第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

一、醫(yī)用膠原蛋白技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

膠原蛋白的結(jié)構(gòu)與性能表明它是一類優(yōu)良的可用于引導(dǎo)組織再生的生物材料，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。

1、天然真皮替代物

主要有2種類型：一種是除去表皮層的異體真皮；一種是無(wú)細(xì)胞真皮。無(wú)細(xì)胞真皮可以是異體皮，也可以是人皮。關(guān)于無(wú)細(xì)胞異體真皮及無(wú)細(xì)胞真皮的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外均有報(bào)道，可用于治療深度燒傷創(chuàng)面。而無(wú)細(xì)胞人體真皮的來(lái)源十分有限，特別是存在傳播惡性疾病的危險(xiǎn)（尤其是艾滋病）。由于上述原因，在很大程度上，天然真皮替代物的應(yīng)用受到限制。

2、人工皮膚

過去國(guó)內(nèi)外基于皮膠原蛋白的組織工程材料主要是明膠、膠原蛋白凝膠及其與天然生物材料、高分子化合物的混合物。迄今為止，已有的人工皮膚或醫(yī)用膠原蛋白膜的應(yīng)用范圍極為有限，所有的人工皮膚都不能全面地滿足醫(yī)療手術(shù)的要求。究其原因，主要是存在以下不足：（1）作為皮膚的替代物，由于不能重建毛囊、汗腺、脂腺等皮膚附件，從而在相當(dāng)程度上降低了患者對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力；（2）血管化較慢；（3）抗感染能力差；（4）力學(xué)性能差，在含水條件下難以塑形，不利于人體內(nèi)部器官的重建；（5）體外及新生組織細(xì)胞產(chǎn)生的膠原蛋白酶極易將其降解。材料在體內(nèi)降解吸收過快，使得材料不能與體內(nèi)的組織細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖的速度相匹配等等。

針對(duì)上述問題， 研究 者們主要采取了三個(gè)方面的措施：第一，通過對(duì)人工皮膚或醫(yī)用膠原蛋白膜的改性來(lái)提高其力學(xué)性能；改性的方法主要是物理方法交聯(lián)（如熱交聯(lián)、UV和γ射線交聯(lián)等）、化學(xué)方法交聯(lián)（如使用甲醛、戊二醛進(jìn)行交聯(lián)）、接枝改性（如使用RGD肽）及低溫等離子改性等等；第二，多種材料復(fù)合，提高其綜合性能；第三，使用生長(zhǎng)因子。 研究 人員通過利用促進(jìn)血管形成的生長(zhǎng)因子包裹支持組織的多聚物載體而成功地促進(jìn)了在實(shí)驗(yàn)室里生長(zhǎng)的生物人工組織的血管發(fā)生。

3、可注射性膠原蛋白

主要用于整形美容，是糾正皮膚凹陷型缺陷的最理想材料，其主要適應(yīng)證為皺紋、尋常痤瘡疤痕、小型外傷疤痕等缺陷的填充矯正。此外，對(duì)糖尿病患者在其病變部位注射膠原蛋白有助于足部潰瘍和褥瘡的修復(fù)。應(yīng)用較為廣泛的膠原蛋白植入物是可注射性膠原蛋白溶液，主要用于矯治由于年老、創(chuàng)傷、疾病和先天性畸形所引起的外形異常等。

4、可降解膠原蛋白縫線

由于膠原蛋白植入物在人體內(nèi)會(huì)降解為氨基酸而被人體吸收，因而利用膠原蛋白制成的膠原蛋白縫線用于特殊的醫(yī)療手術(shù)具有重要意義。臨床應(yīng)用表明，可吸收的膠原蛋白縫線用于眼科的角膜手術(shù)中，很少有不良反應(yīng)。此外，還有關(guān)于在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中利用經(jīng)過純化的膠原蛋白膜（厚度0.0013mm）作角膜移植并用液狀膠原蛋白替代晶狀體的報(bào)道。

5、止血海綿

研究 表明，膠原蛋白不僅能夠誘導(dǎo)血小板附著，產(chǎn)生釋放反應(yīng)，而且能夠激活血液的凝固因子，粘接在滲血的傷口上，對(duì)已經(jīng)損傷的血管起填塞作用，從而達(dá)到止血的目的。臨床應(yīng)用表明，與藻酸鈣、藻酸海綿、凝血增強(qiáng)纖維泡沫、增凝明膠海綿及氧化纖維素等常用的止血?jiǎng)┫啾龋z原蛋白的止血率高，副作用小，因而是一種理想的止血材料。

