Colágeno de peixe como um novo material biomédico

Estrutura básica do pó de proteína de colágeno de peixe

Pó de colágeno de peixe é derivado principalmente de tecidos como pele e escamas de peixe (tipo I), e uma pequena quantidade é derivada de tecidos como cartilagem (tipo II), intestino de peixe (tipo III) e músculos (tipo V).Como o colágeno é altamente conservado na evolução biológica, a estrutura do colágeno de peixe é semelhante a outros colágenos, estabelecendo uma base estrutural para sua substituição parcial do colágeno derivado de mamíferos para a medicina translacional.Tomando como exemplo o colágeno de peixe tipo I, sua molécula possui uma hélice tripla típica, que é a estrutura [α1][α2], e os pesos moleculares de α1 e α2 são cerca de 120 kDa e 110 kDa, respectivamente.No entanto, ao contrário de mamíferos como porcos e bovinos, os peixes são animais ectotérmicos, e sua estrutura de colágeno também é específica, e o teor de iminoácido (a soma do teor de prolina e hidroxiprolina) em sua composição de aminoácidos é significativamente menor do que o derivado de colágeno de mamíferos terrestres, portanto, tem um baixo grau de reticulação intermolecular e baixa estabilidade térmica.A temperatura de desnaturação do colágeno derivado de mamíferos terrestres é geralmente de 37-40°C, e a do colágeno de peixe é principalmente de 28-32°C (a estabilidade térmica do colágeno em peixes de água quente é maior do que em peixes de água fria). .Para evitar a desnaturação do colágeno de peixe, a temperatura deve ser rigorosamente controlada abaixo da temperatura de desnaturação durante o processo de preparação.Na pesquisa em medicina translacional, a correspondente modificação da derivatização deve ser realizada de acordo com as necessidades de melhorar sua estabilidade.

Tipos básicos e funções do peptídeo de colágeno de peixe comumente usado

Existem 3 tipos de colágeno de peixe comumente usados: gelatina de colágeno de peixe, polipeptídeo de colágeno de peixe e colágeno de peixe não desnaturado.Os dois primeiros são colágeno de peixe desnaturado e o último mantém efetivamente a estrutura ativa natural do colágeno.Os três têm usos diferentes devido às suas diferentes estruturas e desempenhos.

A gelatina de colágeno de peixe é um produto parcialmente desnaturado de colágeno.É usado principalmente em meios de cultura, cápsulas moles, aditivos alimentares, etc. A temperatura de gelatinização e o ponto de fusão são 8-25°C e 11-28°C, respectivamente, que são mais baixos do que a gelatina de suínos ou bovinos., seu gel-sol é uma reação reversível e pode ser usado como um material sensível à temperatura no campo de liberação sustentada de drogas ou engenharia de tecidos.

Peptídeos de colágeno de peixe são produtos hidrolisados ​​de colágeno, e peptídeos com diferentes pesos moleculares têm diferentes atividades biológicas.Acredita-se geralmente que os peptídeos de 1-10 kDa e menos de 1 kDa têm atividade antibacteriana, e sua atividade antibacteriana está positivamente correlacionada com o conteúdo de cátions moleculares.Devido ao conteúdo relativamente alto de Gly e Pro, e sua hidrofobicidade relativamente alta é propícia ao aumento da solubilidade em gordura, o efeito antioxidante dos peptídeos de colágeno de peixe é melhor do que o dos peptídeos de colágeno de porco e bovino.Além disso, a estrutura do peptídeo de colágeno de peixe é semelhante à do peptídeo anti-hipertensivo, que tem um efeito anti-hipertensivo mais significativo.Além disso, os peptídeos de colágeno de peixe podem efetivamente promover a adesão de células in vitro e promover a proliferação de células epidérmicas e a secreção de proteínas de fibroblastos.

O peso molecular do colágeno de peixe não desnaturado é inferior ao do colágeno suíno e bovino (<30 kDa), sendo o principal o colágeno tipo Ⅰ derivado de escama e pele de peixe.Devido ao baixo grau de reticulação intermolecular, o colágeno de peixe não desnaturado também é facilmente solúvel em solução de sal neutro ou solução de ácido fraco em baixa temperatura, e sua operacionalidade é melhor do que a do colágeno de mamífero.Pode ser usado como material hemostático, material de preenchimento de tecidos, materiais de andaime de engenharia de tecidos, etc. são usados ​​em pesquisas médicas.Atualmente, a União Europeia aprovou 1 produto hemostático de colágeno de peixe, e muitos estudos relacionados ao colágeno de peixe como material médico também estão em andamento.

