胶原蛋白的功能化改性研究进展_贺金梅

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
June 2013 ·28·
现代化工 Modern Chemical Industry
第 33 卷第 6 期 2013 年 6 月
胶原蛋白的功能化改性研究进展
贺金梅1 ,叶真铭1 ,程玮璐1 ,黄玉东1* ,付 波2 ( 1. 哈尔滨工业大学化工学院,黑龙江 哈尔滨 150001; 2. 威高集团有限公司,山东 威海 264209)
此外,He 等[4]尝试使用天然植物多酚原花青素 交联胶原蛋白,通过 FTIR 和 AFM 测试表明原花青
收稿日期: 2013 - 01 - 20 基金项目: 国家自然科学青年基金项目( 51003019) ; 山东省“泰山学者”建设工程专项经费项目; 山东省博士后创新项目专项资金项目 作者简介: 贺金梅( 1976 - ) ,女,副教授,博士生导师,研究方向为聚合物基复合材料,生物医用高分子材料; 黄玉东( 1965 - ) ,男,教授,长江学
Key words: collagen; modification; functionalization
胶原蛋白( Collagen) 是一种白色的多肽-蛋白 质,广泛地存在于动物骨、腱、软骨和皮肤及其他结 缔组织中,是细胞外基质的主要成分,约占动物体胶 原纤维固体物的 85% ,占体内蛋白质总量的 25% ~ 30% 。
化学方法虽然可获得均匀一致的交联,但存在 着引入外源有毒试剂,残留试剂难清除等缺点。物 理方法改性胶原蛋白的优点是可避免外源性有毒化 学物质进入胶原内。Chan 等[6]采用光照的方法交 联胶原膜,可以明显改善胶原膜材料的物理化学性 质,如亲水性、机械性及热稳定性。胶原溶液与光敏 剂混合均匀后,采用氩灯激光照射可以使胶原材料 剪切模量大幅增加,从而符合组织工程的应用需求。 除了采用光学交联之外,可以采用热学方法对胶原 进行交联。但物理方法的缺点是胶原海绵交联度 低,且难以获得均匀一致的交联[7]。
不同原材料中提取的同种类型胶原的物理化学 性质也会有所不同,可以彼此复合得到相关性能的 中间值。Yoshihiro 等[5]创造性地制备出鲨鱼 Ⅰ 型 胶原与猪Ⅰ型胶原混合纤维,发现混合纤维具有更 强的稳定性和机械强度,不易变成明胶,变性温度、 柔软度等物理性质均位于两种胶原的物理性质之 间,用来自不同动物体的Ⅰ型胶原彼此改性,在不引 入外来物质的前提下,可以调节彼此性能,不失为一 种巧妙的方法。
( 1. School of Chemical Engineering and Technology,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China; 2. WeGo Group Co. ,Ltd. ,Weihai 264209,China)
Abstract: Collagen is the most abundant protein in animal body,playing support,protection and connection roles. At present,collagen has been widely used in medicine industry,pharmaceutical industry,food industry,daily chemical industry,collagen biosynthesis and modification industry. In this paper,the modification and application of collagen materials are reviewed.