利用膠原蛋白研制膠原蛋白止血海綿，國(guó)外一直十分活躍，國(guó)內(nèi)目前尚處于起步階段，但發(fā)展還是很迅速的。

據(jù)報(bào)道，國(guó)外已經(jīng)有粉狀及片劑的微晶膠原蛋白止血?jiǎng)⒗w維織物止血?jiǎng)┖秃＞d止血?jiǎng)┑?。一種取自牛跟腱的無(wú)過敏性、無(wú)菌異種凍干膠原蛋白已廣泛應(yīng)用于臨床，并取得良好效果。國(guó)內(nèi)也有類似產(chǎn)品問世。

6、組織引導(dǎo)材料

目前國(guó)內(nèi)已有醫(yī)用組織引導(dǎo)再生膠原蛋白膜產(chǎn)品面市。臨床應(yīng)用表明：此種醫(yī)用膠原蛋白膜具有特有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可參與組織愈合過程并能引導(dǎo)、促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)；具有顯著引導(dǎo)/誘導(dǎo)組織再生的作用，使創(chuàng)面實(shí)現(xiàn)功能性、再生性的愈合；物理機(jī)械性能優(yōu)異，手術(shù)操作簡(jiǎn)便，生物相容性好，無(wú)抗原性，不引起三致反應(yīng)，可降解、吸收，不需二次手術(shù)取出；可廣泛應(yīng)用于軟、硬組織損傷的修復(fù)，如口腔科、骨科、整形外科、五官科、神經(jīng)外科及肌腱斷裂和臟器穿孔等的治療。

與此材料匹配的是膜引導(dǎo)組織再生技術(shù)（GTR技術(shù)）。GTR通過引導(dǎo)膜機(jī)械地阻礙非目的細(xì)胞（如表皮細(xì)胞）進(jìn)入組織修復(fù)區(qū)，可使目的細(xì)胞（如骨細(xì)胞）在修復(fù)區(qū)濃集，以達(dá)到組織定向修復(fù)的目的。GTR技術(shù)最早應(yīng)用于四肢長(zhǎng)骨，20世紀(jì)80年代初，逐漸應(yīng)用于口腔科。GTR引導(dǎo)膜主要有2種：一種是非生物降解膜，如聚四氯乙烯膜；一種是可生物降解膜，主要有膠原蛋白膜和凍干硬腦膜等。由于非生物降解膜較堅(jiān)硬，易造成軟組織裂隙、膜暴露、細(xì)菌感染等，且需要實(shí)施二次手術(shù)除去，故在臨床中已傾向于采用可生物降解的GTR引導(dǎo)膜。

7、用于骨組織工程中的“Ⅰ型膠原蛋白X”植入材料

Ⅰ型膠原蛋白是骨骼中的主要結(jié)構(gòu)蛋白，約占有機(jī)基質(zhì)的90!。膠原蛋白在骨組織工程中可以有3種作用：①作為支架材料，可為骨細(xì)胞的長(zhǎng)入提供支架，促進(jìn)新骨生成；②利用膠原蛋白的止血性能；③具有覆蓋陶瓷或金屬植入物的功能。目前，國(guó)內(nèi)外一般利用膠原蛋白與羥基磷灰石結(jié)合制成復(fù)合材料，植入人體，以修復(fù)骨缺損。例如，瑞典開發(fā)出一種Colipat植入物，它就是由從豬皮中提取的膠原蛋白與純度為90!的羥基磷灰石以5:1的比例混合制成。據(jù)報(bào)道，該材料已用于臨床實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明無(wú)炎癥反應(yīng)，且具有良好的生物相容性。由Zimmer等公司開發(fā)出的作為植骨替代物的生物材料被稱為Collagraft，其中含有從牛真皮膠原蛋白中提取的純化膠原蛋白纖維絲和羥基磷灰石/三磷酸鈣陶瓷，可將Collagraft與自體骨髓相混合，自體骨髓能提供成骨前體細(xì)胞。臨床應(yīng)用表明，大多數(shù)患者對(duì)膠原蛋白未發(fā)生免疫反應(yīng)。即使有些患者產(chǎn)生牛膠原蛋白抗體，對(duì)植入物的療效和安全性也均無(wú)影響。

