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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 : 王重夕 学号 : 2011207487. 展望. 4. 胶原及其存在与分类. 1. 胶原的结构及理化性质. 2. 胶原作为生物医学材料的应用. 3. contents. 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 α- 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% 。

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胶原及其作为生物医学材料的应用

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  1. 胶原及其作为生物医学材料的应用 姓名: 王重夕 学号: 2011207487

  2. 展望 4 胶原及其存在与分类 1 胶原的结构及理化性质 2 胶原作为生物医学材料的应用 3 contents

  3. 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α-链组成的三螺旋结构分子交联而成。

  4. 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。

  5. 胶原的氨基酸组成 几种胶原的氨基酸组成/（残基个数/1000个残基） 1.胶原中缺少胱氨酸和色氨酸。 2.甘氨酸几乎占了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

  6. 二、胶原的结构与性质 • 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%）。 甘氨酸 Gly 脯氨酸 Pro Y

  7. 胶原的结构 • 二级结构：每个胶原分子由三条α-肽链组成。每条 α-肽链通过α-螺旋、β-折叠、β-转角等等二级结构形成右手螺旋结构。三条α-肽链平行缠绕成三螺旋结构（triple helix）。

  8. 胶原的结构 • 三级结构：胶原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：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

  9. 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

  10. 胶原的性质 • 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； • 止血作用； • 物理机械性能； • 凝胶性 • 化学修饰 表面功能官能团修饰 化学交联 接枝共聚 复凝聚

  11. 三、胶原作为生物医学材料的应用

  12. 组织工程材料(Tissue Engineering) • 人工皮肤（skin replacement）:Ⅰ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。。

  13. 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。

  14. 其他组织工程材料

  15. 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。

  16. 药物载体 • 胶囊：

  17. 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 al． A novel Diclofen accarrierfor local treatment of osteoarthrit is applying live animal MRI［J］． J Control Release, 2009, 135: 65-70．

  18. Upper 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 panels: 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.

  19. 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 gene delivery[J]. Advanced Drug Delivery Reviews, 2003, 55: 1651– 1677

  20. 胶原用作质粒DNA载体 Fig. Conception of collagen-mediated gene delivery

  21. 胶原用作质粒DNA载体 Fig. Preparation of Minipellet containing pDNA

  22. 胶原用作质粒DNA载体 Long duration of gene expre- -ssion and physiological effectby pDNA introduction using Minipellet. (a) Kinetic analysis of the serum HST-1 protein concentration. (b) Time course of platelet count in mice.

  23. 胶原用作siRNA载体 1. Atelocollagen, which is positively charged interacts with the negatively charged siRNA duplex to form an siRNA/Atelocollagen complex, a nanosize particle with a diameter of 100–300 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 vivo[J]. Nucleic Acids Research, 2004, Vol. 32, No. 13

  24. 胶原用作siRNA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 ethidium bromide staining. （抗核酸酶能力比较） Long-term inhibition of NEC8 cellgrowth by siRNA/Atelocollagen complex. HST-1/FGF-4 siRNA (0.7 mg) was transfected into NEC8 cells by polycation-reagent and complexed with 0.008%Atelocollagen （转染效率比较）

  25. 胶原用作siRNA载体

  26. 胶原用作siRNA载体

  27. 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。

  28. 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 animal MRI［J］．J Control Release, 2009, 135: 65-70． • Akihiko Sanoa, Miho Maedaa, Shunji Nagaharaa，et al. Atelocollagen for protein and gene delivery[J]. Advanced Drug Delivery Reviews, 2003, 55: 1651- 1677 • Yoshiko Minakuchi, Fumitaka Takeshita, et al. Atelocollagen-mediated Synthetic small interferingRNA delivery for effective gene silencing in vitroand in vivo[J]. Nucleic Acids Research, 2004, Vol. 32, No. 13 • Lee, C. H.Singla, A.Lee, Y. Biomedical applications of collagen[J]. 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

  29. Thank You

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