科學人 發行日期:2013/1 刊號:131
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萃取自動物的膠原蛋白

撰文/楊嘉慧 審稿/陳松青(和康生物科技公司技術發展處協理)

膠原蛋白產品的製作,是從動物組織中萃取出膠原蛋白纖維,再以酵素將膠原蛋白纖維切成小分子,最後尚需切斷產生可能引發免疫排斥反應的部份,才能用來製作生醫產品。

近幾年,膠原蛋白逐漸應用於各種生醫材料,包括皮膚擦傷、骨折或角膜修復等,均已發展出各式各樣的醫療產品。膠原蛋白產品的製作是從動物的皮膚、軟骨、肌腱等組織萃取出纖維絲,再利用酵素分離出膠原蛋白纖維。膠原蛋白分很多型,不同組織的膠原蛋白結構各不相同,因此會視產品的應用而從不同部位萃取。

避免免疫排斥反應
和康生物科技公司技術發展處協理陳松青表示,膠原蛋白由於萃取自動物組織,與人類的膠原蛋白結構略有差異,在製作生醫產品時還要注意免疫方面的問題。目前植入式醫療器材所使用的膠原蛋白原料,必須將萃取出的膠原蛋白經過純化處理,包含去除膠原蛋白末端免疫胜肽區(即容易引發免疫排斥作用的位置)與其他非膠原蛋白物質,另外,也可將膠原蛋白進行交聯處理,都可降低免疫排斥發生的機率。
前者的方式是利用酵素切除膠原蛋白兩端三股螺旋兩端未纏繞的部份,此處容易引發人體免疫排斥。後者則利用交聯劑(促進分子產生共價鍵或離子鍵的物質,為萃取過程中的反應物)對膠原蛋白進行化學修飾,將交聯劑與膠原蛋白上的自由胺基形成穩固的交聯鍵結,以遮蔽免疫端,因而減少膠原蛋白的免疫原。經過交聯處理後的膠原蛋白,其機械性質增強而更加安定,抗酵素分解的能力也會增強,即交聯劑加得越多,合成的膠原蛋白就越不易分解,因此也可藉此特性,針對不同生醫產品,控制膠原蛋白於生物體內的分解速度。

  目前已知的膠原蛋白有20多型,然而只有前五型的研究較多,而且應用上以I、II型為主。例如從牛皮、豬皮萃取出的I型膠原蛋白,加入多醣類蛋白,模擬人類細胞外間質的環境,即可製造出人工皮膚或人工敷料;若將從肌腱萃取出的I型膠原蛋白與生醫陶瓷(如氫氧基磷灰石)進行加工混合,便可製成人工骨材;而從軟骨萃取出的II型膠原蛋白則應用於軟骨修復。

牙周病沒煩惱:讓骨質再生的膠原蛋白


膠原蛋白的應用之一是製成膠原蛋白膜,可治療牙周病。牙周病(牙齒周圍的組織,如牙齦、齒槽骨的病變)或是其他口腔疾病引起的顎骨或齒槽骨缺損,即使經過治療也無法使骨質完全再生,原因是組織癒合過程中負責修復的細胞包含牙齦上皮細胞、齒槽骨內的骨細胞及牙周膜中未分化的間葉幹細胞,其中牙齦上皮細胞的生長速度遠超過其他細胞,使得牙齒周圍的大部份空間被牙齦佔據,造成齒槽骨萎縮。
陳松青表示,1980年代,北歐學者發現用一膜片將牙齦組織與齒槽骨隔絕,騰出骨質生長的空間,讓牙齦上皮細胞以外的修復細胞能聚集在骨缺損區,就可使骨質再生。目前使用的膜片包括鐵氟龍等各種材質,但以膠原蛋白膜最受矚目,原因是它在去除免疫端後,便是低抗原性的材料;膠原蛋白遇血小板易凝結,可幫助止血;它也具生物可分解性,治療完成後直接由人體分解、吸收,不需要再進行二次手術取出膜片(鐵氟龍則為不可分解的材質)。

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