二、醫(yī)用膠原蛋白發(fā)展限制

大量的 研究 結(jié)果表明，膠原蛋白的性能可以滿足用于作為表皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、角膜細(xì)胞、軟骨細(xì)胞及骨細(xì)胞的培養(yǎng)基質(zhì)。

1、利用膠原蛋白制做組織工程支架材料，尚存在以下亟待解決的問題：

1）力學(xué)性能差，在含水條件下難以塑形，故不宜用于內(nèi)部器官的重建；

2）體內(nèi)及新生組織細(xì)胞產(chǎn)生的膠原蛋白酶極易將其降解；在體內(nèi)降解吸收過快，不能與組織細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的速度相匹配；

3）為提高膠原蛋白的力學(xué)性質(zhì)和降低其在體內(nèi)的降解吸收速度，使用戊二醛對(duì)膠原蛋白進(jìn)行交聯(lián)，形成網(wǎng)狀交聯(lián)大分子，但戊二醛用量較難控制，過量時(shí)引起膠原蛋白制品發(fā)黃，產(chǎn)生毒性，不利于組織細(xì)胞培養(yǎng)生長(zhǎng)，量少時(shí)達(dá)不到改進(jìn)膠原蛋白性能缺陷目的。

2、解決上述問題的基本途徑主要有：

1）采用脫細(xì)胞技術(shù)制造天然的胞外基質(zhì)（ECM）作為組織工程支架材料，其優(yōu)點(diǎn)在于這種天然的ECM在體內(nèi)可以組織填充物而長(zhǎng)期存在，有較好的組織相容性和親和性，還可以誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、繁殖和分化等。

2）采取物理、化學(xué)交聯(lián)方法，克服膠原蛋白材料（主要是凝膠、膜等）所存在的降解吸收快、機(jī)械強(qiáng)度小的缺點(diǎn)。主要改性方法有①物理方法，如熱交聯(lián)、UV和γ射線交聯(lián)等；采用物理方法交聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)引入有毒化學(xué)物質(zhì)，但不易獲得很好的交聯(lián)強(qiáng)度，交聯(lián)的均勻程度也不理想；②化學(xué)方法，通常采用戊二醛、甲醛進(jìn)行交聯(lián)。采用化學(xué)方法交聯(lián)，可以獲得均勻一致的交聯(lián)，但交聯(lián)過程可能會(huì)引入有毒的交聯(lián)劑和產(chǎn)生不良的副反應(yīng)。據(jù)報(bào)道，用?；B氮或聚環(huán)氧化物交聯(lián)，既不會(huì)引入明顯的毒性，又可獲得理想的交聯(lián)效果。此外，對(duì)膠原蛋白材料的低溫等離子改性和用RGD肽（精氨酸甘氨酸天冬氨酸）接枝改性，可進(jìn)一步改善膠原蛋白材料的生物學(xué)性能，提高其促進(jìn)細(xì)胞粘附和增殖功能。

3）制備膠原蛋白基復(fù)合材料，為改善膠原蛋白材料的性能，利用膠原蛋白與其他合成材料、天然生物材料復(fù)合來(lái)制備膠原蛋白基復(fù)合材料已經(jīng)成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。

目前主要有①膠原蛋白透明質(zhì)酸（HA）的復(fù)合物系統(tǒng)，它可以作為可注射骨替代材料；②膠原蛋白殼聚糖；③膠原蛋白poly［HEMA］與乙醇混合，用過硫酸銨和偏亞硫酸鈉引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)，制成燒傷用的貼膜，在膜中加入藥物吲哚美辛。實(shí)驗(yàn)表明：膠原蛋白poly［HEMA］Ⅲ型膠原蛋白的復(fù)合物所具有的多孔海綿狀結(jié)構(gòu)是良好的藥物釋放系統(tǒng)，是制備燒傷用創(chuàng)面敷料的良好材料。

總之，解決上述問題后，膠原蛋白在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。

三、膠原蛋白產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前生產(chǎn)膠原蛋白產(chǎn)品的方法主要有酸法、堿法、鹽法和酶法。鹽法比較少見，酸法和堿法由于工藝簡(jiǎn)單、成本低廉而被普遍采用，但是這兩種方法對(duì)膠原蛋白的分子結(jié)構(gòu)都有很大的破壞。尤其是堿法生產(chǎn)的膠原蛋白，會(huì)對(duì)分子本身造成非常大的破壞，甚至產(chǎn)生致癌物質(zhì)，固此法為工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)所使用。

