何静

（陕西学前师范学院化学与化工系，陕西 西安 710100）

胶原蛋白在生物医药工程中的应用研究进展

何静

（陕西学前师范学院化学与化工系，陕西 西安 710100）

胶原蛋白是用途最广泛的生物材料之一，其良好的生物相容性和安全性使其成为生物医药工程材料的主要来源。胶原蛋白可制成膜、海绵、微胶囊、水凝胶等用于药物传输系统的材料，亦可制成人工皮肤、人工骨、人工血管等用于组织工程的材料。本文针对胶原蛋白在生物医药工程中的应用进行了综述，并探讨了其中各个领域的优缺点。

胶原蛋白；生物材料；药物传输系统；组织工程

胶原蛋白是哺乳动物中含量最丰富的蛋白，大约占机体总蛋白量的20-30%，在人体组织和器官的形成过程中发挥着重要作用，而且与机体细胞的多种功能表达有着密切关系。与其他天然聚合物（如白蛋白和明胶）相比，胶原蛋白表现出良好的生物降解性、弱抗原性以及优越的生物相容性［1］。

胶原蛋白用于生物医药工程材料的主要优点体现在：在活的生物体中广泛存在且易于提纯；弱抗原性；生物降解性及生物可重复吸收性；无毒，生物相容性良好；与其他生物活性成分的协同性；生物可塑性；止血性；生物降解速度可控；易改性成所需的材料；与合成聚合物相容性良好。

1　以胶原蛋白为基体的药物传输系统

1.1海绵

胶原蛋白海绵在治疗严重烧伤和多种类型的创伤方面有着广泛的用途，能够吸收大量的组织渗出液，防止湿伤口干结而起到润滑作用［2］。胶原蛋白海绵的植入实验表明烧伤部位皮肤的修复速度加快［3］。为了获得更好的弹性和流动性，可将胶原蛋白与其他材料进行复合，例如弹性蛋白、纤连蛋白和葡糖氨基聚糖类物质。

胶原蛋白海绵用作药物传输系统具有多方面的优势，如杀精剂实现可控释放、降低组织刺激性、无副作用，几天后胶原自动被机体吸收。其主要缺点为难以保证充足的供应、较难保存、机械强度较差。

1.2水凝胶

在胶原蛋白用于可控的药物传输系统方面，较为成功的一个应用实例是以胶原蛋白为基体的可注射型水凝胶。将胶原蛋白与肾上腺素复合制成可注射型水凝胶以传输5-氟尿嘧啶，可用来治疗癌症［4］。将上述水凝胶给实验小鼠瘤内注射后，可观察到5-氟尿嘧啶通过扩散的方式逐渐消失，其治疗效果有所改善。皮下注射可溶性胶原蛋白的实验表明：胶原蛋白具有修复皮肤损伤的功能［5］。

2　以胶原蛋白为基体的组织工程系统

2.1人工皮肤

Ⅰ型胶原蛋白，因为其较高的机械强度和较好的生物相容性适合制备人工皮肤［6］。以胶原蛋白为基体制备人工皮肤，不仅有利于表皮细胞和成纤维细胞的生长繁殖，而且能够增强其与创面的黏附，降低出血和细菌感染的几率，从而提高人工皮肤移植的成活率。

2.2人工骨

胶原蛋白可诱导骨组织产生某些蛋白质，如骨形态发生蛋白2（rhBMP-2）［7］。由于其所具有的骨诱导性活性，近年来胶原蛋白广泛用于制备人工骨材料［8］。将Ⅰ型胶原蛋白与N-端肽交联制备的复合材料可用于骨吸收的标志物，而且在临床上可用于前列腺癌和乳腺癌发生骨转移的标志物［9-10］。

综上所述，作为一种生物材料，胶原蛋白在药物传输系统和组织工程方面有着广泛的用途。通过对药物传输系统本质的研究，可在设计有效配体时确定必需的参数，而且为组织生长和分化提供指导，对明确特定组织基因表达的生物活性信号具有重要意义。因此，以胶原蛋白为基体的生物材料将是今后生物医药工程应用中的一种常见基质。

［1］Maeda M，Tani S，Sano A，et al.Microstructure and release characteristics of the minipellet，a collagen-based drug delivery system for controlled release of protein drugs［J］.Journal of Controlled Release，1999，62（3）：313-324.

［2］Geesin J C，Brown L J，Liu Z，et al.Development of a skin model based on insoluble fibrillar collagen［J］.Journal of Biomedical Materials Research，1996，33（1）：623.

［3］Boyce S T，Christianson D J，Hansbrough J F. Structure of a collagen-GAG dermal skin substitute optimized for culturedhumanepidermalkeratinocytes［J］.Journalof Biomedical Materials Research，1988，22（10）：939-957.

［4］Sahai A，Kanekal S，Jones R E，et al.An injectable sustainedreleasedrugdeliverysystemmarkedlyenhances intratumoralretentionofC14-fluorouracilinmurinefibro sarcomas［J］.Pharm.Res，1995（12）：227.

［5］Remacle M，Dujardin J M，Lawson G.Treatment of vocal fold immobility by glutaraldehyde-cross-linked collagen injection：long-term results［J］.Annals of Otology Rhinology& Laryngology，1995，104（6）：437-441.

［6］Rao K P.Recent developments of collagen-based materials for medical applications and drug delivery systems［J］. J Biomater Sci Polym Ed，1995，7（7）：623-645.

［7］Reddi A H.Morphogenesis and tissue engineering of boneandcartilage：inductivesignals，stemcells，and biomimetic biomaterials［J］.Tissue Engineering，2000，6（4）：351-359.

［8］Murata M，Huang B Z，Shibata T，et al.Bone augmentation by recombinant human BMP-2 and collagen on adult rat parietal bone［J］.International Journal of Oral& Maxillofacial Surgery，1999，28（3）：232-237.

［9］Ulrich U，Rhiem K，Schmolling J，et al.Cross-linked type I collagen C-and N-telopeptides in women with bone metastases from breast cancer［J］.Archives of Gynecology& Obstetrics，2001，264（4）：186-190.

［10］Kobayashi Y，Ochi M，Tokue A.Clinical usefulness of crosslinked N-telopeptide of type I collagen as a bone metastatic marker in patients with prostate cancer：comparison with serum PICP，PINP and ICTP［J］.Hinyokika，2000（46）：869-872.

Research Progress of Collagen Protein Application in Biomedical Pharmaceutical Engineering

He Jing
（School of Chemical and Chemical Engineering，Shanxi Xueqian Normal University，Xi'an Shanxi 710100）

Collagen proteinis one of the most widely used biological materials，its good biocompatibility and safety makeit become a major source of biomedicalpharmaceuticalengineering materials.Collagen can be made into mem⁃brane，sponge，micro capsule，hydrogel and other materials used in drug delivery system，can also be made into ar⁃tificial skin，artificialbone，artificial blood vessels and other materials used in tissue engineering.In this paper，the application of collagen protein in biological pharmaceutical engineering is reviewed，and the advantages and disadvantages of variousfields are discussed.

collagenprotein；biological materials；drug delivery system；tissue engineering

R318

A

1003-5168（2015）05-0104-2

2015-4-26

陕西学前师范学院校级科研基金项目（2014QNKJ072）。

何静（1987-），女，硕士，助教，研究方向：蛋白质工程。