与此同时,由于壳聚糖具有止血、抑菌、抗菌性、 生物相容性、促进伤口愈合以及易于形成凝胶的性 质,所以壳聚糖材料本身就具有止血的效果,可进一 步开发成新型止血材料。为了获得性能更加优异的 止血材料,赵宏霞等[13]以胶原蛋白与壳聚糖为原料 开发了一种止血膜材料,通过动物实验测不同配比 的复合膜对出血创面的止血时间,并与其他止血材 料做对比。结果各种配比的复合膜的止血效果均比 明胶等一般止血材料好。Chen 等[14]利用软骨素将 羧甲基化的壳聚糖接枝到胶原基质上制备出了一种 复合敷料,通过皮肤细胞迁移实验证明,此种敷料可 以促进伤口组织再生,加速伤口愈合,由此可见壳聚 糖与胶原的复合产品不但具备优良的止血性能,对 于创面组织再生亦有一定的促进作用。
摘要: 胶原蛋白或称胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质,在动物体内起支持、保护、连接等多种作用。综述了应用于医学
医药的胶原蛋白的改性和修饰的研究进展,包括提高力学性能、提高止血性能、促进组织再生性能、促进创面愈合性能等方面。
关键词: 胶原蛋白; 改性; 功能化
中图分类号: R818. 052. 4
文献标志码: A
胶原蛋白具有优异的生物学性能,如低抗原性、 可生物降解性、生物相容性、细胞适应性和细胞增殖 作用以及促进血小板凝聚等[1]。在医疗产业,胶原 蛋白可用于心脏瓣膜与血管修复、可溶性胶原、创伤 烧伤修复材料、止血剂、明胶、人工皮肤以及药物载 体及胶囊等领域。
目前在各大医院已经广泛使用的胶原蛋白材料 几乎都是单一的胶原蛋白组分,未见改性与修饰,其 改性的产品仍然处于理论研究阶段,并未大规模广 泛使用,但是人工提取的胶原蛋白一般很难保持其 天然的状态,其相关性能总会有所下降。因此,对胶 原类材料进行相应改性就显得十分必要,究其根本 就是对胶原蛋白本身进行改性和修饰。下面简述国 内外对胶原蛋白功能化的改性与修饰研究进展。
叶春婷等[15]将 制 备 的 高 纯 度 胶 原 蛋 白 溶 液 与 几丁糖溶液键合,冷冻干燥成为海绵体。随后检测 其生物相容性及止血性能,检测了体表、体内止血时 间及体内降解情况,结果显示其各项性能均优于或 等于明胶海绵。这表明几丁糖 /胶原海绵具有优良 的止血性能及良好的生物相容性。
Seung 等[16]制备了 2 种胶原蛋白基止血胶,通 过小鼠肝脏创伤模型,比较它们与纤维蛋白止血胶 的黏附及止血性能。首先在乙醇溶液中用乙酸和去 端肽胶原蛋白反应制备酯化的去端肽胶原蛋白,将 酯化胶原蛋白溶解于质量分数为 75% 乙醇中形成 质量分数为 2% 的溶液,加入质量分数为 1% CaCl2 、 0. 71% 多巴、0. 1% 止血环酸及蒸馏水,制备得到了 第一种止血胶; 将酯化胶原蛋白溶解于蒸馏水中形 成质量 分 数 为 2% 的 溶 液,加 入 质 量 分 数 为 1% CaCl2 、0. 71% 多巴、0. 1% 氨基己酸及蒸馏水,制备
胶原蛋白的止血机制主要是黏附在出血创面、 聚集血小板、缩短血栓形成的时间。血管受损时,胶 原能引起血小板聚集,并能刺激血小板释放一些亚 细胞颗粒和分泌物,包括各种凝血因子。凝血因子 黏附在受损 血 管 上,以 填 塞 受 损 血 管,达 到 止 血 目 的。另外,胶原还能直接激活内源性凝血,最终产生 凝血酶,凝血酶再催化纤维蛋白原转化为纤维蛋白, 使血液凝固[9 - 10]。
2 提高止血性能
作为止血剂,胶原海绵具有很好的止血性能,且 亲水性强,吸水率大,止血时间短,黏附创面能力优 异,而且创面干燥,不易发生感染,愈合迅速,体内脏 器止血后,局部未见异常刺激反应,材料吸收良好, 安全可靠。经临床验证,胶原蛋白是目前众多止血 材料中效果较好的一种[8]。目前,国外已在医学临 床上广泛使用胶原海绵,意大利的 Gelfix 胶原止血 海绵于 1992 年进入中国市场,其临床效果良好。
透明质酸也属于糖胺聚糖类物质,在组织的生 长、修复和功能方面具有重要作用,目前被广泛用于 组织工程中。Park 等[18]研究了采用水溶的碳化二 酰亚胺( EDC) 交联多孔的胶原 / 透明质酸( HA) 复 合膜。在 EDC 的作用下,胶原和透明质酸之间形成 了酰胺键和酯键达到交联。Lee 等[19]为了 改 善 传 统冷冻干燥法制备胶原基支架孔隙率不足的问题, 自制了一种设备,创造出了透明质酸和胶原基生物 功能化支架的制备条件,并成功制备出高孔隙率和 孔径均一的支架材料,测试表明,细胞在其表面具有 较快的生长能力。