其中酶法是目前最先進(jìn)的一種生產(chǎn)方法，就是說利用膠原蛋白酶定向水解的方法生產(chǎn)膠原蛋白，這種方法是今年來(lái)國(guó)際上最領(lǐng)先的、最安全可靠的方法。以這種方法生產(chǎn)的膠原蛋白產(chǎn)品分子量穩(wěn)定，分子結(jié)構(gòu)保存完好，保持了很高的生物活性。德國(guó)（degussa）公司生產(chǎn)的膠原蛋白就是采用這種方法，該公司生產(chǎn)的膠原蛋白分子量為3000Da作用，符合人體吸收和保存的最佳結(jié)構(gòu)。

由這種先進(jìn)方法生產(chǎn)的膠原蛋白除了人體吸收和利用良好之外，還具有優(yōu)良的物理性質(zhì)，如：

1）速溶性——其細(xì)小的顆粒可以快速溶解在冷熱水中，不會(huì)凝集成團(tuán)；

2）無(wú)塵性——傾倒和分散Arthred的過程不會(huì)產(chǎn)生粉塵；

3）優(yōu)良的流動(dòng)性——不會(huì)產(chǎn)生凝聚，引起堵塞。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

1、除雜

油脂是提取膠原蛋白前應(yīng)除去的主要雜質(zhì)。如果膠原蛋白中混入脂質(zhì)，則最終形成乳濁狀的膠原蛋白溶液，從而使得脂質(zhì)難以去除，影響膠原蛋白成品的純度，脫脂方法主要有三種：

1）有機(jī)溶劑浸提法

用己烷作用于預(yù)處理后的皮，12h并不斷的攪拌來(lái)脫脂，或采用丙酮除脂，所用的有機(jī)溶劑在脫脂后應(yīng)除去，以免混入膠原蛋白成品中。

2）弱堿性溶液脫脂法

利用5%10%Na2CO3溶液脫脂或利用純堿脫脂時(shí)輔以超聲波來(lái)提高傳質(zhì)效率，僅作用3h脫脂率便可高達(dá)39.0%但超聲波升溫較快在處理過程中應(yīng)注意溫度控制，以免引起膠原蛋白變性。

3）脂肪酶法

假絲酵母CandidaLipolytica脂肪酶反應(yīng)的最適pH值為7.5，最適溫度為38℃。pH穩(wěn)定范圍為6.0-7.5，用去離子水洗滌三次后按酶與皮質(zhì)量比為1：100的量加入酶，處理24h脫脂。在這個(gè)溫度和pH值下對(duì)皮進(jìn)行脫脂處理不會(huì)引起膠原蛋白變性，但酶的除去問題有待解決，混入成品會(huì)影響膠原蛋白質(zhì)量從膠原蛋白產(chǎn)品純度角度考慮。前兩種方法中所加入的試劑在后續(xù)過程中易于除去，而第三種方法所用試劑的除去相對(duì)來(lái)說較為困難。對(duì)鹽溶性蛋白及其它可溶性雜質(zhì)可用水洗或10%的NaCl溶液浸泡以除去。

2、膠原蛋白溶出

酸法溶出皮膠原蛋白常用酸有：乙酸、鹽酸、草酸、檸檬酸等。用0.1molL乙酸長(zhǎng)時(shí)間浸泡皮塊，皮中的未交聯(lián)膠原蛋白可以溶解于醋酸中。通過冷凍干燥最后得到未變性膠原蛋白。用pH值為2.5的鹽酸長(zhǎng)時(shí)間作用于皮塊來(lái)提取膠原蛋白，使用鹽酸等強(qiáng)酸作用皮塊，根據(jù)酸濃度水解溫度。水解時(shí)間等條件的不同可以得到平均相對(duì)分子質(zhì)量不等的膠原蛋白水解物，甚至徹底水解得到混合氨基酸。但是在等濃度酸徹底水解過程中色氨酸全部被破壞，絲氨酸和酪氨酸部分被破壞因此酸法溶出生物醫(yī)用膠原蛋白要準(zhǔn)確控制酸度、時(shí)間、溫度等影響因素酶法可采用胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶等、常用的是胃蛋白酶。為提高提取率應(yīng)在保持膠原蛋白不變性的前提下，在酶的最適溫度和最適pH下進(jìn)行提取操作。

