Применение коллагена и его производные

1.

ПРИМЕНЕНИЕ КОЛЛАГЕНА
И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ
Выполнила:
Курбанова Г.Г.

2.

Значительный интерес представляет применение коллагена в
медицине, биотехнологии, биоинженерии, сельском хозяйстве,
пищевой и косметической промышленности. За счет своей
структурной схожести для тканей и органов человека, он способен
легко перерабатываться и усваиваться организмом. Коллаген
биополимер, который считается одним из самых перспективных для
использования в восстановлении и реконструкции, устранить
дефекты кожи, деформирующие рубцы, пигментации, а также для
исцеления раны различного происхождения, в том числе при
обширных ожогах, операции на сухожилия, травмированных мышц и
т. д. Целебные свойства коллагеновых препаратов связаны с их
кровоостанавливающим и ранозаживляющим действием, в
сочетании с отсутствием антигенности. Фармацевтическая
промышленность разработала и широко использует в медицине
различные средства: мягкие и жидкие лекарственные формы,
специальные пластыри, пленки, нити, трубки и губки, имплантаты для
ортопедии и офтальмологии (имплантаты стекловидного тела),
травматологии, челюстно-лицевой хирургии и др. Большое количество
диетических добавок созданы на основе лиофилизированного
коллагена, потребление которого рекомендуется в
послеоперационном периоде, после травм, а также как дополнение
к питанию спотсменам.

3.

Ведутся работы по изучению возможности использования продуктов
гидролиза коллагена в качестве матрицы для иммобилизации
биологически активных веществ (например, антибиотиков) с целью
создания новых эффективных лекарственных средств. Это направление
является очень перспективным, учитывая большое количество активных
функциональных групп в полипептидных цепях молекулы коллагена.
Когда коллаген входит в состав лекарственных средств, назначаемых при
лечении ран в качестве раневого покрытия, благодаря своей высокой
осмотической активности он оказывает обезвоживающее действие на ткани в очаге
воспаления и пролонгирующее действие активных веществ этих препаратов.
Использование коллагена для закрытия раневой поверхности при лечении пациентов с
обширными ожогами, как основы своеобразной искусственной кожи, может значительно
снизить риск заражения.
Еще в 2007 году были проведены первые успешные клинические испытания трансплантации
кожи, искусственно выращенной из фибробластов кожи человека на матрице из
человеческого коллагена. Результаты этого первого исследования показали, что
искусственные трансплантаты были хорошо приняты, обеспечили непрерывное закрытие
раны без образования рубцов и не вызывали каких-либо серьезных побочных эффектов. В
настоящее время проводится множество клинических испытаний искусственных пористых
каркасов на основе коллагена и эластина, предназначенных для восстановления различных
мягких тканей. Результаты этих исследований показывают, что уже через 7 дней после
имплантации каркаса начинается инвазия этой инженерной структуры собственными
бластными клетками реципиента, продуцирующими внеклеточный матрикс (в частности,
фибробласты, продуцирующие коллаген I типа), и васкуляризация новообразованной
ткани. В то же время компоненты имплантированного каркаса разрушаются: коллаген через
15 и эластин через 90 дней.
В 80-е годы в работах Вайнберга, Белла в экспериментах in vitro доказана возможность
создания искусственных сосудов на основе коллагена, благодаря им появились новое
возможности в сосудистой хирургии.

4.

