1、胶原及其作为生物医学材料的应用胶原及其作为生物医学材料的应用姓名姓名:王重夕王重夕学号学号:2011207487contents4123一、胶原（一、胶原（Collagen）胶原是一种存在于动物体内细胞基质的纤维蛋白。它由一条或多条由-链组成的三螺旋结构分子交联而成。胶原在生物体内的存在胶原在生物体内的存在 胶原是细胞外基质中的主要组分，占哺乳动物体内蛋白质总量的25%30%，相当于体重的9%。胶原广泛存在于结缔组织、皮肤、骨骼、内脏细胞间质及肌腔、韧带、巩膜等部位，而角膜几乎完全由胶原组成。根据来源和结构组成的细微区别，将胶原分为I型XVIII型。胶原的氨基酸组成胶原的氨基酸组成组成小牛皮胶
2、原公牛皮胶原 小牛皮酸溶胶原猪皮明胶丙氨酸112105115.1110.8甘氨酸320334341326缬氨酸20191921.9亮氨酸25252423.7异亮氨酸111110.49.6脯氨酸138129113.3130.4苯丙氨酸131311.814.4酪氨酸2.64.72.83.2丝氨酸363839.736.5苏氨酸181718.217.1胱氨酸-蛋氨酸4.36.65.15.4精氨酸504847.148.2组氨酸54.61.960赖氨酸27252426.2天冬氨酸454844.646.8谷氨酸727273.772羟脯氨酸9492102.395.5色氨酸-1.胶原中缺少胱氨酸和色氨酸。2.甘
3、氨酸几乎占了1/3。3.含有羟赖氨酸和羟脯氨酸。4.脯氨酸含量为各蛋白质最高。5.N端氨基酸是焦谷氨酸几种胶原的氨基酸组成/（残基个数/1000个残基）二、胶原的结构与性质二、胶原的结构与性质甘氨酸Gly脯氨酸ProY 一级结构（氨基序列）一级结构（氨基序列）：在胶原分子的三螺旋段中，以甘氨酸-X-Y这样的三肽循环构成。其中X多为脯氨酸（约占20%30%）。胶原的结构胶原的结构 二级结构二级结构：每个胶原分子由三条-肽链组成。每条-肽链通过-螺旋、-折叠、-转角等等二级结构形成右手螺旋结构。三条-肽链平行缠绕成三螺旋结构（triple helix）。胶原的结构胶原的结构 三级结构三级结构：胶原
4、中的三级结构主要指胶原分子三条肽链之间次级键的作用。这些交联作用将三条链牢固地连接起来，使胶原具有很强的拉伸强度。四级结构四级结构：许多个胶原分子平行取向排列成束，首尾错位1/4,并通过共价键交联，形成稳定的胶原微纤维交联胶原、明胶和胶原蛋白胶原、明胶和胶原蛋白 胶原（Collagen）：三螺旋结构没有改变，还保留生物活性。明胶（Gelatin）：胶原的变性产物，三螺旋体共价键断开，三条肽链互不缠结，不具有生物活性。胶原蛋白（Collagen Peptide）：三螺旋结构彻底松开，形成自由肽链，且部分降解成多分散肽段，不具有生物活性 生物可降解性、低免疫原性；与宿主细胞及组织间的协调作用；止血
5、作用；物理机械性能；凝胶性 化学修饰胶原的性质胶原的性质表面功能官能团修饰化学交联复凝聚接枝共聚三、胶原作为生物医学材料的应用三、胶原作为生物医学材料的应用手术缝合线止血纤维/海绵代血浆敷料组织工程材料药物载体系统组织工程材料组织工程材料(Tissue Engineering)人工皮肤（skin replacement）:型胶原由于其性能优良且含量丰富，被广泛用于组织工程人工皮肤。目前，用于组织工程真皮支架材料的胶原的应用形式主要有胶原凝胶、胶原膜和胶原海绵。胶原凝胶 所含的交联剂无毒副作用，所需种植的细胞数量也较少，在体外可以同时重建真皮表皮。组织学表现也接近正常真皮，在维持细胞形态方面也有
6、优势。胶原膜 移植于创面后无明显炎症反应，宿主细胞能很快地浸润生长，可起到防止细菌污染伤口的屏障作用。胶原海绵 以胶原海绵为真皮支架。有利于血管化和细胞生长。胶原海绵又可以被机体降解吸收。组织工程材料组织工程材料 骨骼修复和人工骨（bone substitutes）：I型胶原通过增强成骨细胞蛋白激酶C的活性，促进成骨细胞定向分化为骨细胞。骨愈合期放置一个可阻挡成纤细胞的膜，组织纤维组织长入骨的缺损部位，为骨组织细胞的分化增殖提供引导空间。I型胶原交联成膜，用于组织引导。组织引导再生术 戊二醛交联的胶原与羟基磷酸钙和磷酸三钙共混制得多孔性生物陶瓷，有着良好的生物相容性。骨组织工程支架材料其他组织
7、工程材料其他组织工程材料人工食管人工血管心脏瓣膜角膜药物载体（药物载体（Drug Delivery Systems）胶原膜与胶原海绵：在胶原溶液中加入药物及交联剂，成膜制得。主要用于治疗局部组织感染和促进骨骼生长，也可作为基因载体。复合水凝胶：胶原-PHEMA水凝胶、胶原-PVA水凝胶、胶原-PNIPAM水凝胶等等。药物载体药物载体 胶囊：胶原微球与微粒Fig:Scanning Electron Microscopy of drug-free collagomers (collagen:lipid 1:10 w/w).ELRON GROSS I，GLUCKSAM Y，BITON I E，et
8、al A novel Diclofen accarrierfor local treatment of osteoarthrit is applying live animal MRIJJ Control Release,2009,135:65-70Upper panels:Images from an animal receiving a single treatment of intra-articular injection of Diclofenac(双氯芬酸)-collagomers at the drug dose of 1 mg/kg bodyweight.Middle pane
9、ls:Images from an animal receiving a single treatment of free Diclofenac given orally(by gavage)at the drug dose of 1 mg/kg body weight.Bottom panels:Imagesfrom an untreated animal.胶原用作基因载体胶原用作基因载体 去端肽胶原（Atelocollagen）Akihiko Sanoa,Miho Maedaa,Shunji Nagaharaa，et al.Atelocollagen for protein and gen