Progresso da pesquisa de pó de peptídeo de colágeno de peixe como um novo material biomédico

A aplicação de colágeno de peixe no campo clínico é um hotspot de pesquisa emergente, e os resultados não mudaram muito.O colágeno de peixe como material hemostático tem a maior concentração de pesquisa e maturidade técnica, e alcançou avanços na transformação.A Eucare Pharmaceuticals (Índia) lançou uma série de produtos hemostáticos à base de colágeno de peixe (NeuSkin-F®, Helisorb® Sheet, BioFil®, BioFil®-AB, etc.), adequados para hemostasia e cicatrização de várias feridas, como feridas, queimaduras, úlceras crónicas, etc. Alguns produtos obtiveram a marca europeia de certificação de conformidade (CE).Embora o produto oficial tenha sido produzido na Índia, não há suporte de literatura para os dados clínicos e informações básicas de aplicação relacionadas ao produto, e o grau de internacionalização da expansão do mercado não é alto.O colágeno de peixe, como material de tratamento de feridas, material de reparação de tecidos, substituto de tecido, material de impressão 3D e material de liberação prolongada de drogas, é um foco de pesquisa relativamente concentrado, mas nenhum avanço foi feito.

1. Materiais para tratamento de feridas

Semelhante ao colágeno derivado de mamíferos, o colágeno de peixe também pode aderir às plaquetas, alcançando assim uma hemostasia rápida.Atualmente, apenas os produtos hemostáticos à base de colágeno de peixe desenvolvidos pela Eucare Pharmaceuticals (Índia) são comercializados com certificação CE e podem ser usados ​​para vários cuidados e reparos de feridas.Nem o FDA dos EUA nem o CFDA do meu país aprovaram esses produtos.A temperatura de desnaturação térmica do colágeno extraído de escamas de carpa de lama por Pal et al.pode atingir 35,2°C e tem boa estabilidade.Pode efetivamente promover a cicatrização de feridas, epitelização e reparo tecidual, e espera-se que seja usado como um substituto da pele no tratamento de lesões de pele de espessura total..Zhu Wei e outros.descobriram que o colágeno da escama de peixe pode promover a cicatrização de feridas em modelos de camundongos imunocomprometidos, promovendo a expressão de PDGF, TGF-β e outros fatores, orientando a agregação e ativação de macrófagos.Um grande número de estudos confirmou que o colágeno de peixe não é irritante, não sensibiliza e tem baixa imunogenicidade.Pode parar rapidamente o sangramento e promover a reparação de feridas quando usado no tratamento de feridas.A modificação por enxerto ou derivatização pode não apenas melhorar a estabilidade dos materiais de colágeno de peixe, mas também dotá-los de mais atividades biológicas, como propriedades antibacterianas.Além disso, como produto de degradação, o polipeptídeo de colágeno de peixe também pode desempenhar um papel anti-inflamatório ao regular a expressão de fatores inflamatórios, fornecendo uma base para o colágeno de peixe ser usado no reparo de feridas refratárias.

2. Materiais de reparação de tecidos

Além de ser usado como material de substituição da pele, o colágeno de peixe também pode ser usado na medicina regenerativa como uma variedade de materiais de reparação de tecidos.Na ortopedia, Mredha et al.hidrogel preparado com colágeno extraído da bexiga natatória do melhor esturjão.O hidrogel pode estar intimamente ligado ao osso, tem alta resistência e bom desempenho de carga, e espera-se que seja usado como uma nova geração de enxertos ortopédicos para cartilagem artificial.e reparação de defeitos ósseos.Na odontologia, Zhou et al.estudaram o efeito das membranas nanofibrosas híbridas de colágeno de peixe/vidro bioativo/quitosana em lesões de furca radicular canina e descobriram que podem promover a osteogênese e induzir a regeneração do tecido periodontal, que deve servir como um tecido guia A regeneração combinada com a membrana de reparo do enxerto ósseo é usado clinicamente.

