重組 III 型膠原蛋白在護(hù)膚品和藥械領(lǐng)域的應(yīng)用綜述

1  引言

膠原蛋白是一類豐富的蛋白質(zhì)，存在于皮膚、骨骼、肌腱、軟骨和血管等多種組織中，它們通過(guò)蛋白多聚形成的高級(jí)結(jié)構(gòu)行使各類功能，在細(xì)胞、組織、器官的生命活動(dòng)中起到重要作用。目前已知至少有 28 種不同類型的膠原蛋白，其中 I、II、III 和 IV 型在體內(nèi)最為常見。III 型膠原蛋白是由三條相同的多肽α鏈螺旋纏繞形成三股螺旋結(jié)構(gòu)，它具有高度保守的氨基酸序列，甘氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸在特定位置的重復(fù)出現(xiàn)，形成其獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)，與I型膠原蛋白一起形成了皮膚的基底膜，提供了強(qiáng)度和彈性支撐，確保皮膚的張力和韌性。在皮膚的再生過(guò)程中，對(duì)于傷口愈合和細(xì)胞遷移至關(guān)重要。同時(shí)，III型膠原蛋白對(duì)于血管的發(fā)育和維護(hù)發(fā)揮重要作用，它賦予血管必要的柔韌性和彈性。此外，在臨床癥狀如瘢痕形成和某些遺傳性結(jié)締組織疾病如埃勒斯-當(dāng)洛綜合癥中，III 型膠原蛋白顯示出其重要性。鑒于III 型膠原蛋白的諸多功能，開發(fā)具有更強(qiáng)生物學(xué)活性、安全性、親水性和低免疫原性的重組 III 型膠原蛋白的技術(shù)，無(wú)論是用于改善皮膚美容，促進(jìn)傷口愈合，還是用于生物醫(yī)用材料，都顯示出巨大的應(yīng)用前景。重組技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得 III 型膠原蛋白可以在無(wú)需使用動(dòng)物源的情況下以高純度和高特異性生產(chǎn)，這為它在護(hù)膚品和藥械領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文綜述了III型膠原蛋白的生產(chǎn)及純化工藝，以及在護(hù)膚品和藥械領(lǐng)域的應(yīng)用。

2 重組III型膠原蛋白的生產(chǎn)及純化

重組 III 型膠原蛋白是利用基因工程技術(shù)以人膠原III型原始基因序列經(jīng)過(guò)優(yōu)化重組表達(dá)得到的。在重組III型膠原蛋白的生產(chǎn)和純化過(guò)程中，正確選擇表達(dá)系統(tǒng)和執(zhí)行高效的提取及純化步驟對(duì)于最終產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。同時(shí)，質(zhì)量控制措施確保蛋白質(zhì)的純度、生物活性以及安全性，這些是后續(xù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，上述流程正在不斷優(yōu)化，以提高產(chǎn)量、降低成本并擴(kuò)大重組 III 型膠原蛋白在醫(yī)療和美容領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2.1表達(dá)系統(tǒng)的選擇

重組蛋白的生產(chǎn)依賴于有效的表達(dá)系統(tǒng)，已用于重組人源膠原蛋白表達(dá)的宿主細(xì)胞包括細(xì)菌、酵母、昆蟲細(xì)胞和哺乳動(dòng)物細(xì)胞等。每種系統(tǒng)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局限性。細(xì)菌表達(dá)系統(tǒng)成本低、生長(zhǎng)快速和表達(dá)水平高，但它們常常無(wú)法進(jìn)行正確的蛋白質(zhì)折疊和后修飾；酵母表達(dá)系統(tǒng)能進(jìn)行某些后修飾，同時(shí)保持較高的生長(zhǎng)速度和表達(dá)量，發(fā)酵成本較低，遺傳背景清晰，操作性強(qiáng)，適宜工業(yè)化生產(chǎn)；哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)提供最接近人類體內(nèi)環(huán)境的翻譯后修飾，適用于需要高度修飾的膠原蛋白生產(chǎn)，但發(fā)酵難度大、純化成本高且產(chǎn)量低，不適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，多用于實(shí)驗(yàn)室研究。目前III 型重組人源膠原蛋白表達(dá)系統(tǒng)以大腸桿菌和畢赤酵母居多。川大-錦波功能蛋白聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室選取人膠原基因COL3A1的關(guān)鍵片段區(qū)域483–512aa進(jìn)行重復(fù)拼接，并在大腸桿菌工程菌中誘導(dǎo)表達(dá)，得到水溶性強(qiáng)、生物活性高的重組人源化 III 型膠原蛋白。華南理工大學(xué)蔡思澤等轉(zhuǎn)化畢赤酵母 GS115 實(shí)現(xiàn)了人源Ⅲ型膠原蛋白的整合表達(dá)，獲得了膠原蛋白單串聯(lián)、膠原蛋白二串聯(lián)和膠原蛋白二串聯(lián)四拷貝的畢赤酵母工程菌株。Rutschmann等人在大腸桿菌中共表達(dá)人III 型膠原蛋白片段和病毒的 P4H 和賴氨酸羥化酶，成功地獲得了產(chǎn)量為 90mg/L的羥基化人 III 型膠原蛋白。