Многие косметические коллагенсодержащие продукты были разработаны для
повышения эластичности кожи, а также для укрепления ногтей и волос. Одно из
свойств коллагена, определяющее его широкое применение в качестве сырья в
косметике, объясняется его способностью, а точнее, способностью продуктов его
распада, стимулировать выработку собственного коллагена кожей. Однако, как
известно, для беспрепятственного проникновения через базальный кожный барьер
вещество должно быть жирорастворимым или водорастворимым и иметь
микроскопические молекулы. Из-за отсутствия этих качеств молекула коллагена,
когда содержащее ее средство наносится на кожу, не способна проникать в
роговой слой эпидермиса, и в качестве субстрата для синтеза собственного
коллагена фибробластами могут использоваться только продукты его
частичного распада в виде пептидов и аминокислот, которые
при определенных условиях могут проникать глубоко в кожу.
Коллаген, обычно гидролизованный или (в последнее время)
гидратированный, входит в состав многих кремов, гелей, масок,
шампуни и т.д. в качестве питательного и влагоудерживающего
ингредиента. Эффективность вышеупомянутой косметики в
основном обусловлена тем, что коллаген образует пленку,
которая уменьшает трансэпидермальную потерю воды, тем
самым увеличивая содержание.

5.

Введение коллагена путем инъекций(подкожное, внутрикожное, внутримышечное,
внутрисуставное) оказывает лишь временный эффект, поскольку он не может быть встроен
в коллагеновые волокна ткани пациента. Кроме того, при инъекционном введении
препаратов, содержащих белковые молекулы, существуют возникновения
иммунологической реакции и т.д. Временный положительный эффект таких инъекций,
выражающийся в сохранении объема и упругости тканей (кожи), объясняется
способностью коллагена связывать и удерживать воду, путем увлажнения и набухания. Дело
в том, что коллаген обладает высокой увлажняющей способностью. Хотя коллаген содержит
в основном аминокислотные остатки с неполярными радикалами, он способен связывать
довольно большое количество воды за счет образования водородных связей между его
пептидными группами и молекулами воды. Однако, в отличие от большинства белков,
которые, как и другие гидрофильные высокомолекулярные соединения, при растворении в
воде сначала набухают, а затем переходят в растворенное состояние, коллаген, поглощая
большое количество воды, остается в набухшем виде, не растворяясь в то же время. Если в
результате набухания вода связывается с неполярными группами коллагена довольно слабо
и легко удаляется, то в процессе гидратации вода, за счет образования ионно-дипольных
связей с ионизированными группами белка или через водородные связи с пептидными и
гидроксильными группами, органически входит в структуру коллагена и способствует его
стабилизации. Очень трудно отделить гидратационную воду от белка, например, с
помощью механического давления.

6.

Положительные эффекты коллагена и
продуктов его гидролиза в различных
лекарственных формах, пищевых добавках и
косметике не ограничиваются его
способностью удерживать влагу и
стимулировать выработку собственного
коллагена тканями, как упоминалось выше, но
также биологической активностью некоторых
низкомолекулярных пептидов, образующихся в
результате деградации -цепей коллагена.
In vivo коллагеновые пептиды образуются в
соединительной ткани в результате действия
эндогенных протеолитических ферментов.
Некоторые пептидные фрагменты коллагена,
как и фрагменты других белков внеклеточного
матрикса, способны оказывать регулирующее
воздействие на клетки тканей, стимулируя или
подавляя выработку белков внеклеточного
матрикса.

7.

В настоящее время развивается новая область
молекулярной биологии, задача которой заключается
в создании синтетических пептидов на основе
биологически активных пептидов коллагена и других
белков внеклеточного матрикса.
Самые эффективные косметические средства - это
гели, содержащие фрагменты коллагена,
трехспиральная структура которых сохраняется.
Гидратированный тропоколлаген, который сохраняет
структуру тройной спирали коллагена, обладает трансдермальным эффектом, благодаря тому, что после нанесения содержащего его
гелеобразного агента на кожу он подвергается контролируемому разложению
(при температуре поверхности кожи) с образованием пептидных цепей, которые
могут легко проникать в эпидермис. Конъюгация липидов, сонофорез,
микродермабразия, и электропорация также увеличивают трансдермальную
доставку пептидов коллагена, но эти методы имеют ряд важных ограничений,
поскольку они цитотоксичны и повреждают ткани.