控制酶降解到一定程度后必須考慮使酶失活，如用NaOH將上層清液的pH調(diào)至10并保持24h，來(lái)使胃蛋白酶失活或利用含NaCl的稀鹽酸或酸性緩沖溶液作用使皮內(nèi)殘存的酶失活，也有向酶解液中加入20mmolL的EDTA使酶失活的 研究 。

3、純化

酶解液可采用先鹽析再透析的方法得到純化的膠原蛋白，如將酶作用后的皮用紗布過濾，在濾液中加入NaCl固體進(jìn)行鹽析NaCl最終濃度小于4molL離心分離，得到的膠原蛋白再溶解于0.5molL的醋酸溶液中，然后在0.02molL的Na2HPO4pH8.6中透析。所得膠原蛋白冷凍干燥即可得到純度96.3%的產(chǎn)品?；?qū)⒚附庖赫{(diào)pH值到7，使膠原蛋白在等電點(diǎn)條件下沉淀，然后再在0.02molL的Na2HPO4pH8.6中透析得到膠原蛋白，鹽析后可重復(fù)如下操作：離心、收集沉淀0.5molL乙酸復(fù)溶、離心、收集上清液鹽析以提高得率。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析

1、技術(shù)開發(fā)

目前許多產(chǎn)品的生產(chǎn)商圍繞產(chǎn)品的安全性開發(fā)了不少產(chǎn)品，植物蛋白、天然產(chǎn)品、無(wú)添加劑等字樣的產(chǎn)品得到消費(fèi)者的青睞，長(zhǎng)期以來(lái)， 研究 人員不斷地探索，改進(jìn)膠原蛋白的提取工藝，但至今仍存在著原料耗量高、時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低等問題。制約了膠原蛋白的深度開發(fā)與應(yīng)用，因此，如何優(yōu)化工藝條件提高皮膠原蛋白的提取純度，并且在保證其純度的前提下盡可能地提高產(chǎn)率，一直是 研究 及生產(chǎn)方面需要解決的難題。

2、產(chǎn)品多樣化

隨著市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)外膠原蛋白企業(yè)的逐漸增多，使產(chǎn)品趨于同質(zhì)化，因此產(chǎn)品的不斷豐富，迎合消費(fèi)者的需求將是企業(yè)發(fā)展的一種動(dòng)力。另外膠原蛋白在保健食品中的應(yīng)用將是逐漸廣泛，而膠原蛋白市場(chǎng)也會(huì)隨著膠原蛋白 研究 的深入而逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，對(duì)產(chǎn)品的多樣化開發(fā)也取得了更深層次的引導(dǎo)。

3、智能化

智能化的要求主要是針對(duì)膠原蛋白在醫(yī)學(xué)方面的開發(fā)要求，隨著生物分子 研究 的深入，膠原蛋白在醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域起著十分重要的作用，而智能化的要求將會(huì)使產(chǎn)品在病人使用時(shí)更加便捷，減少病人痛苦。

4、膠原蛋白潛在的新應(yīng)用

膠原蛋白的分散性使它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的魚膠作為啤酒和白酒的澄清劑；利用膠原蛋白的成膜性，可將其用作固化酶的膜材料和肉食品標(biāo)簽，后者已經(jīng)在歐洲實(shí)際應(yīng)用。

在膠原蛋白用于食品工業(yè)的 研究 方面，國(guó)外的 研究 比國(guó)內(nèi)的 研究 更成熟。在國(guó)內(nèi)，膠原蛋白食品的優(yōu)越性還沒有得到消費(fèi)者的充分認(rèn)識(shí)，隨著人們生活水平的提高及對(duì)綠色食品的要求的提高，低脂高蛋白食品會(huì)越來(lái)越得到消費(fèi)者的青睞。

膠原蛋白具有特殊的結(jié)構(gòu)與功能，并具有廣泛的用途，膠原蛋白的開發(fā)和利用，目前已經(jīng)成為人們關(guān)注和 研究 的熱點(diǎn)。隨著生物和高分子科學(xué)的不斷發(fā)展，人們會(huì)對(duì)此有更深的了解和認(rèn)識(shí)。

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