2.2重組蛋白的提取和純化

重組蛋白在成功表達(dá)需進(jìn)行進(jìn)一步的裂解、純化。裂解步采用超聲波、高壓均質(zhì)等物理或洗滌劑、溶解劑等化學(xué)方法，破壞宿主細(xì)胞壁和膜，釋放蛋白質(zhì)。初步純化包括沉淀、離心、過(guò)濾等步驟，以去除大部分雜質(zhì)如未裂解的細(xì)胞和細(xì)胞碎片。進(jìn)一步純化一般采用色譜技術(shù)，包括離子交換、親和、凝膠滲透和液相色譜等，根據(jù)蛋白質(zhì)的獨(dú)特性質(zhì)如電荷、親水性、大小和結(jié)合親和力分離目標(biāo)蛋白。成都中醫(yī)藥大學(xué)梁鑫等利用酵母分泌表達(dá)獲得重組人Ⅲ型膠原蛋白發(fā)酵液，以鹽析沉淀和陽(yáng)離子柱層析結(jié)合的方法，純化出高純度的重組人Ⅲ型膠原蛋白。江南大學(xué)李瑛琦等設(shè)計(jì)類人膠原蛋白基因試劑盒并在大腸桿菌中獲得成功表達(dá)，通過(guò)發(fā)酵罐擴(kuò)大培養(yǎng)，并經(jīng)超濾初純及親和層析，最終得到了純度約為91%的類人膠原蛋白。

3 重組III型膠原蛋白在護(hù)膚品中的應(yīng)用

隨著生物技術(shù)的發(fā)展和消費(fèi)者對(duì)安全有效成分的需求日益增長(zhǎng)，重組 III 型膠原蛋白在護(hù)膚品市場(chǎng)中發(fā)揮愈加重要的角色。

3.1 重組 III 型膠原蛋白作為護(hù)膚成分的優(yōu)勢(shì)作用

一方面，重組 III 型膠原蛋白的生物相容性及安全性很高，原因在于其嚴(yán)格受控的生產(chǎn)條件不但杜絕了潛在的動(dòng)物源性疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)，并且可以避免因個(gè)體差異而引起的過(guò)敏反應(yīng)，使其適合長(zhǎng)期應(yīng)用在敏感肌膚上。

另一方面，重組III型膠原蛋白可以增強(qiáng)皮膚彈性、減少皺紋、深層滋潤(rùn)、促進(jìn)皮膚愈合。皮膚的彈性依賴于膠原蛋白和彈性蛋白網(wǎng)絡(luò)的完整性。III型膠原蛋白在皮膚的彈力纖維中占據(jù)重要位置，與I型膠原蛋白相互作用來(lái)支持皮膚的結(jié)構(gòu)。隨著年齡的增長(zhǎng)，皮膚中III型膠原蛋白的含量逐漸減少，通過(guò)外部補(bǔ)充可以幫助保持皮膚彈性和緊致性，提高皮膚的水和能力，并且能夠刺激皮膚產(chǎn)生更多膠原蛋白，從而有助于填充細(xì)紋和皺紋，實(shí)現(xiàn)撫平皺紋的效果。 

3.2 重組 III 型膠原蛋白作為護(hù)膚成分的應(yīng)用方式

重組 III 型膠原蛋白可應(yīng)用于產(chǎn)品配方、皮膚滲透、協(xié)同成分等中。目前應(yīng)用最多的是被集成到各種護(hù)膚品配方中，包括面霜、精華液、面膜和眼霜等，以充分利用其抗衰老、促進(jìn)愈合和保濕的特性。但是，由于膠原蛋白分子結(jié)構(gòu)較大，其皮膚滲透率是一個(gè)挑戰(zhàn)，為提高滲透性，護(hù)膚品中可能需要使用特殊的遞送系統(tǒng)如脂質(zhì)體或微乳液，將其有效地輸送到皮膚的深層。另外，為達(dá)到協(xié)同增效的作用，重組III型膠原蛋白通常與其他有益皮膚的成分如抗氧化劑（維生素 C 和 E）、透明質(zhì)酸（保濕劑）和肽類（信號(hào)分子）等結(jié)合使用，協(xié)同增進(jìn)皮膚健康。 

4 重組 III 型膠原蛋白在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用

重組 III 型膠原蛋白因其優(yōu)異的生物兼容性、促進(jìn)愈合的特性以及高純度、高安全性等優(yōu)勢(shì)，在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用日益增加。

