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膠原--性能優越的生物醫學材料

2008/11/18        作者:admin

膠原是生皮中最主要的纖維蛋白,是制革工業的基本原料,人們將生皮鞣制成革實質上就是在膠原纖維的肽鏈間引入共價交聯,提高膠原纖維的機械強度,從而得到具有良好彈性和柔韌性的皮革。膠原不僅存在于生皮中,而且還以不同的形式存在于各種不同的組織中,如:軟骨、骨骼、肌腱和血管等。隨著科學技術的發展,人們對膠原的認識逐步深入,研究發現膠原具有許多獨特的結構、生化及生物學性質,這些性質使得膠原在生物醫學領域顯示出日益廣闊的應用前景。

  一、膠原用作生物材料的優越性
  1.1優良的機械性能。
  膠原單體是原膠原,原膠原分子為細長的三股螺旋鏈結構。膠原分子間依靠氫鍵、離子鍵、疏水作用來維持構像穩定,除這些作用外,分子內和分子鏈間的交聯賦予膠原高度的物理化學穩定性。膠原纖維具有很高的機械強度的重要原因,在于膠原中的天然交聯。因此,作為生物體中為結締組織提供強度的主要蛋白成分,膠原能在廣泛的范圍內滿足肌體對機械強度的要求。同時,膠原的這種結構特點有利于組織在受到外力作用時,使作用的能量耗散,避免膠原破裂。

  1.2可生物降解性。
  膠原具有緊密牢固的螺旋結構,絕大多數蛋白酶只能打斷膠原的側鏈,但膠原酶的水解作用能打斷膠原肽鍵,肽鍵一旦斷裂,其螺旋結構隨即被破壞,斷裂的膠原多肽可以被蛋白酶徹底水解。膠原蛋白能被生物降解,這就是膠原蛋白具有可生物降解性的原理。

  1.3纖維的再形成性。
  經純化的可溶性膠原可在體外再次形成與天然膠原纖維相似的有序纖維狀結構。

  1.4良好的生物相容性。
  膠原材料無論是在被吸收前作為形成新組織的骨架,還是被吸收同化進入宿主,成為宿主組織的一部分,都與細胞周圍的基質有著良好的相互作用,表現出良好的生物相容性,能逐漸成為具有正常生理功能細胞與組織整體的一部分。同時,膠原還可促進不同類型細胞生長。

  1.5凝血作用。
  膠原對血小板有凝聚作用,可形成血栓阻止流血,這是利用膠原蛋白制造止血棉等材料的基礎。

  1.6低免疫原性。
  與其它具有免疫性的蛋白質相比,膠原的免疫原性非常低。

  二、膠原生物材料的應用
  2.1心臟瓣膜。
  早在1969年科學家就用豬心臟瓣膜通過化學的方法交聯膠原,使其固定,成為了一種性能穩定的生物假體。這種生物瓣膜的主要優點是:強度高、耐久性長。雖然它們也會隨著時間的推移而出現變質現象,但變化速度緩慢,不會像機械裝置發生突然損壞。生物瓣膜的另一突出優點是引發血栓栓塞并發病的頻率比較低,患者不必進行長期的抗凝治療。

  2.2血管修復。
  由于心血管疾病日益增加,對替換血管裝置的要求越來越多。與用合成的生物醫用材料制備的裝置相比,膠原基裝置具有感染性低、宿主組織能向裝置中滲入生長而不需要高密度孔結構,以及可與天然血管在物理性質上較好的匹配等優點。

  2.3創傷、燒傷修復材料。
  膠原敷料有多種形式,如膜片、海綿狀及粒狀等,能重新溶解,能吸收創傷滲出液,可與宿主細胞外基質相互作用,以促進細胞在新結締組織上的粘附、移動、生長和沉積;能誘導分化、誘導成纖維細胞的趨化性,延遲傷口收縮,加速創傷修復。

  2.4膠原止血劑。
  膠原與血小板作用后,引起后繼的與血液聚集相關聯的一系列過程的進行,從而可迅速凝血。

  2.5注射膠原。
  可溶性膠原膠原經純化后可制成注射膠原。這類膠原產品的優勢在于它的非免疫性、可再次形成與天然膠原纖維相似的纖維結構,并與宿主細胞和其它結締組織成分保持正常的相互作用。這種純化的膠原產品可廣泛應用于臨床各科以及矯形、整形等醫學美容方面。
除此而外,利用膠原還可制成醫用手術縫合線、微膠囊、人工氣管、食管、緩釋藥物等。
  總之,膠原的各種特性使得其自身成為一種理想的生物材料。相信,隨著人們對膠原研究的不斷深入,膠原將在各個不同領域得到更加廣泛的應用,造福人類。

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