Il collagene di pesce come nuovo materiale biomedico

Struttura di base della polvere proteica del collagene di pesce

Polvere di collagene di pesce deriva principalmente da tessuti come pelle e scaglie di pesce (tipo I) e una piccola quantità deriva da tessuti come cartilagine (tipo II), intestino di pesce (tipo III) e muscoli (tipo V).Poiché il collagene è altamente conservato nell'evoluzione biologica, la struttura del collagene di pesce è simile ad altri collageni, ponendo una base strutturale per la sua parziale sostituzione del collagene di origine mammifera per la medicina traslazionale.Prendendo come esempio il collagene di pesce di tipo I, la sua molecola ha una tipica tripla elica, che è la struttura [α1][α2], e i pesi molecolari di α1 e α2 sono rispettivamente di circa 120 kDa e 110 kDa.Tuttavia, a differenza dei mammiferi come maiali e bovini, i pesci sono animali ectotermici e anche la loro struttura di collagene è specifica e il contenuto di iminoacidi (la somma del contenuto di prolina e idrossiprolina) nella sua composizione di aminoacidi è significativamente inferiore a quello del collagene derivato da mammiferi terrestri, presenta quindi un basso grado di reticolazione intermolecolare e scarsa stabilità termica.La temperatura di denaturazione del collagene derivato da mammiferi terrestri è generalmente di 37-40°C, e quella del collagene di pesce è per lo più di 28-32°C (la stabilità termica del collagene nei pesci d'acqua calda è superiore a quella dei pesci d'acqua fredda) .Per evitare la denaturazione del collagene di pesce, la temperatura deve essere rigorosamente controllata al di sotto della temperatura di denaturazione durante il processo di preparazione.Nella ricerca sulla medicina traslazionale, la corrispondente modifica della derivatizzazione dovrebbe essere effettuata in base alle esigenze per migliorarne la stabilità.

Tipi e funzioni di base del peptide di collagene di pesce comunemente usato

Esistono 3 tipi di collagene di pesce comunemente usati: gelatina di collagene di pesce, polipeptide di collagene di pesce e collagene di pesce non denaturato.I primi due sono collagene di pesce denaturato e il secondo mantiene efficacemente la struttura attiva naturale del collagene.I tre hanno usi diversi a causa delle loro diverse strutture e prestazioni.

La gelatina di collagene di pesce è un prodotto parzialmente denaturato del collagene.Viene utilizzato principalmente in terreni di coltura, capsule molli, additivi alimentari, ecc. La temperatura di gelatinizzazione e il punto di fusione sono rispettivamente di 8-25°C e 11-28°C, che sono inferiori alla gelatina di maiali o bovini., il suo gel-sol è una reazione reversibile e può essere utilizzato come materiale sensibile alla temperatura nel campo del rilascio prolungato di farmaci o dell'ingegneria tissutale.

I peptidi di collagene di pesce sono prodotti idrolizzati di collagene e peptidi con pesi molecolari diversi hanno attività biologiche diverse.Si ritiene generalmente che i peptidi di 1-10 kDa e inferiori a 1 kDa abbiano attività antibatterica e la loro attività antibatterica sia positivamente correlata con il contenuto di cationi molecolari.A causa del contenuto relativamente elevato di Gly e Pro e della sua idrofobicità relativamente elevata che favorisce l'aumento della liposolubilità, l'effetto antiossidante dei peptidi di collagene di pesce è migliore di quello dei peptidi di collagene di maiale e bovino.Inoltre, la struttura del peptide di collagene di pesce è simile a quella del peptide antipertensivo, che ha un effetto antipertensivo più significativo.Inoltre, i peptidi di collagene di pesce possono promuovere efficacemente l'adesione delle cellule in vitro e favorire la proliferazione delle cellule epidermiche e la secrezione proteica dei fibroblasti.

Il peso molecolare del collagene di pesce non denaturato è inferiore a quello del collagene suino e bovino (<30 kDa), e il collagene di tipo Ⅰ derivato da squame e pelle di pesce è il principale.A causa del basso grado di reticolazione intermolecolare, il collagene di pesce non denaturato è anche facilmente solubile in soluzione salina neutra o soluzione acida debole a bassa temperatura e la sua operabilità è migliore di quella del collagene di mammifero.Può essere utilizzato come materiale emostatico, materiale di riempimento dei tessuti, materiali per impalcature di ingegneria tissutale, ecc. Sono utilizzati nella ricerca medica.Attualmente, l'Unione Europea ha approvato 1 prodotto emostatico al collagene di pesce e sono in corso anche molti studi correlati sul collagene di pesce come materiale medico.