4.1組織工程

在組織工程中，重組 III 型膠原蛋白被用作支架材料，以支持細(xì)胞附著、增殖和分化。作為細(xì)胞外基質(zhì)的主要組分之一，它提供了一個(gè)良好的模仿自然生物環(huán)境的平臺(tái)，例如，在皮膚、血管和其他軟組織的再生中，用作細(xì)胞生長(zhǎng)的“腳手架”，促進(jìn)新組織的形成。

4.2 傷口敷料

在人體傷口愈合過(guò)程中，III型膠原蛋白的表達(dá)顯著增加，它參與了新細(xì)胞外基質(zhì)的形成和重塑，為新生組織的發(fā)展提供基礎(chǔ)支持。重組 III 型膠原蛋白應(yīng)用于傷口敷料中不僅能促進(jìn)成纖維細(xì)胞的遷移和增殖，還可以吸附液體形成保護(hù)性凝膠，加速自然愈合過(guò)程，其纖維細(xì)小且具有良好彈性的特點(diǎn)為病理性瘢痕恢復(fù)發(fā)揮獨(dú)特的作用。此外，敷料中的重組 III 型膠原蛋白能夠降低傷口的炎癥反應(yīng)，這對(duì)于慢性傷口和難愈合傷口的治療尤其重要。

4.3 可吸收縫線

在手術(shù)縫合中，可吸收縫線是一種非常重要的醫(yī)療器械。重組 III 型膠原蛋白作為天然生物材料，能夠被人體吸收，減少了患者體內(nèi)異物的長(zhǎng)期殘留。相對(duì)于傳統(tǒng)的合成吸收性材料，重組 III 型膠原蛋白縫線可能提供更好的生物相容性和更少的炎癥反應(yīng)，這對(duì)于提高傷口愈合的質(zhì)量和減少術(shù)后并發(fā)癥至關(guān)重要。

4.4 其他藥械產(chǎn)品

除了上述應(yīng)用外，重組 III 型膠原蛋白還被廣泛研究和應(yīng)用于多種醫(yī)療設(shè)備和藥械產(chǎn)品中。例如，在心臟瓣膜修復(fù)、軟骨和骨骼修復(fù)以及牙科植入物等應(yīng)用中，重組 III 型膠原蛋白都顯示出了良好的生物相容性和功能性。此外，在緩釋藥物輸送系統(tǒng)中，重組 III 型膠原蛋白可用作載體材料，通過(guò)控制藥物的釋放，改善治療效果。 

5 市場(chǎng)及展望

重組 III 型膠原蛋白作為一種生物制品，在全球市場(chǎng)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，尤其在生物醫(yī)藥和美容護(hù)膚品中。受到消費(fèi)者對(duì)于天然和安全成分趨勢(shì)的驅(qū)動(dòng)，預(yù)計(jì)重組 III 型膠原蛋白在市場(chǎng)美容護(hù)膚市場(chǎng)會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。隨著老齡化社會(huì)的到來(lái)和慢性疾病患者數(shù)量的增加，對(duì)促進(jìn)愈合和再生的生物制品需求不斷上升，推動(dòng)了重組 III 型膠原蛋白在醫(yī)療領(lǐng)域的需求增長(zhǎng)。

重組 III 型膠原蛋白作為一種具有廣泛應(yīng)用前景的生物材料，未來(lái)的發(fā)展需要在科研創(chuàng)新與市場(chǎng)需求之間找到平衡。未來(lái)研究方向和技術(shù)創(chuàng)新可能會(huì)集中在精準(zhǔn)生物工程、三維打印技術(shù)、智能釋放系統(tǒng)、結(jié)合再生醫(yī)學(xué)等方面。科學(xué)家正致力于通過(guò)基因編輯技術(shù)如 CRISPR/Cas9，提高膠原蛋白的產(chǎn)量和質(zhì)量，以及定制化膠原蛋白結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)特定的醫(yī)療需求；結(jié)合重組 III 型膠原蛋白與三維打印技術(shù)，精確構(gòu)建復(fù)雜的組織工程結(jié)構(gòu)，從而在重建受損組織和器官；在藥物輸送系統(tǒng)中開發(fā)新的智能材料，用以響應(yīng)生物信號(hào)，精準(zhǔn)控制藥物的釋放時(shí)間和位置；尋求將重組 III 型膠原蛋白與干細(xì)胞技術(shù)相結(jié)合，以促進(jìn)器官和組織再生。探索未來(lái)研究方向、技術(shù)創(chuàng)新及潛在的市場(chǎng)機(jī)會(huì)的同時(shí)也可能面臨各種各樣的挑戰(zhàn)，如優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程以降低成本、滿足日益嚴(yán)格的監(jiān)管要求及突破生物活性、穩(wěn)定性等技術(shù)挑戰(zhàn)。總之，隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的成熟，重組 III 型膠原蛋白有望在全球市場(chǎng)占據(jù)重要地位，為人類健康和美麗帶來(lái)更多貢獻(xiàn)。

文章來(lái)源：  《上海輕工業(yè)》   http://m.00559.cn/w/kj/30978.html