膠原蛋白在生物醫藥工程中的應用及研究進展

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藥工程中的應用展開簡單論述，并對它涉足的領域發展情況和研究進展加以探討。

關鍵詞：膠原蛋白；生物材料；藥物傳輸系統；組織工程

膠原蛋白是哺乳動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，并且能夠作用于機體細胞表面，使其具備更加緊密的狀態。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于人體的其他組織。

一、膠原蛋白的性質

膠原蛋白是人體內分布最廣，形態變化復雜多樣的成分，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組織形成的，它的分布遍及人體整個組織器官中。膠原蛋白分子表面存在大量的極性側基，可以與水分子結合生成氫鍵組合，能夠附著在膠原分子周圍，形成一層水分子膜，并且呈現膠體狀態。目前膠原蛋白在醫藥、食品、生物等領域十分廣泛，它的制備方法操作也相對簡單。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。復合型的膠原產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品進入市場，膠原蛋白在生物技術產品中的應用也得到廣泛關注。

二、膠原蛋白作為基體的藥物傳輸系統

1、膠原蛋白海綿

膠原蛋白海綿子在治療嚴重燒傷和多種類型的創傷方面都有著廣泛的用途，能夠吸收大量的組織滲透液，對傷口有預防且快速干結的作用，能夠起到很好的潤滑作用。利用膠原蛋白海綿植入實驗中，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，具有多方面的優勢，通過殺精劑可以降低組織刺激性、并且沒有任何副作用，幾天后自動被=皮膚組織細胞吸收。主要的缺點就是不能保證數量，而且不易保存、機械程度很差。

2、水凝膠

膠原蛋白可以用在控制藥物傳輸系統領域中，實際應用中一個想對成功的例子是膠原蛋白能夠成為你機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也可以遏制癌細胞的生成。皮下注射可溶性膠原蛋白的實驗表明：膠原蛋白具有修復皮膚損傷的功能。

三、膠原蛋白作為基體的組織工程系統

1、人體皮膚

Ⅰ型膠原蛋白，因為其較高的機械強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，不僅有利于表皮細胞和成纖維細胞的生長繁殖，而且能夠增強其與創面的黏附，降低出血和細菌感染的幾率，從而提高人工皮膚移植的成活率。

2、人體骨骼

可誘導骨組織產生某些蛋白質，如骨形態發生蛋白2。由于其所具有的骨誘導性活性，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生骨轉移的標志物。

3、膠原蛋白在止血應用方面的研究

膠原蛋白能夠與血小板黏結、聚集起到止血的作用，它的三螺旋結構能夠誘導血小板附著，產生釋放反映，而且能激活血液凝固因子，粘著在滲血的傷口上，對損傷的血管起到填塞的作用。國外對膠原止血材料的研究十分活躍，已經成功地用于肝、脾等富含血管的組織出血的治療中，如肝臟吻合術、心臟手術及各種外科、內科手術。另外，膠原蛋白海綿和微晶膠原止血劑，已經成功地用于粘牙齦手術中來控制上顎等部位的止血。國內對膠原止血材料的研究起步較晚，軍事醫學科學院衛生裝備研究所研制的膠原海綿止血材料止血效果良好，用于體內創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

膠原蛋白能夠促進角膜上皮細胞的損傷的修復和細胞生長，在眼科疾病的治療中應用相當廣泛。膠原蛋白溶解于淚液中，具有引導上皮細胞潛入缺損區的能力，同時它的降解產物能被新生細胞利用，合成新的膠原，起到連接細胞的作。膠原蛋白作為眼球保護膜在眼科中被廣泛研究和應用。膠原蛋白還可以作為眼睛給藥的載體，使藥物在結膜囊內逐漸釋放，從而在短時間內使眼內藥物達到較高濃度，并保持較長時間，減少藥物的全身毒性，具有廣闊的發展前景。實驗表明，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。國內對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用

組織工程是研究、開發用于修復、維護、促進人體各種組織或器官損傷后功能和形態的生物替代物的新興學科，它主要研究四個方面：種子細胞、支架材料、器官構建、臨床使用。隨著研究的深入，組織工程對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，植入體內后能在體液、酶、細胞等的作用下發生降解，變成小分子物質被吸收或通過新陳代謝排出體外等特點。

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。膠原皮膚在皮膚更新和創傷處理方面有廣泛的應用，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有了詳盡的敘述。膠原的結構對礦物沉積具有誘導作用，它的表面含有沉積礦物的位點，而且與非膠原基質蛋白，特別是與生長因子結合，可有效地引發和控制礦化過程，促進骨形成并誘發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用，進一步促進生物工程膜的發展，如血管膜、心臟瓣膜、韌帶等。

四、膠原蛋白在生物醫藥工程發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點，有著許多實際的和潛在的用途，可以和其它生物材料結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。另外目前實驗所用膠原大多來源于動物，對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，是一個正待發掘的豐富寶藏，隨著研究工作的不斷深入，將會有更廣闊的應用前景。

結語：綜上所述，作為一種生物材料，膠原蛋白在藥物傳輸系統和組織工程方面有著廣泛的用途。通過對藥物傳輸系統本質的研究，可在設計有效配體時確定必需的參數，而且為組織生長和分化提供指導，對明確特定組織基因表達的生物活性信號具有重要意義。因此，以膠原蛋為基體的生物材料將是今后生物醫藥工程應用中的——常見基質。

參考文獻：

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