为了更进一步缩短止血时间,提高止血功能性, 相关科研人员相继报道了几种新型改性胶原蛋白止
血材料,1990 年德国开发了纤维蛋白原涂敷胶原复 合止血片 ( SP ) [11],该 产 品 已 经 临 床 应 用 ( TachqComb,Nycomed Arzneimittel,Germany) ,具 有 止 血 迅速,组织密封的特点。其止血机制为: 一接触血液 或渗出液,凝结因子溶解和活化,引发纤维蛋白的形 成,血液凝固,有效地控制局部出血,胶原蛋白基体 提供机械稳定性。该类产品已经过 3 代更新。第一 代 SP 由胶原蛋白、人纤维蛋白原、牛抑肽酶和牛凝 血酶构成; 第二代用人凝血酶取代牛凝血酶,其他成 分不变; 第三代在第二代基础上取消牛抑肽酶成分。 Deha 等[12]分别比较了这 3 代 SP 产品的生物活性 和生物相容性。在逐步取代或取消了含牛的成分 后,其生物活性并没受到影响,而且大大地提高了生 物安全性。
文章编号: 0253 - 4320( 2013) 06 - 0028 - 04
Progress in functional modification of collagen
HE Jin-mei1 ,YE Zhen-ming1 ,CHENG Wei-lu1 ,HUANG Yu-dong1* ,FU Bo2
Wisniewska 等[17]将胶原蛋白 和 弹 性 蛋 白 复 合 制成膜,采用紫外光辐照,提高了膜表面的极性和表 面粗糙度,提 高 了 其 细 胞 黏 附 性 能,用 于 组 织 的 再 生。其中在复合膜中的胶原蛋白组分提供力学性 能,弹性蛋白提供弹性。通过调节配比,可调节膜的 性能,弹性蛋白 / 胶原蛋白比例越高,越有利于细胞 的黏附。
1 提高力学性能
天然胶原的降解速率和机械稳定性不足以满足
体内外的应用。对胶原进行交联是提高机械稳定性 和降低降解速率的有效方法。按实现的方法交联可 以分为化学交联法和物理交联方法。常用的化学交 联试剂有戊二醛、乙醛酸、1,6-己二异氰酸酯、二胺、 环氧化合物、碳化二酰亚胺( EDC) 等。常用的物理 交联方法有 UV 法,γ -射线辐照法和光氧化法等。 其中戊二醛能提供有效交联,但有细胞毒性,且其用 量难以控制。大量的文献研究了 EDC 作为交联剂, 具有如下特点: EDC 不作为联接的一部分滞留在交 联物分子中,而是转变为具有极低细胞毒性的水溶 性脲衍生 物,所 以 这 种 方 法 可 以 有 效 地 避 免 细 胞 毒性。
·30·
现代化工
第 33 卷第 6 期
得到了第二种止血胶。试验结果表明,2 种止血胶 在使用 1 min 之内就可以表现出很好的止血和黏附 性能,相关性能可匹敌纤维蛋白止血胶。
3 促进组织再生性能
组织或器官的主要成分之一———蛋白随着时间 的流逝会发生一些变化和老化,这些变化过程直接 影响到组织或器官的功能和性能,有时有必要去修 复或取代这些损坏的器官。
Luciano 等[2]用 EDC 将胶原蛋白和 Au 纳米颗 粒交联,在胶原和 Au 之间产生了 8 个酰胺键,交联 度高。Au 纳米颗粒表面采用两端基团分别为—SH 和—COOH 基团的 Tiopronin 有 机 物 修 饰。在 胶 原 和 Tiopronin 之间生成了酰胺键。通过细胞毒性试 验证明无 细 胞 毒 性,而 且 减 缓 了 胶 原 的 降 解 速 率。 其他学者也用 EDC 体系对胶原基材料进行改性研 究并得到了相似的结论[3]。
者,博士生导师,主要从事高性能有机纤维合成、增强体表面改性、复合高分子界面理论、特种树脂合成、纳来自百度文库材料制备研究,通讯联 系人,0451 - 86414806,ydhuanghitl@ yahoo. com. cn。
2013 年 6 月
贺金梅等: 胶原蛋白的功能化改性研究进展
·29·
素与胶原之间产生的氢键并没有破坏胶原的三螺旋 结构,TG 和 DSC 测试表明交联使得胶原的热稳定 性上升,因 此 原 花 青 素 作 为 交 联 剂 起 到 了 良 好 的 效果。
相关文档
最新文档