Fischkollagen als neues biomedizinisches Material

Fisch-Kollagen-Protein-Pulver Grundstruktur

Fischkollagenpulver stammt hauptsächlich aus Geweben wie Fischhaut und -schuppen (Typ I), und eine kleine Menge stammt aus Geweben wie Knorpel (Typ II), Fischdarm (Typ III) und Muskeln (Typ V).Da Kollagen in der biologischen Evolution hochgradig konserviert ist, ähnelt die Struktur von Fischkollagen anderen Kollagenen, was eine strukturelle Grundlage für seinen teilweisen Ersatz von aus Säugetieren stammendem Kollagen für die Translationsmedizin bildet.Wenn man Fischkollagen vom Typ I als Beispiel nimmt, hat sein Molekül eine typische Tripelhelix, die eine [α1][α2]-Struktur hat, und die Molekulargewichte von α1 und α2 betragen etwa 120 kDa bzw. 110 kDa.Im Gegensatz zu Säugetieren wie Schweinen und Rindern sind Fische jedoch wechselwarme Tiere, und ihre Kollagenstruktur ist ebenfalls spezifisch, und der Iminosäuregehalt (die Summe aus Prolin- und Hydroxyprolingehalt) in ihrer Aminosäurezusammensetzung ist deutlich geringer als der von Kollagen aus terrestrischen Säugetieren, hat daher einen geringen intermolekularen Vernetzungsgrad und eine geringe thermische Stabilität.Die Denaturierungstemperatur von Kollagen aus Landsäugetieren beträgt im Allgemeinen 37–40 °C und die von Fischkollagen meistens 28–32 °C (die thermische Stabilität von Kollagen in Warmwasserfischen ist höher als die in Kaltwasserfischen). .Um die Denaturierung von Fischkollagen zu vermeiden, muss die Temperatur während des Herstellungsprozesses strikt unterhalb der Denaturierungstemperatur kontrolliert werden.In der translationalen Medizinforschung sollten entsprechende Derivatisierungsmodifikationen nach Bedarf durchgeführt werden, um ihre Stabilität zu verbessern.

Grundtypen und Funktionen von häufig verwendetem Fischkollagenpeptid

Es gibt 3 Arten von häufig verwendetem Fischkollagen: Fischkollagengelatine, Fischkollagenpolypeptid und nicht denaturiertes Fischkollagen.Die ersten beiden sind denaturiertes Fischkollagen, und das letztere behält effektiv die natürliche aktive Struktur von Kollagen bei.Die drei haben aufgrund ihrer unterschiedlichen Strukturen und Leistungen unterschiedliche Verwendungszwecke.

Fischkollagengelatine ist ein teilweise denaturiertes Kollagenprodukt.Es wird hauptsächlich in Kulturmedien, Weichkapseln, Lebensmittelzusatzstoffen usw. verwendet. Die Gelatinierungstemperatur und der Schmelzpunkt liegen bei 8-25 °C bzw. 11-28 °C, was niedriger ist als bei Gelatine von Schweinen oder Rindern., sein Gel-Sol ist eine reversible Reaktion und kann als temperaturempfindliches Material auf dem Gebiet der verzögerten Freisetzung von Arzneimitteln oder der Gewebezüchtung verwendet werden.

Fisch-Kollagenpeptide sind hydrolysierte Produkte von Kollagen, und Peptide mit unterschiedlichen Molekulargewichten haben unterschiedliche biologische Aktivitäten.Es wird allgemein angenommen, dass Peptide von 1-10 kDa und weniger als 1 kDa antibakterielle Aktivität haben und ihre antibakterielle Aktivität positiv mit dem Gehalt an molekularen Kationen korreliert.Aufgrund des relativ hohen Gehalts an Gly und Pro und seiner relativ hohen Hydrophobizität, die der Erhöhung der Fettlöslichkeit förderlich ist, ist die antioxidative Wirkung von Fisch-Kollagenpeptiden besser als die von Schweine- und Rinder-Kollagenpeptiden.Darüber hinaus ähnelt die Struktur des Fischkollagenpeptids der des blutdrucksenkenden Peptids, das eine stärkere blutdrucksenkende Wirkung hat.Darüber hinaus können Fischkollagenpeptide die Adhäsion von Zellen in vitro wirksam fördern und die Proliferation von Epidermiszellen und die Proteinsekretion von Fibroblasten fördern.

