胶原蛋白在生物医药工程中的应用研究进展

张忍虎

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，陕西 西安 710100）

对哺乳动物而言，蛋白含量最为丰富的是胶原蛋白，其蛋白量占据总量的1/2，在人体器官和组织中发挥着至关重要的作用，此外，胶原蛋白可以作用于机体细胞表面，使其处于紧密状态。在活性生物体中，主要用于提纯，其具有一定的抗原性。相比于其它天然聚合物，此类物质的生物降解能力较强，并且生物相容性也比人体其它组织好。

1 胶原蛋白性质

在人体内，分布最为广泛的一种物质是胶原蛋白，其表现形式复杂多变，并且具有较强的可塑性。许多蛋白质组织形成了人体组织中的不溶性纤维，其分布在人体的各个组织和器官中。胶原蛋白分子表面具有许多极性侧基，能够和身体内的水分组成最终形成氢键，并依附在胶原分子周围，最后以一层水分子膜的形式呈现出来，其状态为胶原状态。现阶段，胶原蛋白被广泛应用于生物、食品以及医药等领域中，其具备简单的制作方法。胶原水溶胶经过干燥、冷冻后，可以获得多孔胶原海绵，胶原海绵的间隙状况可以通过调整胶原溶液浓度进行控制。

胶原蛋白原膜制作方法同胶原海绵制作方法基本相同，将其直接放置于空气中干燥，最终形成膜。复合型胶原产品是由胶原水溶胶和其它原料共同制作形成。伴随着市场中胶原蛋白产品的增多，人们逐渐将重点放在胶原蛋白在生物技术产品中的应用这一方面。

2 胶原蛋白在药物传输系统中的应用

2.1 胶原蛋白海绵

对于各种创伤和严重烧伤患者而言，通常采用胶原蛋白海绵子进行治疗，其具有吸收大量组织渗透液、加快伤口干结、预防伤口感染且润滑的作用。将胶原蛋白海绵应用于实验当中，可以发现烧伤位置皮肤愈合速度的显著增加。在药物传输方面，胶原蛋白具有多种优势，在降低组织刺激性的过程中，使用杀精剂不会产生任何副作用，并且在几天之后，皮肤组织会自动吸收其中的物质。缺点是无法保证吸收数量，而且此类物质具有较差的机械性，很不容易保存。

2.2 水凝胶

在药物传输系统控制的过程中，仍可以采用胶原蛋白，在现实生活中，较为成功的一例是注射型水溶胶，是由机体内的肾上腺素和胶原蛋白结合形成，其具有治疗癌症的作用，与此同时也能够抑制癌细胞扩散。通过皮下注射可溶性胶原蛋白可知，胶原蛋白可以修复人体皮肤受损的位置。

3 胶原蛋白在组织工程系统中的应用

3.1 人体皮肤

Ⅰ型胶原蛋白具有较强的机械性和生物相容性，可被用于人工皮肤的制作。将胶原蛋白作为基础，对人工皮肤进行制备，既可以加快表皮细胞合成纤维细胞的速度，同时也可以提升创面与表皮细胞之间的黏附力度，避免出现细菌感染和出血现象，促进了人工皮肤移植成活率的提升。

3.2 人体骨骼

胶原蛋白可以诱导骨组织形成蛋白质。例如股形态发生蛋白2，因为胶原蛋白具有较强的骨诱导性活性，近些年来，在制备人工骨的过程中，通常使用的材料是胶原蛋白。在临床中，可将其作为乳腺癌以及前列腺癌骨转移标志物。

3.3 胶原蛋白被广泛用于止血方面

胶原蛋白可以将血小板聚集并黏连在一起，从而达到止血的目的。胶原蛋白的结构是三螺旋结构，其可以诱导血小板附着在血小板上，最终形成释放反应，并且能够使血液凝固因子激活，附着在渗血位置，填塞血管损伤位置，从而起到止血的作用。目前，许多国外专家将重点放在研究胶原止血方面，并且在脾、肝等具有丰富血管位置的止血治疗方面取得成功，例如内科手术、心脏手术、肝脏吻合手术以及外科手术等。此外，微晶胶原蛋白和胶原蛋白海绵止血剂被广泛用于粘牙龈手术中，以此控制上颚位置的出血状况。我国在胶原止血方面，研究相对较晚，军事医学科学院卫生装备研究所在胶原海绵止血研究方面取得显著成效，其研究出的胶原海绵止血材料具有良好的止血作用，在人体外创伤止血方面具有较高的可靠性和安全性。

