膠原在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

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1、.....膠原在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用膠原在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用劉白靈(四川大學(xué)高分子研究所)[摘要]???膠原是動(dòng)物體中最豐富的蛋白資源,由于膠原具有很低的免疫原性,與多種宿主細(xì)胞及組織有著良好的相互作用,因而可廣泛地用于制備膠原基醫(yī)用材料及醫(yī)用裝置。???本文介紹了膠原作為醫(yī)用材料的生物學(xué)優(yōu)勢(shì)、膠原基生物材料在醫(yī)療領(lǐng)域的使用,以及膠原基生物材料的制備和注意事項(xiàng)。本文還對(duì)膠原基醫(yī)用材料和傳統(tǒng)用同類(lèi)材料的生物醫(yī)學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比,簡(jiǎn)述了采用生物技術(shù)改善膠原基醫(yī)用材料的途徑和前景。[正文]???膠原是動(dòng)物所有結(jié)締組織—皮、腱、韌帶、軟骨等的主要蛋

2、白成分,是最為豐富的蛋白質(zhì)之一,占哺乳動(dòng)物所有蛋白質(zhì)的30%。自古以來(lái),膠原一直主要作為制革工業(yè)的基本原料。隨著時(shí)代和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)谔接懩z原的化學(xué)、物理、生物學(xué)性質(zhì)的過(guò)程中,逐漸認(rèn)識(shí)和開(kāi)辟著膠原廣泛應(yīng)用的新領(lǐng)域。隨著21世紀(jì)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,制革工業(yè)的發(fā)展方向是生產(chǎn)的規(guī)?；?、集約化和產(chǎn)品和高性能化,充分利用我國(guó)動(dòng)物皮生物資源,開(kāi)發(fā)具有高附加值的膠原新產(chǎn)品勢(shì)在必行。???由于膠原的特殊性質(zhì)和其性質(zhì)上的優(yōu)勢(shì),膠原在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。???膠原的這種優(yōu)勢(shì)來(lái)源于它獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、生化及生物學(xué)性質(zhì)。1.?????膠原作為生

3、物材料的優(yōu)勢(shì)1.1低免疫原性???膠原作為醫(yī)用移植材料最重要的特點(diǎn)在于其免疫惰性。與其它具有免疫性(immunogenicity)的蛋白質(zhì)相比,膠原的免疫原性非常低。特別是在膠原以膠原組織(tissue-based)和純化膠原形式使用時(shí),這一優(yōu)勢(shì)更為明顯。80年代對(duì)各種膠原產(chǎn)品的免疫原性進(jìn)行測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn),所產(chǎn)生的免疫應(yīng)答是由存在于膠原產(chǎn)品中的極少量的非膠原蛋白引起的。產(chǎn)生免疫性的另一原因是材料中存在著變性膠原,膠原的單根肽鏈比天然的未遭破壞的膠原螺旋分子表現(xiàn)出較高的免疫原性。這可能是因?yàn)槟z原受到破壞而變性時(shí),將原來(lái)隱匿在內(nèi)部的抗原決定簇暴

4、露出來(lái),從而引起了免疫應(yīng)答。???90年代以前,人們一直認(rèn)為膠原沒(méi)有免疫原性。但后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),膠原可表現(xiàn)出一定的免疫原性。例如,在制備哺乳動(dòng)物膠原的單克隆抗體時(shí),發(fā)現(xiàn)Ⅰ型膠原的免疫原性比Ⅲ型、Ⅴ型、Ⅵ型膠原低得多。將組織膠原的端肽(telopeptides),螺旋微區(qū)(domain),以及其它微區(qū)的免疫原性進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)端肽的免疫原性最強(qiáng)。因而,在制備可溶性膠原醫(yī)用產(chǎn)品時(shí),應(yīng)除去膠原的端肽。但對(duì)以組織基使用的膠原材料,則應(yīng)保留端肽,目的是保存交聯(lián)位點(diǎn),賦予組織材料所需要的完整結(jié)構(gòu)。研究還發(fā)現(xiàn)用戊二醛交聯(lián),可部分降低膠原材料的免疫原性。

5、1.2細(xì)胞基質(zhì)間的相互作用???膠原基材料另一優(yōu)勢(shì),在于它與宿主細(xì)胞及組織之間良好的相互作用。???膠原基材料無(wú)論是在被吸收前作為形成新組織的骨架,還是被吸收同化進(jìn)入宿主,成為宿主組織的一部分,都與細(xì)胞周?chē)幕|(zhì)有著良好的相互作用,表現(xiàn)出相互影響的協(xié)調(diào)性,并成為細(xì)胞與組織正常生理功能整體的一部分。???膠原可促進(jìn)不同類(lèi)型細(xì)胞生長(zhǎng),如Ⅰ型膠原可用于培養(yǎng)各種不同類(lèi)型的細(xì)胞。細(xì)胞與膠原之間的相互作用機(jī)理取決于細(xì)胞的類(lèi)型,相互作用可能直接通過(guò)特異性的受體,但更常見(jiàn)的是由特殊的粘結(jié)蛋白,如纖維結(jié)合素等中介的相互作用。???膠原基材料的另一特點(diǎn),是

6、除了可增加細(xì)胞的粘結(jié)外,還能改善細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化與移動(dòng)。膠原在與其它胞外基質(zhì)分子的綴合中,具有可支撐多種不同類(lèi)型細(xì)胞的生長(zhǎng)與功能的特點(diǎn)。這一能力促進(jìn)了膠原基生物材料在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。1.3與血小板的相互作用???膠原對(duì)血小板有凝聚作用,可形成血栓阻止流血,因而可用于制備凝血材料。血管壁的內(nèi)皮學(xué)習(xí)參考.....層發(fā)生損傷流血時(shí),靠近受傷部位的血小板便與內(nèi)皮下的結(jié)締組織直接接觸,進(jìn)而使血小板活化、釋放出顆粒成分,進(jìn)行凝血。正因?yàn)槿绱?在使用膠原或膠原復(fù)合物制備心血管裝置時(shí),要特別注意防止或抑制、隱匿膠原與血小板之間的相互作用。???目前采用

7、的方法之一是用戊二醛對(duì)膠原醫(yī)用裝置材料進(jìn)行交聯(lián),這種方法可減少膠原與血小板間的相互作用。???現(xiàn)更多采用的方法是用聚合物交聯(lián)以覆蓋膠原表面,或用如肝素的化合物涂敷膠原表面,阻止其與血小板的作用。1.4纖維的再形成性???經(jīng)純化的可溶性膠原在膠原基生物材料中占有重要地位,其主要性質(zhì)之一是可在體外再次形成與天然膠原纖維相似的有序纖維狀結(jié)構(gòu)。在制備可溶性膠原時(shí),雖然已通過(guò)酶的作用除去了膠原分子的端肽,但可溶性膠原在體外的再形成過(guò)程仍然存在。???使用可溶性膠原的另一優(yōu)勢(shì)在于其免疫原性被大大減弱,又能形成纖維,獲得了與原有結(jié)構(gòu)相似的堆砌,從而有

8、利于細(xì)胞基質(zhì)間相互作用的分子過(guò)程。利用可溶性膠原的纖維再生性質(zhì),還可將其制備成適合于移植用的膏狀注射物或海綿等結(jié)構(gòu)。1.5機(jī)械性能???以組織基膠原使用的膠原裝置,固有強(qiáng)度是其重要的優(yōu)勢(shì)。生物體中,膠原是為