Das Molekulargewicht von nicht-denaturiertem Fischkollagen ist niedriger als das von Schweine- und Rinderkollagen (< 30 kDa), und das aus Fischschuppen und Fischhaut stammende Kollagen vom Typ Ⅰ ist das wichtigste.Aufgrund des geringen Grades an intermolekularer Vernetzung ist nicht denaturiertes Fischkollagen auch in neutraler Salzlösung oder schwacher Säurelösung bei niedriger Temperatur leicht löslich, und seine Funktionsfähigkeit ist besser als die von Säugetierkollagen.Es kann als blutstillendes Material, Gewebefüllmaterial, Gerüstmaterialien für Gewebetechnik usw. in der medizinischen Forschung verwendet werden.Derzeit hat die Europäische Union 1 blutstillendes Fischkollagenprodukt zugelassen, und viele diesbezügliche Studien über Fischkollagen als medizinisches Material sind ebenfalls im Gange.

Forschungsfortschritt von Fischkollagenpeptidpulver als neues biomedizinisches Material

Die Anwendung von Fischkollagen im klinischen Bereich ist ein aufstrebender Forschungsschwerpunkt, und die Ergebnisse haben sich nicht stark verändert.Fischkollagen als blutstillendes Material hat die höchste Forschungskonzentration und technische Reife und hat Durchbrüche in der Transformation erzielt.Eucare Pharmaceuticals (Indien) hat eine Reihe von hämostatischen Produkten auf Fischkollagenbasis (NeuSkin-F®, Helisorb® Sheet, BioFil ®, BioFil®-AB usw.) auf den Markt gebracht, die für die Hämostase und Heilung verschiedener Wunden wie Wunden, Verbrennungen, chronische Geschwüre usw. Einige Produkte haben das europäische Konformitätszeichen (CE) erhalten.Obwohl das offizielle Produkt in Indien hergestellt wurde, gibt es keine Literaturunterstützung für die klinischen Daten und grundlegenden Anwendungsinformationen in Bezug auf das Produkt, und der Grad der Internationalisierung der Marktexpansion ist nicht hoch.Fischkollagen als Wundversorgungsmaterial, Gewebereparaturmaterial, Gewebeersatz, 3D-Druckmaterial und Material mit verzögerter Freisetzung von Arzneimitteln ist ein relativ konzentrierter Forschungsschwerpunkt, aber es wurde kein Durchbruch erzielt.

