胶原作为生物医用材料的优势

生物医学材料是一类对人体细胞、组织、器官具有增强、替代、修复、再生作用的新型功能材料。

生物医学材料的基本要求是：

①具有生物相容性

要求材料在使用期间，同机体之间互不产生有害作用，不引起中毒、溶血、凝血、发热、过敏等现象。

②具有生物功能性

在生理环境的约束下能够发挥一定的生理功能。

③具有生物可靠性，无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应

可以有一定的使用寿命，具有与生物组织相适应的物理机械性能。

④化学性质稳定

抗体液、血液及酶的作用。

⑤针对不同的使用目的具有特定的功能。

胶原属于细胞外基质的结构蛋白质，其复杂的结构对其分子大小、形状、化学反应性以及独特的生物功能等起着决定性作用。胶原的性质特殊，资源丰富，近20年来在生物医学材料领域展现了很大的优势。

胶原作为生物医学材料，具有如下几方面的优势：

(1)低免疫源性

组织胶原具有一定的免疫性，20世纪90年代研究发现，其免疫原性来自于端肽及变性胶原和非胶原蛋白，在提取胶原时，除去端肽及纯化分离掉变性胶原和非胶原蛋白，能得到极弱免疫原性的胶原材料。但是，去掉端肽后胶原不便于交联，不能获得强度较高的材料，因此，要想制备高强度胶原材料，则需保留端肽。研究发现，用戊二醛交联，可降低胶原材料的免疫原性。

(2)与宿主细胞及组织之间的协调作用

胶原基质材料能与周围细胞及组织有良好的相互影响的协调作用，成为细胞与组织正常生理功能整体的一部分。其中有两个特点：①胶原有利于细胞的存活和促进不同类型细胞的生长，如Ⅰ型胶原可用于培养各种类型的细胞生长，胶原不仅能促进细胞的增殖、分化，而且对细胞的分裂机能也有作用；②胶原不但可增加细胞的黏结，而且各种细胞可在体内及体外直接或间接与不同类型的胶原作用，并控制细胞的形态、运动、骨架组装及细胞增殖与分化。

(3)止血作用

胶原特殊的四级结构能使血小板活化、释放出颗粒成分，迅速凝血。胶原的这一作用，使其可以用于制备凝血材料。不言而喻，这个特点也会带来麻烦，在使用胶原或胶原复合物制备心血管装置时，其凝血作用是要不得的，必须予以防止，或抑制、隐匿胶原与血小板之间的作用，现在采用肝素或肝素类似物涂覆胶原材料表面，以阻止胶原与血小板的作用。

(4)可生物降解性

胶原是一种特殊的可生物降解的材料，绝大多数蛋白酶只能切断胶原的端肽，胶原的三螺旋结构还保持完好，从这一点来说，胶原是不可降解的。然而，胶原酶能使胶原降解为各种片段，然后由两种途径继续降解：一是在体温条件下这些大片段很快自发变性，并被其他酶进一步降解成寡肽或氨基酸，接着被机体重新利用或代谢排出体外；二是这些大片段被结缔组织细胞和炎症细胞吞噬，并由溶酶体将它们进一步降解。胶原的这种可控制生物降解性对于生物医学材料来说是特别难能可贵的，是能作为器官移植材料的基础。

(5)物理机械性能

胶原的三螺旋结构及自身的交联结构，使其具有很高的强度，是为结缔组织提供强度的主要蛋白成分，能在广泛范围内满足机体对机械强度的要求。另一方面，对于提取的胶原还可进一步用交联剂进行交联提高其强度，采用不同的交联剂和交联条件可获得不同的强度和韧性。

此外，胶原可通过复凝聚等手段制备出复合材料，更可以通过接枝共聚等改性手段获得性能更好的材料。

参考书籍：本文部分内容摘自《胶原与胶原蛋白》（蒋挺大主编）

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