Рыбий коллаген как новый биомедицинский материал

Рыбий коллагеновый протеиновый порошок Основная структура

Порошок рыбьего коллагена в основном происходит из таких тканей, как кожа и чешуя рыб (тип I), и небольшое количество происходит из таких тканей, как хрящи (тип II), кишечник рыб (тип III) и мышцы (тип V).Поскольку коллаген высоко консервативен в биологической эволюции, структура рыбьего коллагена похожа на другие коллагены, что закладывает структурную основу для его частичной замены коллагена, полученного из млекопитающих, для трансляционной медицины.Взяв в качестве примера рыбий коллаген типа I, его молекула имеет типичную тройную спираль, которая представляет собой структуру [α1][α2], а молекулярные массы α1 и α2 составляют около 120 кДа и 110 кДа соответственно.Однако, в отличие от млекопитающих, таких как свиньи и крупный рогатый скот, рыбы являются экзотермными животными, и структура их коллагена также специфична, а содержание иминокислот (сумма содержания пролина и гидроксипролина) в ее аминокислотном составе значительно ниже, чем у коллагеновых производных. от наземных млекопитающих, поэтому имеет низкую степень межмолекулярного сшивания и плохую термическую стабильность.Температура денатурации коллагена, полученного из наземных млекопитающих, обычно составляет 37-40°С, а коллагена рыб – в основном 28-32°С (термическая стабильность коллагена тепловодных рыб выше, чем у холодноводных). .Во избежание денатурации рыбьего коллагена необходимо строго контролировать температуру ниже температуры денатурации в процессе приготовления.В исследованиях трансляционной медицины следует проводить соответствующие модификации дериватизации в соответствии с необходимостью повышения ее стабильности.

Основные типы и функции широко используемого пептида рыбьего коллагена

Существует 3 типа обычно используемого рыбьего коллагена: желатин рыбьего коллагена, полипептид рыбьего коллагена и неденатурированный рыбий коллаген.Первые два представляют собой денатурированный рыбий коллаген, а последний эффективно поддерживает естественную активную структуру коллагена.Все три имеют различное использование из-за их различных структур и характеристик.

Желатин из рыбьего коллагена представляет собой частично денатурированный продукт коллагена.Он в основном используется в питательных средах, мягких капсулах, пищевых добавках и т. д. Температура желатинизации и точка плавления составляют 8-25°C и 11-28°C соответственно, что ниже, чем у желатина свиней или крупного рогатого скота., его гель-золь является обратимой реакцией и может использоваться в качестве чувствительного к температуре материала в области пролонгированного высвобождения лекарств или тканевой инженерии.

Пептиды рыбьего коллагена представляют собой продукты гидролиза коллагена, а пептиды с разной молекулярной массой обладают разной биологической активностью.Принято считать, что пептиды с молекулярной массой 1-10 кДа и менее 1 кДа обладают антибактериальной активностью, причем их антибактериальная активность положительно коррелирует с содержанием молекулярных катионов.Из-за относительно высокого содержания Gly и Pro и его относительно высокой гидрофобности, способствующей увеличению растворимости жира, антиоксидантный эффект пептидов коллагена рыб лучше, чем у пептидов коллагена свиней и быков.Кроме того, структура пептида рыбьего коллагена аналогична структуре антигипертензивного пептида, обладающего более выраженным антигипертензивным действием.Кроме того, пептиды рыбьего коллагена могут эффективно способствовать адгезии клеток in vitro и способствовать пролиферации эпидермальных клеток и секреции белка фибробластами.

Молекулярная масса неденатурированного рыбьего коллагена ниже, чем у свиного и бычьего коллагена (<30 кДа), а основным является коллаген типа Ⅰ, полученный из рыбьей чешуи и рыбьей кожи.Благодаря низкой степени межмолекулярной сшивки неденатурированный рыбий коллаген также легко растворяется в нейтральном солевом растворе или слабом растворе кислоты при низкой температуре, и его работоспособность лучше, чем у коллагена млекопитающих.Его можно использовать в качестве кровоостанавливающего материала, материала для наполнения тканей, материалов для каркаса тканевой инженерии и т. Д., Используемых в медицинских исследованиях.В настоящее время Европейский союз одобрил 1 гемостатический продукт из рыбьего коллагена, и также проводятся многие связанные исследования рыбьего коллагена в качестве медицинского материала.

