Colágeno de pescado como nuevo material biomédico

Estructura básica del polvo de proteína de colágeno de pescado

Polvo de colágeno de pescado se deriva principalmente de tejidos como la piel y las escamas de pescado (tipo I), y una pequeña cantidad se deriva de tejidos como cartílago (tipo II), intestinos de pescado (tipo III) y músculos (tipo V).Debido a que el colágeno está altamente conservado en la evolución biológica, la estructura del colágeno de pescado es similar a la de otros colágenos, lo que sienta las bases estructurales para su reemplazo parcial del colágeno derivado de mamíferos para la medicina traslacional.Tomando como ejemplo el colágeno de pescado tipo I, su molécula tiene una triple hélice típica, que es la estructura [α1][α2], y los pesos moleculares de α1 y α2 son de aproximadamente 120 kDa y 110 kDa, respectivamente.Sin embargo, a diferencia de los mamíferos como los cerdos y el ganado, los peces son animales ectotérmicos y su estructura de colágeno también es específica, y el contenido de iminoácidos (la suma del contenido de prolina e hidroxiprolina) en su composición de aminoácidos es significativamente más bajo que el del colágeno derivado. de mamíferos terrestres, por lo tanto tiene un bajo grado de entrecruzamiento intermolecular y poca estabilidad térmica.La temperatura de desnaturalización del colágeno derivado de mamíferos terrestres es generalmente de 37 a 40 °C, y la del colágeno de pescado es mayoritariamente de 28 a 32 °C (la estabilidad térmica del colágeno en los peces de agua caliente es mayor que la de los peces de agua fría) .Para evitar la desnaturalización del colágeno de pescado, la temperatura debe controlarse estrictamente por debajo de la temperatura de desnaturalización durante el proceso de preparación.En la investigación de medicina traslacional, se debe realizar la modificación de derivatización correspondiente de acuerdo con las necesidades para mejorar su estabilidad.

Tipos básicos y funciones del péptido de colágeno de pescado de uso común

Hay 3 tipos de colágeno de pescado de uso común: gelatina de colágeno de pescado, polipéptido de colágeno de pescado y colágeno de pescado no desnaturalizado.Los dos primeros son colágeno de pescado desnaturalizado y el último mantiene eficazmente la estructura activa natural del colágeno.Los tres tienen diferentes usos debido a sus diferentes estructuras y prestaciones.

La gelatina de colágeno de pescado es un producto parcialmente desnaturalizado del colágeno.Se utiliza principalmente en medios de cultivo, cápsulas blandas, aditivos alimentarios, etc. La temperatura de gelatinización y el punto de fusión son 8-25 °C y 11-28 °C, respectivamente, que son inferiores a la gelatina porcina o bovina., su gel-sol es una reacción reversible y se puede utilizar como material sensible a la temperatura en el campo de la liberación sostenida de fármacos o la ingeniería de tejidos.

Los péptidos de colágeno de pescado son productos hidrolizados de colágeno, y los péptidos con diferentes pesos moleculares tienen diferentes actividades biológicas.Generalmente se cree que los péptidos de 1-10 kDa y menos de 1 kDa tienen actividad antibacteriana, y su actividad antibacteriana se correlaciona positivamente con el contenido de cationes moleculares.Debido al contenido relativamente alto de Gly y Pro, y su hidrofobicidad relativamente alta conduce al aumento de la solubilidad en grasa, el efecto antioxidante de los péptidos de colágeno de pescado es mejor que el de los péptidos de colágeno bovino y porcino.Además, la estructura del péptido de colágeno de pescado es similar a la del péptido antihipertensivo, que tiene un efecto antihipertensivo más significativo.Además, los péptidos de colágeno de pescado pueden promover eficazmente la adhesión de células in vitro y promover la proliferación de células epidérmicas y la secreción de proteínas de fibroblastos.

El peso molecular del colágeno de pescado no desnaturalizado es menor que el del colágeno porcino y bovino (<30 kDa), y el principal es el colágeno tipo Ⅰ derivado de escamas y piel de pescado.Debido al bajo grado de reticulación intermolecular, el colágeno de pescado no desnaturalizado también se disuelve fácilmente en una solución de sal neutra o una solución de ácido débil a baja temperatura, y su operatividad es mejor que la del colágeno de mamífero.Se puede utilizar como material hemostático, material de relleno de tejidos, materiales de andamios de ingeniería de tejidos, etc. se utilizan en la investigación médica.Actualmente, la Unión Europea ha aprobado 1 producto hemostático de colágeno de pescado, y también se están realizando muchos estudios relacionados sobre el colágeno de pescado como material médico.