3.4 胶原蛋白在眼科疾病中的应用

胶原蛋白可以加快人体角膜上皮损伤细胞的增长速度，并且修复速度明显。胶原蛋白被广泛应用于眼科疾病的治疗之中。胶原蛋白在与泪液融合的过程中，分解于泪液当中，在引导上皮细胞进入受损位置的同时，许多新细胞利用其降解物，最终形成新的胶原，此外，具有连接多个细胞的作用。胶原蛋白具有保护眼球的作用，所以广泛应用于眼科疾病治疗之中。与此同时，在给眼部上药的过程中，胶原蛋白可以起到载体作用，将结膜囊内所有药物全部释放出来，在短期内将药物作用全部释放出来，并且作用时间较长，避免了药物毒素散发至全身各个位置，在临床中具有良好的发展前景。据有关研究表明，许多药物中均具有胶原蛋白，例如万古霉素、妥布霉素、庆大霉素以及其他抗生素等，同滴剂治疗方法的药物浓度相比，以上药物分解在泪液、角膜中的浓度相对较高。我国在研究胶原膜释药和角膜上皮愈合方面取得了显著成功。

3.5 组织工程中胶原蛋白的应用

组织工程是一种新型学科，其主要用于开发和研究维护、修复人体各个受损器官或者组织和形成代替物。研究重点包括支架材料、临床应用、种子细胞和器官构建4个方面。伴随着我国研究的不断深入，在生物材料方面，组织工程的要求逐渐提升。现阶段，组织工程将重点集中在生物可降解的胶原蛋白方面，其具有较强的生物相容性，在植入人体之后，受细胞、酶以及体液影响，胶原蛋白发生了降解反应，由原来的大分子转变为细小分子，经过吸收和新陈代谢将其从体内排出。

在组织工程中，胶原主要以皮肤、支架材料、生物工程以及骨骼替代品的方式呈现。在处理创伤和更新皮肤方面，使用最为广泛的是胶原皮肤，通常情况下，将胶原海绵视为人工皮肤。此外，胶原的三螺旋结构具有诱导矿物沉积的作用，其表面富含大量的沉积矿物位点，并且在结合非胶原机制蛋白，尤其是结合生长因子过程中，能够有效控制和形成矿化反应，而且可以加快骨形成，将其植入到人体中，可以起到替代骨骼的作用。作为骨骼代替品的胶原可以与聚合物或者其他化合物结合，并且被广泛用于矫形外科中。在组织工程中，伴随着胶原蛋白的广泛使用，生物工程膜也得到了显著发展，例如韧带、心脏瓣膜以及血管膜等。

4 生物医药工程发展过程中，胶原蛋白存在的不足和展望

胶原蛋白是一种纯天然的生物材料，具许多优势。在实际应用过程中，应用范围广，而且存在潜在用途，结合其它各种生物材料，可以应用于临床各种需求当中。由于胶原的制备成本相对较高，而且生物相容性和耐用性高，使得其在发展的过程中受到限制。此外，现阶段，许多实验所使用的胶原来自于动物体内，影响了临床研究和发展。但是，胶原蛋白是一种新型的生物材料，其需要不断进行研究和挖掘，伴随着我国进一步研究，其具有良好的发展前景。

5 结语

总之，胶原是一种新型的生物材料，并被广泛应用于组织工程和药物传输系统当中。通过研究药物传输系统可知，在设计有效配体过程中，必须明确研究过程中所用到的参数，此外，胶原蛋白可指导组织分化和生长，并且在组织基因表达生物活性信号方面发挥着重要作用。所以，在今后医药工程研究和应用的过程中，胶原蛋白将是一种重要的基本生物材料。

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