3. Substitutos de tecidos

O colágeno de peixe também pode ser usado na engenharia de tecidos como uma variedade de substitutos de tecidos.Li et al descobriram através de experimentos in vitro que o novo andaime de colágeno de peixe tem boa biocompatibilidade para a atividade e proliferação de fibroblastos embrionários de camundongos;por meio de experimentos in vivo, descobriu-se que o andaime pode impedir a adesão do tecido cerebral, reduzir a inflamação e promover a formação de fibroblastos O crescimento celular, a regeneração e cicatrização aprimoradas dos tecidos, espera-se que seja usado no campo da engenharia de tecidos como dura (espinal) substituto de membrana.descobriram que a matriz de colágeno derivada de escamas de peixe pode ser usada como um substituto para o tecido da córnea humana.Suas propriedades de transmissão e dispersão de luz são basicamente as mesmas da córnea humana.Não tem citotoxicidade e nem imunogenicidade.Possui boa biocompatibilidade com a córnea e pode atender aos critérios básicos para uso como andaime para reconstrução da córnea.

4. Materiais de impressão 3D

A bioimpressão 3D é uma tecnologia de preparação de andaime de biomateriais em rápido desenvolvimento.Atualmente, as principais proteínas estruturais utilizadas são o colágeno, a fibrina e a fibroína da seda.Dentre eles, embora o colágeno tenha baixa estabilidade mecânica, imprimi-lo dentro de outros materiais ou realizar reticulação pode resolver esse problema.Ao mesmo tempo, o colágeno tem propriedades de desbaste e sua gelificação tem propriedades dependentes da temperatura e dependentes do pH, que são benéficas para uso na tecnologia de impressão 3D.Comparado com o colágeno derivado de mamíferos terrestres, o colágeno de peixe tem estrutura e propriedades semelhantes, mas é mais biosseguro e pode ser processado a partir de uma grande quantidade de resíduos de peixes, que é uma fonte abundante.Portanto, o colágeno de peixe tem grande potencial como material de impressão 3D.

5. Materiais de liberação de drogas

Nos últimos anos, o colágeno de peixe também foi gradualmente realizado no campo de materiais de liberação prolongada de medicamentos.A estrutura projetada por Cao et al.pode ajustar a taxa de liberação lenta controlando a proporção de colágeno de peixe, quitosana e sulfato de condroitina e o tamanho das microesferas, mantendo a integridade e a atividade biológica, que se espera que sejam aplicadas à engenharia de tecidos da pele.Usando colágeno natural derivado de peixe como material de matriz e rodamina B como droga alvo de carga simulada, Zhang Ming e outros discutiram as diferenças na taxa de carga e efeito de liberação lenta dos materiais de liberação sustentada preparados por diferentes métodos e descobriram que aumentar a concentração de colágeno no material pode aumentar significativamente a carga.taxa e efeito de liberação sustentada.

As vantagens do pó de proteína de colágeno de peixe como um novo material biomédico

1. Boa biossegurança

O colágeno de peixe é semelhante em estrutura e função ao colágeno derivado de mamíferos terrestres, mas tem menor imunogenicidade, melhor segurança, menor risco de transmissão de vírus zoonóticos e maior segurança no uso clínico.Estudos de biocompatibilidade in vivo e in vitro mostraram que o teste de esterilidade do extrato de gel de colágeno de peixe foi negativo, e citotoxicidade, sensibilização, aberração cromossômica, reação intradérmica, toxicidade sistêmica aguda, reação de pirogênio e reação de hemólise foram todos negativos.Negativo, é um biomaterial médico promissor.

2. Pode contornar barreiras religiosas em regiões e grupos especiais

Devido a crenças religiosas e outras questões, os produtos médicos de colágeno derivados de porco não podem ser usados ​​clinicamente em países e regiões islâmicas, enquanto o colágeno de peixe não tem barreiras religiosas e pode beneficiar grupos de pacientes em regiões e países relacionados com mais facilidade.

3. Fontes abundantes

Nosso país é um grande país de produtos aquáticos e produz uma grande quantidade de subprodutos de processamento de peixe (cerca de 40% dos quais são peles de peixe) todos os anos, mas esses subprodutos são frequentemente considerados resíduos e descartados, seu valor potencial é seriamente ignorados, e também podem causar poluição ambiental.poluição etc. A aplicação e desenvolvimento de colágeno de peixe na área médica não só fornece uma fonte mais econômica e segura de novos materiais de colágeno, mas também aumenta muito o valor agregado da pele de peixe, um subproduto do processamento de produtos aquáticos, e reduz a pressão sobre a proteção ambiental, que está alinhada com o objetivo nacional de construir uma orientação estratégica do poder marítimo.