Progreso de la investigación del polvo de péptido de colágeno de pescado como nuevo material biomédico

La aplicación de colágeno de pescado en el campo clínico es un foco de investigación emergente, y los resultados no se han transformado mucho.El colágeno de pescado como material hemostático tiene la mayor concentración de investigación y madurez técnica, y ha logrado avances en la transformación.Eucare Pharmaceuticals (India) ha lanzado una serie de productos hemostáticos a base de colágeno de pescado (NeuSkin-F®, Helisorb® Sheet, BioFil®, BioFil®-AB, etc.), adecuados para la hemostasia y la cicatrización de diversas heridas, como heridas, quemaduras, úlceras crónicas, etc. Algunos productos han obtenido la marca de certificación de conformidad europea (CE).Aunque el producto oficial ha sido producido en la India, no hay soporte bibliográfico para los datos clínicos y la información básica de la aplicación relacionada con el producto, y el grado de internacionalización de la expansión del mercado no es alto.El colágeno de pescado, como material para el cuidado de heridas, material de reparación de tejidos, sustituto de tejidos, material de impresión 3D y material de liberación sostenida de fármacos, es un enfoque de investigación relativamente concentrado, pero no se ha logrado ningún avance.

1. Materiales para el cuidado de heridas

Al igual que el colágeno derivado de mamíferos, el colágeno de pescado también puede adherirse a las plaquetas, logrando así una hemostasia rápida.Actualmente, solo los productos hemostáticos a base de colágeno de pescado desarrollados por Eucare Pharmaceuticals (India) se han comercializado con certificación CE y se pueden utilizar para diversos cuidados y reparaciones de heridas.Ni la FDA de EE. UU. ni la CFDA de mi país han aprobado este tipo de productos.La temperatura de desnaturalización térmica del colágeno extraído de las escamas de la carpa de fango por Pal et al.puede alcanzar los 35,2°C y tiene buena estabilidad.Puede promover eficazmente la cicatrización de heridas, la epitelización y la reparación de tejidos, y se espera que se utilice como sustituto de la piel en el tratamiento de lesiones cutáneas de espesor completo..Zhu Wei et al.descubrió que el colágeno de escamas de pescado puede promover la cicatrización de heridas en modelos de ratones inmunocomprometidos al promover la expresión de PDGF, TGF-β y otros factores, guiando la agregación y activación de macrófagos.Un gran número de estudios han confirmado que el colágeno de pescado no es irritante, no sensibilizante y tiene baja inmunogenicidad.Puede detener rápidamente el sangrado y promover la reparación de heridas cuando se usa en el cuidado de heridas.La modificación por injerto o derivatización no solo puede mejorar la estabilidad de los materiales de colágeno de pescado, sino también dotarlos de más actividades biológicas, como propiedades antibacterianas.Además, como producto de degradación, el polipéptido de colágeno de pescado también puede desempeñar un papel antiinflamatorio al regular la expresión de factores inflamatorios, proporcionando una base para que el colágeno de pescado se use en la reparación de heridas refractarias.

2. Materiales de reparación de tejidos

Además de usarse como material de reemplazo de la piel, el colágeno de pescado también se puede usar en medicina regenerativa como una variedad de materiales de reparación de tejidos.En ortopedia, Mredha et al.hidrogel preparado con colágeno extraído de la vejiga natatoria del mejor esturión.El hidrogel se puede conectar estrechamente con el hueso, tiene alta resistencia y buen rendimiento de carga, y se espera que se use como una nueva generación de injertos ortopédicos para cartílago artificial.y reparación de defectos óseos.En odontología, Zhou et al.estudió el efecto de las membranas nanofibrosas híbridas de colágeno de pescado/vidrio bioactivo/quitosano en las lesiones de furcación de la raíz canina y descubrió que puede promover la osteogénesis e inducir la regeneración del tejido periodontal, que se espera que sirva como tejido guía La regeneración combinada con la membrana de reparación del injerto óseo se utiliza clínicamente.

