胶原蛋白在临床医学中的应用.pdf

第24卷 第3期2005年 6月北京生物医学工程BeijingBiomedicalEngineeringVol124No13Jun.2005胶原蛋白在临床医学中的应用刘慧玲 王栋 章金刚 摘 要 胶原蛋白是一种天然存在的具有很高利用价值的生物物质,其特有的极低的抗原性、可生物降解性、生物吸收性、止血性能和促进细胞生长的功能,使得近年来在医药工业和医学临床的研究和应用日益广泛。本文在简述胶原蛋白特性与制备工艺的基础上,较为详细地介绍了胶原蛋白在烧伤、烫伤、止血和眼科治疗及其组织工程中的应用和进展。关键词 胶原蛋白 烧伤 创伤 止血 眼科 临床医学 组织工程中图分类号 R318108文献标识码文章编号100223208(2005)0320239203TheProgressofCollageninClinicalMedicineLIU Huiling,WANG Dong,ZAHNG Jingang.Institute of TransfusionMedicine,Academy of Military Medical Sciences,Beijing100850【Abstract】Collagenhasmanyusefulfeaturessuchaslowantigenicity,controllablebiodegradation,biologicalabsorbableproperties,haemostaticproperties,abilitytopromotecellulargrowthandattachment.,whichmakeitanexcellentnaturallyoccurringbiomaterial,ithasawideapplicationinmedicinalindustryandclinicalmedicine.Theresearchprogressofcollageninclinicalapplicationinburns;wound,hemostasisandophthalmologyetc.,aswellasthecharacteristicandpreparationtechnologyofcollagen.【Keywords】collagenburnwoundhemostasisophthalmologyclinicalmedicinetissueengineering基金项目:全军“十五”指令性课题资助作者单位:军事医学科学院野战输血研究所(北京 100850)作者简介:刘慧玲(1976),女,研究实习员。E2mail:。胶原蛋白是哺乳动物体内含量最多的蛋白质,占体内蛋白总量的25%33%,具有特殊的机械性能和生物特性,起着支撑器官、保护机体的功能。胶原蛋白在医学中的最初应用可以追溯到公元175年,Galen医生首次将胶原蛋白作为可吸收的肠衣缝合线使用1。随着制备工艺的改进和修饰技术的发展,胶原蛋白已经成为一种性能优异、应用广泛的生物材料。根据临床要求的不同,对胶原蛋白进行相应的加工处理,制成止血粉剂、烧伤敷料、药物载体、心脏辨膜、血管、食管和气管的替代材料、外科用缝线等多种形态,配合各种用途使用,在临床医学上展现出良好的应用前景1,2。1 胶原蛋白的特性与制备工艺胶原蛋白是体内分布最广,构型变化多样的成分,具有很强的可塑性。结缔组织中大部分不溶性纤维是这种蛋白质构成的,它的分布遍及全身各个组织器官。胶原蛋白分子表面有许多极性侧基,如氨基、酰胺基、羧基、羟基、肽基等,能与水分子以氢键结合,在胶原分子周围形成一层水分子膜而呈胶体状态3。目前胶原蛋白可应用于生物、医药、化工、食品等领域,用途非常广泛,其制备方法相对简单。胶原水溶胶冷冻干燥,便可制得多孔的胶原海绵4,改变胶原溶液的浓度可控制胶原海绵的孔隙率。胶原膜的制备方法同胶原海绵的制备方法很相似,在空气中直接干燥即可得到膜5。动物真皮经胃蛋白酶分解后,除去非螺旋的端肽部分,沉淀并纯化得到无菌悬浮液,贮存于盐溶液中便可得到针剂型的胶原6。复合型的胶原产品则是在胶原水溶胶中掺入了其它的一些原料制备而成的。近年内,随着各种各样的胶原蛋白产品进入市场,胶原蛋白在生物技术产品中的应用倍受关注。2 胶原蛋白在烧伤治疗中的研究与应用烧伤是一种常见的疾病,胶原蛋白生物敷料具有制备方法简便、灭菌方便、易于加工等优点4,促进了其在烧伤治疗中的应用。Yannas5等人研究了10例使用胶原蛋白敷料的烧伤病人,无感染、炎症和排异反应。将自体上皮细胞被植入到胶原蛋白基质中,可完全替代皮肤7。国内王旭等人8利用人的真皮组织提取胶原溶液,冷冻干燥制备成胶原膜后,植入预先培养的纤维母细胞,形成人真皮类似物。