医用胶原

胶原(collagen)是一种蛋白质，属于天然高分子材料。广泛存在于人和脊椎动物的结缔组织、皮肤、肌腱、骨和软骨中。医用胶原通常是从牛皮和牛肌腱中提取的。所有胶原都是以胶原纤维的形式存在。通过电子显微镜可以观察到胶原纤维是由胶原微纤维组成，而胶原微纤维则是由构成胶原的基本单位原胶原分子组成。原胶原分子中的每条α-肽链大约有1,000个氨基酸残基组成，所以原胶原的分子量为30左右。根据原胶原中α-肽链结构组成的区别，可将其分为四型：Ⅰ型原胶原由两种α-肽链组成；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型原胶原则由三条相同的α-肽链中氨基酸的组成和排列顺序可用 (甘-x-y)n公式来表示，式中的甘为甘氨酸，x、y分别代表其他氨基酸。其中甘氨酸约占氨基酸残基的1/3。近年来对原胶原_α1〔Ⅰ〕肽链氨基酸的组成及排列顺序已基本阐明，是由1,052个氨基酸残基组成，其氨基端16个氨基酸残基及羟基端25个氨基酸残基无上述(甘-x-y)结构，成为不能形成三股螺旋的伸展部分。中间部分仍为三股螺旋结构。原胶原肽链中含有羟辅氨酸及羟赖氨酸残基，除了补体C1的亚单位C1g和弹性蛋白外，在其他蛋白质中很少见。原胶原分子中不含色氨酸残基，酪氨酸残基也很少，所以分子的抗原性很弱。
胶原的提取方法 主要有酸提取法和酶水解法两种。
❶酸提取法：就溶解性来说，胶原可分为酸溶性胶原和不溶性胶原。前者固定在排列整齐的原胶原分子之间，常有一部分未能产生共价键交联，所以可用稀酸溶液提取，这部分胶原含量很少，在5%以下，通常用作胶原研究的标准品。后者则因原胶原分子间产生了共价键交联，所以形成的微纤维比较稳定，即使在稀酸溶液中也不能溶解。在胶原中酸不溶性胶原占绝大部分，这是医用胶原材料的主要来源。酸不溶性胶原在稀酸中虽不能制成均匀溶液，但研究证明，它可以溶胀，制成胶原分散液。无论是酸溶性胶原溶液或胶原分散液，当被加入中性盐或用氨水把溶液调节到中性或弱碱性时，均能再生胶原纤维，胶原的上述性质是酸提取胶原的依据。常用的酸为醋酸、丙二酸等；
❷酶水解法： 胶原不能被一般蛋白酶水解，只有胶原酶能专一作用原胶原分子的一定部位，使其断裂变性，然后才能被其他蛋白酶水解。常用的酶有无花果酶、胰酶、麦芽糖淀粉酶等。水解温度可控制在37℃或20℃，水解时间一般在15小时以上，提取胶原常用的原料为牛皮及牛腿深层肌键。
胶原的生物特性与临床应用 胶原是一种天然生物材料，其优点是胶原和活组织的组织相容性好，植入人体后无毒性，无刺激，能促进细胞增殖，加快创面愈合，并能被人体分解吸收、其分解产物无副作用。此外，胶原的可塑性好，容易加工成形，根据需要可将胶原制成不同浓度的分散液，甚至可以做成象面团一样的胶原团。因此胶原也称生物塑料。由于胶原有上述优点，所以近三十年来，胶原在生物医学工程尤其是在人工器官的研究上应用越来越广泛，有些制品早已经商品化。归纳起来，胶原可做成薄膜，可用来制备人工心瓣膜、人工皮、人工肾透析膜；做成管状，用作血管代用品；用再生胶原纤维研制可吸收外科缝线和止血剂；还可以用胶原制备人工肌腱、人工晶体、人工角膜和外科修补材料；将胶原作为药物载体可制备出缓释长效药物。
胶原与合成高分子材料相比，其制品的强度差，即使经醛类交链，其制品植入体内后，无论强度或形状都不能保持很久，这就限制了胶原的应用范围。为了克服胶原的这个缺点，从本世纪七十年代初，人们就开始研究胶原和合成高分子材料的复合物，这是一种新型的生物材料，它即有合成高分子材料强度高、植入体内不变形的优点，同时又具有胶原优良的组织相容性，用这种材料研制的人工气管早在1973年已用于临床。
中国对胶原材料及其制品的研究是从本世纪七十年代初开始的。首先将再生胶原纤维用作人工皮的毛面，获得了成功，并用于临床。随后对胶原缝线，胶原和聚乙烯、硅橡胶、聚氨酯、绦纶、聚氯乙烯等复合材料进行研究，都取得了满意的结果。
胶原和合成高分子是两类不同来源的材料，因两者都有各自的缺欠，因而在应用上都受到一定的限制。尽管近年来对合成材料研究取得了很大的进展，但在不少方面仍不能与天然高分子材料互相代替，因此在重研究合成高分子材料的同时，也要重视对胶原等天然高分子材料，尤其是天然材料和合成材料的复合物的应用研究。