10、e deliveryJ.Advanced Drug Delivery Reviews,2003,55:1651 1677 胶原用作质粒胶原用作质粒DNA载体载体Fig.Conception of collagen-mediated gene delivery胶原用作质粒胶原用作质粒DNA载体载体Fig.Preparation of Minipellet containing pDNA胶原用作质粒胶原用作质粒DNA载体载体Long duration of gene expre-ssion and physiological effectby pDNA introduction using Min
11、ipellet.(a)Kinetic analysis of theserum HST-1 protein concentration.(b)Time course of plateletcount in mice.胶原用作胶原用作siRNA载体载体1.Atelocollagen,which is positivelycharged interacts with the negatively charged siRNA duplex to form an siRNA/Atelocollagen complex,a nanosize particle with a diameter of 100
12、300 nm.2.Atelocollagen is soluble at a lower temperature but solidifies to refibrill-ation at a temperature over 30C.Yoshiko Minakuchi,Fumitaka Takeshita,et al.Atelocollagen-mediated Synthetic small interferingRNA delivery for effective gene silencing in vitroand in vivoJ.Nucleic Acids Research,2004
13、,Vol.32,No.13胶原用作胶原用作siRNA载体载体Atelocollagen blocks degradation of siRNA by RNase A.Naked siRNA,siRNA/liposome and siRNA/Atelocollagen complexes were incubated in the presence of RNase A for 0,5,15,30,45 and 60 min at 37C and then agarose gel electrophoresed.The presence of siRNA was revealed by ethi
14、dium bromide staining.（抗核酸酶能力比较）Long-term inhibition of NEC8 cellgrowth by siRNA/Atelocollagen complex.HST-1/F G F-4 s i R N A(0.7 m g)w a stransfected into NEC8 cells by polycation-r e a g e n t a n d c o m p l e x e d w i t h 0.0 0 8%A t e l o c o l l a g e n（转染效率比较）胶原用作胶原用作siRNA载体载体胶原用作胶原用作siRNA载
15、体载体展望展望 胶原作为一种天然高分子生物材料，具有较低的免疫原性、优异的生物相容性和可生物降解性、可促进细胞生长和止血作用等特性，是一种理想的组织工程支架材料和药物释放载体材料。目前，胶原已应用于组织工程修复、眼角膜疾病、美容、矫形、创面止血等方面，在临床研究和应用上均取得了满意的结果。随着生物技术的发展，胶原的应用前景将会更为广阔。参考文献参考文献ELRON GROSS I，GLUCKSAM Y，BITON I E，et al A novel Diclofen accarrierfor local treatment of osteoarthrit is applying live ani
16、mal MRIJJ Control Release,2009,135:65-70Akihiko Sanoa,Miho Maedaa,Shunji Nagaharaa，et al.Atelocollagen for protein and gene deliveryJ.Advanced Drug Delivery Reviews,2003,55:1651-1677 Yoshiko Minakuchi,Fumitaka Takeshita,et al.Atelocollagen-mediated Synthetic small interferingRNA delivery for effecti
17、ve gene silencing in vitroand in vivoJ.Nucleic Acids Research,2004,Vol.32,No.13Lee,C.H.Singla,A.Lee,Y.Biomedical applications of collagenJ.International Journal of Pharmaceutics,2001,221(1-2):1-22杨延慧，严涵，等.胶原作为生物医学材料的应用研究J.安徽农业科学,2011,39(26):16137 16138杜春玲，姚菊明.胶原蛋白结构基础上的设计与合成J.生物工程学报,2007,23(2):189-194蒋挺大.胶原与胶原蛋白M.化学工业出版社