胶原蛋白作为治疗烧伤的敷料,具有黏附性好、适于肉芽组织和上皮细胞形成、能减小伤口的挛缩和抗原反应、止血性能好、易吸收组织溢泌物等3特点,用于皮肤烧伤、烫伤的修补、治疗和护理,可以减轻和缓解烧伤、烫伤的程度,防止细菌性感染。目前胶原蛋白已成为各类创面敷料中的新宠。3 胶原蛋白在创伤外科中的应用胶原蛋白是以纤维或弹性纤维的形式发挥生理作用,对创伤组织的修复有重要意义,在创伤外科中主要用于外力所致的伤口、腿部溃疡和褥疮等的治疗9。Duun等人10设计出一种含有碳2纤维电极的交联胶原蛋白海绵,在电刺激作用下该海绵可加速创伤伤口的愈合。戊二醛胶原人工皮,可用于绿脓杆菌感染、慢性溃疡创面及 度切痂创面、且无排异反应,可望替代异体皮11。胶原蛋白用于创伤治疗中的特点除了具有抵抗原性、生物相容性的生物特性外,还具有类似真皮的物理形态结构和可适度交联及被组织吸收的物理化学特点。目前,胶原蛋白及其改性的产品在国内外被大量的投入生产。4 胶原蛋白在止血应用方面的研究胶原蛋白能够与血小板黏结、聚集起到止血的作用,它的三螺旋结构能够诱导血小板附着12,产生释放反映,而且能激活血液凝固因子,粘着在渗血的伤口上,对损伤的血管起到填塞的作用。国外对胶原止血材料的研究十分活跃,已经成功地用于肝、脾等富含血管的组织出血的治疗中,如肝脏吻合术、心脏手术及各种外科、内科手术13。另外,胶原蛋白海绵和微晶胶原止血剂已经成功地用于粘牙龈手术中来控制上颚等部位的止血,还可用于血管嫁接、局部肝切除、脑、胰、肝和肾伤口的止血中14。国内对胶原止血材料的研究起步较晚,军事医学科学院卫生装备研究所研制的胶原海绵止血材料止血效果良好15,用于体内创面的止血与治疗具有安全可靠性16。5 胶原蛋白用于眼科疾病的治疗胶原蛋白能够促进角膜上皮细胞的损伤的修复和细胞生长,在眼科疾病的治疗中应用相当广泛。胶原蛋白溶解于泪液中,具有引导上皮细胞潜入缺损区的能力,同时它的降解产物能被新生细胞利用,合成新的胶原,起到连接细胞的作用17。胶原蛋白作为眼球保护膜在眼科中被广泛研究和应用18。胶原蛋白还可以作为眼睛给药的载体,使药物在结膜囊内逐渐释放,从而在短时间内使眼内药物达到较高浓度,并保持较长时间,减少药物的全身毒性,具有广阔的发展前景19。实验表明,妥布霉素、庆大霉素、万古霉素和其它的一些抗生素的胶原蛋白保护膜,在角膜、泪液和眼房水中的药物浓度要高于通常的滴剂疗法的药物浓度20。国内对角膜的上皮愈合和胶原膜释药方面的研究也很成功21,22。随着该领域研究的深入,胶原蛋白在眼科疾病治疗中发挥着越来越重要的角色。6 胶原蛋白在组织工程中的应用组织工程是研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后功能和形态的生物替代物的新兴学科,它主要研究四个方面:种子细胞、支架材料、器官构建、临床使用。随着研究的深入,组织工程对于生物材料的要求越来越高。目前,生物可降解的胶原蛋白是组织工程中研究较多的一类材料,它具有生物相容性好,植入体内后能在体液、酶、细胞等的作用下发生降解,变成小分子物质被吸收或通过新陈代谢排出体外等特点23。胶原在组织工程中主要作为支架材料、皮肤、骨骼和生物工程膜代用品出现。胶原皮肤在皮肤更新和创伤处理方面有广泛的应用,主要以胶原海绵的形式作为人工皮肤使用,这在前面的叙述中已经有了详尽的叙述。胶原的结构对矿物沉积具有诱导作用,它的表面含有沉积矿物的位点,而且与非胶原基质蛋白,特别是与生长因子结合,可有效地引发和控制矿化过程,促进骨形成并诱发至植入物中作为骨骼代用品,骨骼代用品胶原与其他化合物或聚合物混合,可用于矫形外科24。随着胶原蛋白在组织工程方面的应用,进一步促进生物工程膜的发展,如血管膜、心脏瓣膜、韧带等。组织工程的最新进展将加深对天然胶原材料的研究,从中提取性能更好、重复性更强的生物材料。7 胶原蛋白在临床医学中其它方面的应用胶原蛋白在临床医学中还被广泛地用于美容矫形;硬组织修复、牙周疾病的治疗、牙周神经修复包裹材料、神经的修复与再生;人工器官、心脏起博器、人体内脏的充填物等,相关的动物实验及临床研究均比较成功1。美国亚利桑那州大学研制成一种含锌的避孕胶原蛋白阴道海绵,将海绵推至阴道上穹隆,即能阻止精子到达子宫颈,它在阴道内可放置2472h,无阴道刺激,可洗净再用。8 问题和展望胶原蛋白作为一种天然的生物材料使用具有诸多优点,有着许多实际的和潜在的用途,可以和其它生物材料结合以适用于不同的临床的要求。但胶原的耐用性、生物相容性及制备的高成本是其作为生物材料的主要限制因素。另外目前实验所用胶原大多来源于动物,对临床的研究不利或有所限制。但是,胶原蛋白作为一种新型的生物材料,是一个正待发掘的丰富宝藏,随着研究工作的不断深入,将会有更广阔的应用前景。参考文献1 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