Progresso della ricerca sulla polvere di peptidi di collagene di pesce come nuovo materiale biomedico

L'applicazione del collagene di pesce in campo clinico è un punto caldo emergente della ricerca e i risultati non sono stati trasformati molto.Il collagene di pesce come materiale emostatico ha la più alta concentrazione di ricerca e maturità tecnica e ha raggiunto progressi nella trasformazione.Eucare Pharmaceuticals (India) ha lanciato una serie di prodotti emostatici a base di collagene di pesce (NeuSkin-F®, Helisorb® Sheet, BioFil ®, BioFil®-AB, ecc.), adatti all'emostasi e alla cicatrizzazione di varie ferite come ferite, ustioni, ulcere croniche, ecc. Alcuni prodotti hanno ottenuto il marchio europeo di certificazione di conformità (CE).Sebbene il prodotto ufficiale sia stato prodotto in India, non vi è alcun supporto in letteratura per i dati clinici e le informazioni di base sull'applicazione relative al prodotto e il grado di internazionalizzazione dell'espansione del mercato non è elevato.Il collagene di pesce, come materiale per la cura delle ferite, materiale per la riparazione dei tessuti, sostituto dei tessuti, materiale per la stampa 3D e materiale a rilascio prolungato di farmaci, è un obiettivo di ricerca relativamente concentrato, ma non è stata fatta alcuna svolta.

1. Materiali per la cura delle ferite

Simile al collagene derivato dai mammiferi, anche il collagene di pesce può aderire alle piastrine, ottenendo così una rapida emostasi.Attualmente, solo i prodotti emostatici a base di collagene di pesce sviluppati da Eucare Pharmaceuticals (India) sono stati commercializzati con certificazione CE e possono essere utilizzati per varie cure e riparazioni delle ferite.Né la FDA degli Stati Uniti né il CFDA del mio paese hanno approvato tali prodotti.La temperatura di denaturazione termica del collagene estratto dalle scaglie di carpa fangosa da Pal et al.può raggiungere i 35,2°C e ha una buona stabilità.Può promuovere efficacemente la guarigione delle ferite, l'epitelizzazione e la riparazione dei tessuti e dovrebbe essere utilizzato come sostituto della pelle nel trattamento delle lesioni cutanee a tutto spessore..Zhu Wei et al.hanno scoperto che il collagene a squame di pesce può promuovere la guarigione delle ferite nei modelli murini immunocompromessi promuovendo l'espressione di PDGF, TGF-β e altri fattori, guidando l'aggregazione e l'attivazione dei macrofagi.Numerosi studi hanno confermato che il collagene di pesce non è irritante, non sensibilizzante e ha una bassa immunogenicità.Può fermare rapidamente il sanguinamento e promuovere la riparazione delle ferite se utilizzato nella cura delle ferite.La modifica mediante innesto o derivatizzazione può non solo migliorare la stabilità dei materiali di collagene di pesce, ma anche dotarli di attività più biologiche, come le proprietà antibatteriche.Inoltre, come prodotto di degradazione, il polipeptide di collagene di pesce può anche svolgere un ruolo antinfiammatorio regolando l'espressione di fattori infiammatori, fornendo una base per il collagene di pesce da utilizzare nella riparazione di ferite refrattarie.

2. Materiali per la riparazione dei tessuti

Oltre ad essere utilizzato come materiale sostitutivo della pelle, il collagene di pesce può essere utilizzato anche nella medicina rigenerativa come una varietà di materiali per la riparazione dei tessuti.In ortopedia, Mredha et al.idrogel preparato con collagene estratto dalla vescica natatoria del miglior storione.L'idrogel può essere strettamente collegato all'osso, ha un'elevata resistenza e buone prestazioni di carico e dovrebbe essere utilizzato come nuova generazione di innesti ortopedici per la cartilagine artificiale.e riparazione dei difetti ossei.In odontoiatria, Zhou et al.ha studiato l'effetto delle membrane nanofibrose ibride di collagene di pesce/vetro bioattivo/chitosano sulle lesioni della forcazione della radice canina e ha scoperto che può promuovere l'osteogenesi e indurre la rigenerazione del tessuto parodontale, che dovrebbe fungere da tessuto guida La rigenerazione combinata con la membrana di riparazione dell'innesto osseo viene utilizzato clinicamente.