Прогресс исследований порошка пептидного коллагена рыб как нового биомедицинского материала

Применение рыбьего коллагена в клинической сфере является новым направлением исследований, и результаты не сильно изменились.Рыбий коллаген в качестве кровоостанавливающего материала имеет самую высокую концентрацию исследований и техническую зрелость, а также добился прорыва в трансформации.Компания Eucare Pharmaceuticals (Индия) выпустила на рынок ряд кровоостанавливающих продуктов на основе рыбьего коллагена (NeuSkin-F®, Helisorb® Sheet, BioFil®, BioFil®-AB и др.), подходящих для гемостаза и заживления различных ран, таких как раны, ожоги, хронические язвы и т. д. Некоторые продукты получили европейский знак сертификации соответствия (CE).Хотя официальный продукт был произведен в Индии, нет литературной поддержки клинических данных и основной информации о применении, связанной с продуктом, а степень интернационализации расширения рынка невысока.Рыбий коллаген в качестве материала для ухода за ранами, материала для восстановления тканей, заменителя ткани, материала для 3D-печати и материала с замедленным высвобождением лекарственных средств является относительно концентрированным направлением исследований, но никакого прорыва сделано не было.

1. Материалы для ухода за ранами

Подобно коллагену млекопитающих, рыбий коллаген также может прикрепляться к тромбоцитам, тем самым обеспечивая быстрый гемостаз.В настоящее время только гемостатические продукты на основе рыбьего коллагена, разработанные компанией Eucare Pharmaceuticals (Индия), имеют сертификат CE и могут использоваться для различных видов ухода за ранами и их заживления.Ни FDA США, ни CFDA моей страны не одобрили такие продукты.Температура термической денатурации коллагена, выделенного из чешуи грязевого амура, согласно Pal et al.может достигать 35,2°C и обладает хорошей стабильностью.Он может эффективно способствовать заживлению ран, эпителизации и восстановлению тканей и, как ожидается, будет использоваться в качестве заменителя кожи при лечении повреждений кожи на всю толщину..Чжу Вэй и др.обнаружили, что коллаген рыбьей чешуи может способствовать заживлению ран на моделях мышей с ослабленным иммунитетом, способствуя экспрессии PDGF, TGF-β и других факторов, управляющих агрегацией и активацией макрофагов.Большое количество исследований подтвердило, что рыбий коллаген не вызывает раздражения, не вызывает сенсибилизации и обладает низкой иммуногенностью.Он может быстро остановить кровотечение и способствовать заживлению ран при использовании в уходе за ранами.Модификация путем прививки или дериватизации может не только улучшить стабильность материалов рыбьего коллагена, но и наделить их большей биологической активностью, например, антибактериальными свойствами.Кроме того, как продукт деградации, полипептид рыбьего коллагена может также играть противовоспалительную роль, регулируя экспрессию воспалительных факторов, обеспечивая основу для использования рыбьего коллагена при заживлении рефрактерных ран.

2. Материалы для восстановления тканей

Помимо использования в качестве материала для замены кожи, рыбий коллаген также может использоваться в регенеративной медицине в качестве различных материалов для восстановления тканей.В ортопедии Mredha et al.приготовленный гидрогель с коллагеном, извлеченным из плавательного пузыря лучшего осетра.Гидрогель может быть тесно связан с костью, обладает высокой прочностью и хорошей несущей способностью и, как ожидается, будет использоваться в качестве ортопедических трансплантатов нового поколения для искусственного хряща.и восстановление костных дефектов.В стоматологии Zhou et al.изучали влияние гибридных нановолоконных мембран из рыбьего коллагена/биоактивного стекла/хитозана на повреждения фуркаций корней собак и обнаружили, что они могут способствовать остеогенезу и индуцировать регенерацию ткани пародонта, которая, как ожидается, будет служить направляющей тканью Регенерация в сочетании с мембраной для восстановления костного трансплантата используется клинически.