3. Sustitutos de tejidos

El colágeno de pescado también se puede utilizar en la ingeniería de tejidos como una variedad de sustitutos de tejidos.Li et al encontraron a través de experimentos in vitro que el nuevo andamio de colágeno de pescado tiene una buena biocompatibilidad para la actividad y proliferación de fibroblastos embrionarios de ratón;A través de experimentos in vivo, se descubrió que el andamio puede prevenir la adhesión del tejido cerebral, reducir la inflamación y promover la formación de fibroblastos. sustituto de membranaencontraron que la matriz de colágeno derivada de escamas de pescado puede usarse como sustituto del tejido corneal humano.Sus propiedades de transmisión y dispersión de la luz son básicamente las mismas que las de la córnea humana.No tiene citotoxicidad ni inmunogenicidad.Tiene buena biocompatibilidad con la córnea y puede Cumple con los criterios básicos para su uso como andamio para la reconstrucción de la córnea.

4. Materiales de impresión 3D

La bioimpresión 3D es una tecnología de preparación de andamios de biomateriales en rápido desarrollo.Actualmente, las principales proteínas estructurales utilizadas son el colágeno, la fibrina y la fibroína de seda.Entre ellos, aunque el colágeno tiene una baja estabilidad mecánica, imprimirlo dentro de otros materiales o realizar cross-linking puede solucionar este problema.Al mismo tiempo, el colágeno tiene propiedades de adelgazamiento por cizallamiento y su gelificación tiene propiedades dependientes de la temperatura y del pH, que son beneficiosas para su uso en la tecnología de impresión 3D.En comparación con el colágeno derivado de mamíferos terrestres, el colágeno de pescado tiene una estructura y propiedades similares, pero es más bioseguro y puede procesarse a partir de una gran cantidad de desechos de pescado, que es una fuente abundante.Por lo tanto, el colágeno de pescado tiene un gran potencial como material de impresión 3D.

5. Materiales de liberación de drogas

En los últimos años, el colágeno de pescado también se ha llevado a cabo gradualmente en el campo de los materiales de liberación sostenida de fármacos.El marco diseñado por Cao et al.puede ajustar la tasa de liberación lenta controlando la proporción de colágeno de pescado, quitosano y sulfato de condroitina y el tamaño de las microesferas, mientras mantiene la integridad y la actividad biológica, que se espera que se aplique a la ingeniería de tejidos de la piel.Utilizando colágeno natural derivado del pescado como material matriz y rodamina B como fármaco objetivo de carga simulada, Zhang Ming y otros discutieron las diferencias en la tasa de carga y el efecto de liberación lenta de los materiales de liberación sostenida preparados por diferentes métodos, y encontraron que aumentar la concentración de colágeno en el material puede aumentar significativamente la carga.Tasa y efecto de liberación sostenida.

Las ventajas del polvo de proteína de colágeno de pescado como nuevo material biomédico

1. Buena bioseguridad

El colágeno de pescado es similar en estructura y función al colágeno derivado de mamíferos terrestres, pero tiene menor inmunogenicidad, mayor seguridad, menor riesgo de transmisión de virus zoonóticos y mayor seguridad en el uso clínico.Los estudios de biocompatibilidad in vivo e in vitro mostraron que la prueba de esterilidad del extracto de gel de colágeno de pescado fue negativa, y la citotoxicidad, la sensibilización, la aberración cromosómica, la reacción intradérmica, la toxicidad sistémica aguda, la reacción pirógena y la reacción de hemólisis fueron negativas.Negativo, es un biomaterial médico prometedor.

2. Puede eludir las barreras religiosas en regiones y grupos especiales

Debido a creencias religiosas y otros problemas, los productos médicos derivados del colágeno porcino no se pueden usar clínicamente en países y regiones islámicos, mientras que el colágeno de pescado no tiene barreras religiosas y puede beneficiar a grupos de pacientes en regiones y países relacionados de manera más fluida.

3. Fuentes abundantes

Nuestro país es un gran país de productos acuáticos y produce una gran cantidad de subproductos del procesamiento de pescado (alrededor del 40% de los cuales son pieles de pescado) cada año, pero estos subproductos a menudo se consideran desechos y se desechan, su valor potencial es seriamente ignorado, y también puede causar contaminación ambiental.contaminación, etc. La aplicación y el desarrollo de colágeno de pescado en el campo médico no solo proporciona una fuente más económica y segura de nuevos materiales de colágeno, sino que también aumenta en gran medida el valor agregado de la piel de pescado, un subproducto del procesamiento de productos acuáticos, y reduce la presión sobre la protección del medio ambiente, que está en línea con el objetivo nacional de construir una orientación estratégica de energía marina.