3. Sostituti tissutali

Il collagene di pesce può anche essere utilizzato nell'ingegneria dei tessuti come una varietà di sostituti dei tessuti.Li et al hanno scoperto attraverso esperimenti in vitro che la nuova impalcatura di collagene di pesce ha una buona biocompatibilità per l'attività e la proliferazione dei fibroblasti embrionali di topo;attraverso esperimenti in vivo, è stato scoperto che l'impalcatura può prevenire l'adesione del tessuto cerebrale, ridurre l'infiammazione e promuovere la formazione di fibroblasti La crescita cellulare, la rigenerazione e la guarigione dei tessuti migliorate, dovrebbe essere utilizzata nel campo dell'ingegneria tissutale come dura (spinale) sostituto della membrana.scoperto che la matrice di collagene derivata dalle squame di pesce può essere utilizzata come sostituto del tessuto corneale umano.Le sue proprietà di trasmissione e diffusione della luce sono sostanzialmente le stesse di quelle della cornea umana.Non ha citotossicità e nessuna immunogenicità.Ha una buona biocompatibilità con la cornea e può Soddisfa i criteri di base per l'uso come impalcatura per la ricostruzione corneale.

4. Materiali per la stampa 3D

Il bioprinting 3D è una tecnologia di preparazione dell'impalcatura di biomateriali in rapido sviluppo.Attualmente le principali proteine ​​strutturali utilizzate sono il collagene, la fibrina e la fibroina della seta.Tra questi, sebbene il collagene abbia una bassa stabilità meccanica, stamparlo all'interno di altri materiali o eseguire la reticolazione può risolvere questo problema.Allo stesso tempo, il collagene ha proprietà di assottigliamento e la sua gelificazione ha proprietà dipendenti dalla temperatura e dal pH, che sono utili per l'uso nella tecnologia di stampa 3D.Rispetto al collagene derivato da mammiferi terrestri, il collagene di pesce ha struttura e proprietà simili, ma è più biosicura e può essere elaborato da una grande quantità di rifiuti di pesce, che è una fonte abbondante.Pertanto, il collagene di pesce ha un grande potenziale come materiale per la stampa 3D.

5. Materiali per il rilascio di farmaci

Negli ultimi anni, il collagene di pesce è stato gradualmente portato avanti anche nel campo dei materiali a rilascio prolungato di farmaci.Il framework progettato da Cao et al.può regolare il tasso di rilascio lento controllando il rapporto tra collagene di pesce, chitosano e condroitin solfato e la dimensione delle microsfere, mantenendo l'integrità e l'attività biologica, che dovrebbe essere applicata all'ingegneria del tessuto cutaneo.Usando il collagene naturale derivato dal pesce come materiale della matrice e la rodamina B come farmaco target di caricamento simulato, Zhang Ming e altri hanno discusso le differenze nella velocità di caricamento e nell'effetto di rilascio lento dei materiali a rilascio prolungato preparati con metodi diversi e hanno scoperto che l'aumento della concentrazione di collagene nel materiale può aumentare significativamente il carico.velocità ed effetto di rilascio prolungato.

I vantaggi della polvere proteica di collagene di pesce come nuovo materiale biomedico

1. Buona biosicurezza

Il collagene di pesce è simile nella struttura e nella funzione al collagene derivato dai mammiferi terrestri, ma ha una minore immunogenicità, una migliore sicurezza, un minor rischio di trasmissione di virus zoonotici e una maggiore sicurezza nell'uso clinico.Gli studi di biocompatibilità in vivo e in vitro hanno mostrato che il test di sterilità dell'estratto di gel di collagene di pesce era negativo e citotossicità, sensibilizzazione, aberrazione cromosomica, reazione intradermica, tossicità sistemica acuta, reazione pirogena e reazione di emolisi erano tutte negative.Negativo, è un promettente biomateriale medico.

2. Può aggirare le barriere religiose in regioni e gruppi speciali

A causa di credenze religiose e altri problemi, i prodotti medici a base di collagene di origine suina non possono essere utilizzati clinicamente nei paesi e nelle regioni islamiche, mentre il collagene di pesce non ha barriere religiose e può beneficiare più agevolmente i gruppi di pazienti nelle regioni e nei paesi correlati.

3. Fonti abbondanti

Il nostro Paese è un grande Paese di prodotti acquatici, e produce ogni anno una grande quantità di sottoprodotti della lavorazione del pesce (circa il 40% dei quali sono pelli di pesce), ma questi sottoprodotti sono spesso considerati rifiuti e scarti, il loro valore potenziale è seriamente ignorato, e può anche causare inquinamento ambientale.inquinamento ecc. L'applicazione e lo sviluppo del collagene di pesce in campo medico non solo fornisce una fonte più economica e più sicura di nuovi materiali di collagene, ma aumenta anche notevolmente il valore aggiunto della pelle di pesce, un sottoprodotto della lavorazione del prodotto acquatico, e riduce la pressione sulla protezione dell'ambiente, che è in linea con l'obiettivo nazionale di costruire un orientamento strategico della potenza marittima.