1. Materialien zur Wundversorgung

Ähnlich wie Kollagen aus Säugetieren kann auch Fischkollagen an Blutplättchen haften, wodurch eine schnelle Blutstillung erreicht wird.Derzeit werden nur von Eucare Pharmaceuticals (Indien) entwickelte hämostatische Produkte auf Fischkollagenbasis mit CE-Zertifizierung vermarktet und können für verschiedene Wundversorgungen und -reparaturen verwendet werden.Weder die US-amerikanische FDA noch die CFDA meines Landes haben solche Produkte zugelassen.Die thermische Denaturierungstemperatur von Kollagen, das von Pal et al.kann 35,2°C erreichen und hat eine gute Stabilität.Es kann die Wundheilung, Epithelisierung und Gewebereparatur wirksam fördern und soll als Hautersatz bei der Behandlung von Vollhautverletzungen eingesetzt werden..Zhu Weiet al.fanden heraus, dass Fischschuppenkollagen die Wundheilung in immungeschwächten Mausmodellen fördern kann, indem es die Expression von PDGF, TGF-β und anderen Faktoren fördert und die Aggregation und Aktivierung von Makrophagen steuert.Eine große Anzahl von Studien hat bestätigt, dass Fischkollagen nicht reizend und nicht sensibilisierend ist und eine geringe Immunogenität aufweist.Es kann Blutungen schnell stoppen und die Wundheilung fördern, wenn es in der Wundversorgung verwendet wird.Die Modifizierung durch Pfropfen oder Derivatisierung kann nicht nur die Stabilität von Fischkollagenmaterialien verbessern, sondern sie auch mit mehr biologischen Aktivitäten, wie z. B. antibakteriellen Eigenschaften, ausstatten.Darüber hinaus kann Fischkollagenpolypeptid als Abbauprodukt auch eine entzündungshemmende Rolle spielen, indem es die Expression von Entzündungsfaktoren reguliert, wodurch eine Basis für Fischkollagen zur Verwendung bei der Reparatur von feuerfesten Wunden bereitgestellt wird.

2. Gewebereparaturmaterialien

Neben der Verwendung als Hautersatzmaterial kann Fischkollagen auch in der regenerativen Medizin als eine Vielzahl von Gewebereparaturmaterialien verwendet werden.In der Orthopädie haben Mredha et al.Zubereitetes Hydrogel mit Kollagen, das aus der Schwimmblase des besten Störs gewonnen wurde.Das Hydrogel kann eng mit dem Knochen verbunden werden, hat eine hohe Festigkeit und eine gute Tragfähigkeit und soll als eine neue Generation von orthopädischen Transplantaten für künstlichen Knorpel verwendet werden.und Reparatur von Knochendefekten.In der Zahnmedizin haben Zhou et al.untersuchten die Wirkung von Fischkollagen/bioaktivem Glas/Chitosan-Hybrid-Nanofasermembranen auf Wurzelfurkationsläsionen bei Hunden und stellten fest, dass sie die Osteogenese fördern und die Regeneration von parodontalem Gewebe induzieren können, von dem erwartet wird, dass es als Leitgewebe dient. Die Regeneration kombiniert mit Knochentransplantat-Reparaturmembran wird klinisch verwendet.

3. Gewebeersatz

Fischkollagen kann auch in der Gewebezüchtung als eine Vielzahl von Gewebeersatzstoffen verwendet werden.Li et al. fanden durch In-vitro-Experimente heraus, dass das neue Fisch-Kollagengerüst eine gute Biokompatibilität für die Aktivität und Proliferation von embryonalen Fibroblasten der Maus aufweist;Durch In-vivo-Experimente wurde festgestellt, dass das Gerüst die Adhäsion von Gehirngewebe verhindern, Entzündungen reduzieren und die Bildung von Fibroblasten fördern kann. Membranersatz.fanden heraus, dass die aus Fischschuppen gewonnene Kollagenmatrix als Ersatz für menschliches Hornhautgewebe verwendet werden kann.Seine Lichtdurchlässigkeit und Streueigenschaften sind im Wesentlichen die gleichen wie die der menschlichen Hornhaut.Es hat keine Zytotoxizität und keine Immunogenität.Es hat eine gute Biokompatibilität mit der Hornhaut und kann die grundlegenden Kriterien für die Verwendung als Gerüst für die Hornhautrekonstruktion erfüllen.

4. 3D-Druckmaterialien

3D-Biodruck ist eine sich schnell entwickelnde Technologie zur Herstellung von Biomaterialgerüsten.Derzeit sind die hauptsächlich verwendeten Strukturproteine ​​Kollagen, Fibrin und Seidenfibroin.Obwohl Kollagen eine geringe mechanische Stabilität aufweist, kann dieses Problem durch Drucken in andere Materialien oder durch Vernetzen gelöst werden.Gleichzeitig hat Kollagen scherverdünnende Eigenschaften und seine Gelierung hat temperatur- und pH-abhängige Eigenschaften, die für den Einsatz in der 3D-Drucktechnologie von Vorteil sind.Verglichen mit Kollagen, das von Landsäugetieren stammt, hat Fischkollagen eine ähnliche Struktur und Eigenschaften, ist jedoch biologisch sicherer und kann aus einer großen Menge Fischabfall verarbeitet werden, der eine reichlich vorhandene Quelle darstellt.Daher hat Fischkollagen ein großes Potenzial als 3D-Druckmaterial.

