膠原蛋白在生物醫藥工程中的應用研究進展

張忍虎

（信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司，陜西 西安 710100）

對哺乳動物而言，蛋白含量最為豐富的是膠原蛋白，其蛋白量占據總量的1/2，在人體器官和組織中發揮著至關重要的作用，此外，膠原蛋白可以作用于機體細胞表面，使其處于緊密狀態。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，此類物質的生物降解能力較強，并且生物相容性也比人體其它組織好。

1 膠原蛋白性質

在人體內，分布最為廣泛的一種物質是膠原蛋白，其表現形式復雜多變，并且具有較強的可塑性。許多蛋白質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組織和器官中。膠原蛋白分子表面具有許多極性側基，能夠和身體內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出來，其狀態為膠原狀態。現階段，膠原蛋白被廣泛應用于生物、食品以及醫藥等領域中，其具備簡單的制作方法。膠原水溶膠經過干燥、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整膠原溶液濃度進行控制。

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。復合型膠原產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品的增多，人們逐漸將重點放在膠原蛋白在生物技術產品中的應用這一方面。

2 膠原蛋白在藥物傳輸系統中的應用

2.1 膠原蛋白海綿

對于各種創傷和嚴重燒傷患者而言，通常采用膠原蛋白海綿子進行治療，其具有吸收大量組織滲透液、加快傷口干結、預防傷口感染且潤滑的作用。將膠原蛋白海綿應用于實驗當中，可以發現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勢，在降低組織刺激性的過程中，使用殺精劑不會產生任何副作用，并且在幾天之后，皮膚組織會自動吸收其中的物質。缺點是無法保證吸收數量，而且此類物質具有較差的機械性，很不容易保存。

2.2 水凝膠

在藥物傳輸系統控制的過程中，仍可以采用膠原蛋白，在現實生活中，較為成功的一例是注射型水溶膠，是由機體內的腎上腺素和膠原蛋白結合形成，其具有治療癌癥的作用，與此同時也能夠抑制癌細胞擴散。通過皮下注射可溶性膠原蛋白可知，膠原蛋白可以修復人體皮膚受損的位置。

3 膠原蛋白在組織工程系統中的應用

3.1 人體皮膚

Ⅰ型膠原蛋白具有較強的機械性和生物相容性，可被用于人工皮膚的制作。將膠原蛋白作為基礎，對人工皮膚進行制備，既可以加快表皮細胞合成纖維細胞的速度，同時也可以提升創面與表皮細胞之間的黏附力度，避免出現細菌感染和出血現象，促進了人工皮膚移植成活率的提升。

3.2 人體骨骼

膠原蛋白可以誘導骨組織形成蛋白質。例如股形態發生蛋白2，因為膠原蛋白具有較強的骨誘導性活性，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移標志物。

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，從而達到止血的目的。膠原蛋白的結構是三螺旋結構，其可以誘導血小板附著在血小板上，最終形成釋放反應，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，例如內科手術、心臟手術、肝臟吻合手術以及外科手術等。此外，微晶膠原蛋白和膠原蛋白海綿止血劑被廣泛用于粘牙齦手術中，以此控制上顎位置的出血狀況。我國在膠原止血方面，研究相對較晚，軍事醫學科學院衛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用

膠原蛋白可以加快人體角膜上皮損傷細胞的增長速度，并且修復速度明顯。膠原蛋白被廣泛應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，分解于淚液當中，在引導上皮細胞進入受損位置的同時，許多新細胞利用其降解物，最終形成新的膠原，此外，具有連接多個細胞的作用。膠原蛋白具有保護眼球的作用，所以廣泛應用于眼科疾病治療之中。與此同時，在給眼部上藥的過程中，膠原蛋白可以起到載體作用，將結膜囊內所有藥物全部釋放出來，在短期內將藥物作用全部釋放出來，并且作用時間較長，避免了藥物毒素散發至全身各個位置，在臨床中具有良好的發展前景。據有關研究表明，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用

組織工程是一種新型學科，其主要用于開發和研究維護、修復人體各個受損器官或者組織和形成代替物。研究重點包括支架材料、臨床應用、種子細胞和器官構建4個方面。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。現階段，組織工程將重點集中在生物可降解的膠原蛋白方面，其具有較強的生物相容性，在植入人體之后，受細胞、酶以及體液影響，膠原蛋白發生了降解反應，由原來的大分子轉變為細小分子，經過吸收和新陳代謝將其從體內排出。

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。在處理創傷和更新皮膚方面，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，膠原的三螺旋結構具有誘導礦物沉積的作用，其表面富含大量的沉積礦物位點，并且在結合非膠原機制蛋白，尤其是結合生長因子過程中，能夠有效控制和形成礦化反應，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展，例如韌帶、心臟瓣膜以及血管膜等。

4 生物醫藥工程發展過程中，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，具許多優勢。在實際應用過程中，應用范圍廣，而且存在潛在用途，結合其它各種生物材料，可以應用于臨床各種需求當中。由于膠原的制備成本相對較高，而且生物相容性和耐用性高，使得其在發展的過程中受到限制。此外，現階段，許多實驗所使用的膠原來自于動物體內，影響了臨床研究和發展。但是，膠原蛋白是一種新型的生物材料，其需要不斷進行研究和挖掘，伴隨著我國進一步研究，其具有良好的發展前景。

5 結語

總之，膠原是一種新型的生物材料，并被廣泛應用于組織工程和藥物傳輸系統當中。通過研究藥物傳輸系統可知，在設計有效配體過程中，必須明確研究過程中所用到的參數，此外，膠原蛋白可指導組織分化和生長，并且在組織基因表達生物活性信號方面發揮著重要作用。所以，在今后醫藥工程研究和應用的過程中，膠原蛋白將是一種重要的基本生物材料。

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