3. Заменители тканей

Рыбий коллаген также можно использовать в тканевой инженерии в качестве различных заменителей тканей.Li et al. в ходе экспериментов in vitro обнаружили, что новый каркас из рыбьего коллагена обладает хорошей биосовместимостью с активностью и пролиферацией эмбриональных фибробластов мыши;в ходе экспериментов in vivo было обнаружено, что каркас может предотвращать слипание тканей головного мозга, уменьшать воспаление и способствовать образованию фибробластов. Ожидается, что рост клеток, улучшенная регенерация и заживление тканей будут использоваться в области тканевой инженерии в качестве твердой мозговой оболочки (позвоночника). заменитель мембраны.обнаружили, что коллагеновая матрица, полученная из рыбьей чешуи, может использоваться в качестве заменителя ткани роговицы человека.Его светопропускание и рассеивающие свойства в основном такие же, как у роговицы человека.Он не обладает цитотоксичностью и иммуногенностью.Он обладает хорошей биосовместимостью с роговицей и может соответствовать основным критериям для использования в качестве каркаса для реконструкции роговицы.

4. Материалы для 3D-печати

3D-биопечать — это быстро развивающаяся технология изготовления каркасов из биоматериалов.В настоящее время основными используемыми структурными белками являются коллаген, фибрин и фибрин шелка.Среди них, хотя коллаген имеет низкую механическую стабильность, его печать внутри других материалов или выполнение перекрестных связей может решить эту проблему.В то же время коллаген обладает свойствами разжижения при сдвиге, а его гелеобразование имеет свойства, зависящие от температуры и pH, что выгодно для использования в технологии 3D-печати.По сравнению с коллагеном, полученным из наземных млекопитающих, рыбий коллаген имеет аналогичную структуру и свойства, но является более биобезопасным и может быть переработан из большого количества рыбных отходов, которые являются обильным источником.Таким образом, рыбий коллаген имеет большой потенциал в качестве материала для 3D-печати.

5. Материалы для выпуска лекарств

В последние годы рыбий коллаген также постепенно внедряется в области лекарственных материалов с замедленным высвобождением.Структура, разработанная Cao et al.может регулировать скорость медленного высвобождения, контролируя соотношение рыбьего коллагена, хитозана и хондроитинсульфата и размер микросфер, сохраняя при этом целостность и биологическую активность, которые, как ожидается, будут применяться для инженерии тканей кожи.Используя натуральный рыбий коллаген в качестве матричного материала и родамин B в качестве целевого лекарственного средства, имитирующего нагрузку, Чжан Мин и другие обсудили различия в скорости загрузки и эффекте медленного высвобождения материалов с замедленным высвобождением, приготовленных различными методами, и обнаружили, что увеличение концентрации коллагена в материале может значительно увеличить нагрузку.скорость и эффект замедленного высвобождения.

Преимущества белкового порошка рыбьего коллагена в качестве нового биомедицинского материала

1. Хорошая биобезопасность

Рыбий коллаген похож по структуре и функциям на коллаген, полученный из наземных млекопитающих, но имеет более низкую иммуногенность, лучшую безопасность, меньший риск передачи зоонозного вируса и более высокую безопасность при клиническом применении.Исследования биосовместимости in vivo и in vitro показали, что тест на стерильность экстракта геля рыбьего коллагена был отрицательным, а цитотоксичность, сенсибилизация, хромосомная аберрация, внутрикожная реакция, острая системная токсичность, пирогенная реакция и реакция гемолиза были отрицательными.Отрицательно, это перспективный медицинский биоматериал.

2. Может обходить религиозные барьеры в особых регионах и группах

Из-за религиозных убеждений и других проблем медицинские продукты из свиного коллагена не могут использоваться в клинических условиях в исламских странах и регионах, в то время как рыбий коллаген не имеет религиозных барьеров и может более эффективно приносить пользу группам пациентов в соответствующих регионах и странах.

3. Обильные источники

Наша страна является большой страной водных продуктов и ежегодно производит большое количество побочных продуктов переработки рыбы (около 40% из которых составляет рыбья шкура), но эти побочные продукты часто считаются отходами и выбрасываются, их потенциальная ценность серьезно игнорируется, а также может привести к загрязнению окружающей среды.загрязнение окружающей среды и т. д. Применение и разработка рыбьего коллагена в области медицины не только обеспечивает более экономичный и безопасный источник новых коллагеновых материалов, но также значительно увеличивает добавленную стоимость рыбьей кожи, побочного продукта переработки водных продуктов, и снижает давление на защиту окружающей среды, что соответствует национальной цели построения стратегической ориентации морской державы.