3D打印的不同類型膠原蛋白材料，并保證在打印過(guò)程中蛋白不變性、強(qiáng)度可控、易塑性等[53]，也是將來(lái)膠原蛋白研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

4參考文獻(xiàn)References

[5]溫慧芳,陳麗麗,白春清,等.基于不同提取方法的鮰魚(yú)皮膠原蛋白理化性質(zhì)的比較研究[J].食品科學(xué),2016,37(1):74-81.

[6]劉迪,王利強(qiáng),任瑩.豬跟腱膠原蛋白酶法提取工藝的研究[J].食品工業(yè),2017,39(10):72-77.

[7]馮文婕,趙粼,闕斐.酸酶復(fù)合法優(yōu)化魚(yú)鱗膠原蛋白的提取工藝[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,55(5):1242-1246.

[8]黃雯.鮰魚(yú)魚(yú)皮和鲅魚(yú)魚(yú)皮膠原蛋白的提取與性質(zhì)研究[D].上海:上海海洋大學(xué),2015.

[10]李偉娜,尚子方,段志廣,等.畢赤酵母高密度發(fā)酵產(chǎn)Ⅲ型類人膠原蛋白及其胃粘膜修復(fù)功能[J].生物工程學(xué)報(bào),2017,33(4):672-682.

[12]雷靜,李奕恒,劉旭昭,等.動(dòng)物源Ⅰ型膠原蛋白可引起B(yǎng)ALB/c小鼠細(xì)胞免疫反應(yīng)和組織免疫毒性[J].中國(guó)組織工程研究,2015,19(34):5506-5512.

[13]王建華,賀超龍,程娘梅,等.無(wú)花果蛋白酶去除牛腱Ⅰ型膠原蛋白末端肽的工藝研究[C].第六屆全國(guó)組織工程與再生醫(yī)學(xué)大會(huì),2013.

作者:胡康 張偉 單位：廣東冠昊生物醫(yī)用材料開(kāi)發(fā)有限公司