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1、...膠原在生物醫(yī)學領域的應用膠原在生物醫(yī)學領域的應用白靈(大學高分子研究所)[摘要]???膠原是動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)用材料的生物學優(yōu)勢、膠原基生物材料在醫(yī)療領域的使用,以及膠原基生物材料的制備和注意事項。本文還對膠原基醫(yī)用材料和傳統(tǒng)用同類材料的生物醫(yī)學性質進行了對比,簡述了采用生物技術改善膠原基醫(yī)用材料的途徑和前景。[正文]???膠原是動物所有結締組織—皮、腱、韌
2、帶、軟骨等的主要蛋白成分,是最為豐富的蛋白質之一,占哺乳動物所有蛋白質的30%。自古以來,膠原一直主要作為制革工業(yè)的基本原料。隨著時代和科學技術的發(fā)展,人們在探討膠原的化學、物理、生物學性質的過程中,逐漸認識和開辟著膠原廣泛應用的新領域。隨著21世紀我國產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整,制革工業(yè)的發(fā)展方向是生產(chǎn)的規(guī)模化、集約化和產(chǎn)品和高性能化,充分利用我國動物皮生物資源,開發(fā)具有高附加值的膠原新產(chǎn)品勢在必行。???由于膠原的特殊性質和其性質上的優(yōu)勢,膠原在生物醫(yī)學領域有著十分廣闊的應用前景。???膠原的這種優(yōu)勢來源于它獨特的結
3、構、生化及生物學性質。1.?????膠原作為生物材料的優(yōu)勢1.1低免疫原性???膠原作為醫(yī)用移植材料最重要的特點在于其免疫惰性。與其它具有免疫性(immunogenicity)的蛋白質相比,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,這一優(yōu)勢更為明顯。80年代對各種膠原產(chǎn)品的免疫原性進行測定時發(fā)現(xiàn),所產(chǎn)生的免疫應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
4、免疫原性。這可能是因為膠原受到破壞而變性時,將原來隱匿在部的抗原決定簇暴露出來,從而引起了免疫應答。???90年代以前,人們一直認為膠原沒有免疫原性。但后來的研究發(fā)現(xiàn),膠原可表現(xiàn)出一定的免疫原性。例如,在制備哺乳動物膠原的單克隆抗體時,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)的免疫原性進行對比,發(fā)現(xiàn)端肽的免疫原性最強。因而,在制備可溶性膠原醫(yī)用產(chǎn)品時,應除去膠原的端肽。但對以組織基使用的膠原材料,則應保留端肽,目的
5、是保存交聯(lián)位點,賦予組織材料所需要的完整結構。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。1.2細胞基質間的相互作用???膠原基材料另一優(yōu)勢,在于它與宿主細胞及組織之間良好的相互作用。???膠原基材料無論是在被吸收前作為形成新組織的骨架,還是被吸收同化進入宿主,成為宿主組織的一部分,都與細胞周圍的基質有著良好的相互作用,表現(xiàn)出相互影響的協(xié)調(diào)性,并成為細胞與組織正常生理功能整體的一部分。???膠原可促進不同類型細胞生長,如Ⅰ型膠原可用于培養(yǎng)各種不同類型的細胞。細胞與膠原之間的相互作用機理取決于細胞的類
6、型,相互作用可能直接通過特異性的受體,但更常見的是由特殊的粘結蛋白,如纖維結合素等中介的相互作用。???膠原基材料的另一特點,是除了可增加細胞的粘結外,還能改善細胞的生長、分化與移動。膠原在與其它胞外基質分子的綴合中,具有可支撐多種不同類型細胞的生長與功能的特點。這一能力促進了膠原基生物材料在多個領域的應用。1.3與血小板的相互作用.......???膠原對血小板有凝聚作用,可形成血栓阻止流血,因而可用于制備凝血材料。血管壁的皮層發(fā)生損傷流血時,靠近受傷部位的血小板便與皮下的結締組織直接接觸,進而使血小板活化
7、、釋放出顆粒成分,進行凝血。正因為如此,在使用膠原或膠原復合物制備心血管裝置時,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。???目前采用的方法之一是用戊二醛對膠原醫(yī)用裝置材料進行交聯(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構。在制備可溶性膠原時,雖然已通
8、過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程仍然存在。???使用可溶性膠原的另一優(yōu)勢在于其免疫原性被大大減弱,又能形成纖維,獲得了與原有結構相似的堆砌,從而有利于細胞基質間相互作用的分子過程。利用可溶性膠原的纖維再生性質,還可將其制備成適合于移植用的膏狀注射物或海綿等結構。1.5機械性能???以組織基膠原使用的膠原裝置,固有強度是其重要的優(yōu)勢。生物體中,膠原是為結締組織提供強度的主