5. Materialien zur Wirkstofffreisetzung

In den letzten Jahren wurde Fischkollagen auch allmählich auf dem Gebiet der Materialien mit verzögerter Freisetzung von Arzneimitteln eingesetzt.Das von Cao et al.kann die Geschwindigkeit der langsamen Freisetzung anpassen, indem das Verhältnis von Fischkollagen, Chitosan und Chondroitinsulfat und die Größe der Mikrokügelchen gesteuert wird, während die Integrität und biologische Aktivität erhalten bleibt, was voraussichtlich auf die Hautgewebezüchtung angewendet wird.Unter Verwendung von natürlichem, aus Fischen gewonnenem Kollagen als Matrixmaterial und Rhodamin B als Zieldroge für die simulierte Beladung diskutierten Zhang Ming und andere die Unterschiede in der Beladungsrate und der langsamen Freisetzungswirkung der Materialien mit verzögerter Freisetzung, die mit unterschiedlichen Methoden hergestellt wurden, und fanden dies heraus eine Erhöhung der Kollagenkonzentration im Material kann die Beladung deutlich erhöhen.Rate und anhaltender Freisetzungseffekt.

Die Vorteile von Fischkollagenproteinpulver als neues biomedizinisches Material

1. Gute Biosicherheit

Fischkollagen ist in Struktur und Funktion dem von Landsäugern stammenden Kollagen ähnlich, weist jedoch eine geringere Immunogenität, eine bessere Sicherheit, ein geringeres Risiko einer zoonotischen Virusübertragung und eine höhere Sicherheit bei der klinischen Anwendung auf.In-vivo- und In-vitro-Biokompatibilitätsstudien zeigten, dass der Sterilitätstest des Fischkollagengelextrakts negativ war und Zytotoxizität, Sensibilisierung, Chromosomenaberration, intradermale Reaktion, akute systemische Toxizität, Pyrogenreaktion und Hämolysereaktion alle negativ waren.Negativ, es ist ein vielversprechendes medizinisches Biomaterial.

2. Kann religiöse Barrieren in bestimmten Regionen und Gruppen umgehen

Aufgrund religiöser Überzeugungen und anderer Probleme können aus Schweinen gewonnene Kollagen-Medizinprodukte in islamischen Ländern und Regionen nicht klinisch verwendet werden, während Fischkollagen keine religiösen Barrieren aufweist und Patientengruppen in verwandten Regionen und Ländern reibungsloser zugute kommen kann.

3. Reichhaltige Quellen

Unser Land ist ein großes Land für aquatische Produkte und produziert jedes Jahr eine große Menge an Nebenprodukten der Fischverarbeitung (etwa 40 % davon sind Fischhäute), aber diese Nebenprodukte werden oft als Abfall betrachtet und weggeworfen, ihr potenzieller Wert ist ernsthaft ignoriert und kann auch Umweltverschmutzung verursachen.Umweltverschmutzung usw. Die Anwendung und Entwicklung von Fischkollagen im medizinischen Bereich bietet nicht nur eine wirtschaftlichere und sicherere Quelle für neue Kollagenmaterialien, sondern erhöht auch den Mehrwert von Fischhaut, einem Nebenprodukt der Verarbeitung aquatischer Produkte, erheblich und reduziert sie der Druck auf den Umweltschutz, der im Einklang mit dem nationalen Ziel steht, eine strategische Ausrichtung der Meeresenergie aufzubauen.