胶原蛋白是人体和脊椎动物的主要结构蛋白,主要由成纤维细胞合成,作为支持组织和结缔组织的主要组分,可起支持、保护、连接等多重作用。人体中含有多达28 种不同亚型的胶原蛋白,分为纤维状的胶原蛋白和非纤维状的胶原蛋白两类。结构分析显示,纤维状的胶原大分子由三条多肽链紧密缠绕成为三聚体形式,然后众多胶原蛋白三聚体又可彼此并排形成更大的纤维互相交联,使最终产物具备较高的机械强度。胶原蛋白正常的三螺旋构象是其理化特性和生物学活性的基础,使其具备高拉伸强度、生物降解性能、低抗原活性、低刺激性、低细胞毒性以及作为人工器官骨架或创伤敷料时促进细胞生长、促进细胞粘附、与新生细胞和组织协同修复创伤等特性,这让胶原蛋白成为一种理想的生物医用材料,在敷料、人工器官和再生医学、美容美妆等场景下有广泛应用。
胶原蛋白具有多种优良特性和多元使用效果,广泛应用于化妆品、保健品、食品以及医药等领域。产业化应用的胶原蛋白除了猪皮、牛皮、牛骨、鱼皮、鱼鳞等动物组织来源之外,重组型胶原蛋白也随着基因工程技术的发展应运而生。不同来源的胶原蛋白在氨基酸组成、分子量、热稳定性以及生物特性等方面存在一定差异,其中重组人源化胶原蛋白采用与人体胶原蛋白相同的基因序列,与人体同源无排异反应,不存在动物病毒隐患,相较于动物源胶原蛋白更加安全可靠,生物活性以及生物相容性也更为出色。

软组织修复材料
胶原蛋白材料具有天然的多孔网状结构,与创面接触可迅速吸附血液,促进血小板凝聚,同时吸收组织渗透液,营造良好创面微环境,促进创面愈合。目前,临床上胶原蛋白类软组织修复产品较多,主要有胶原蛋白敷料、硬脑(脊)膜补片、人工角膜、口腔补片、疝气补片、乳房整形补片等。
硬组织修复材料
骨组织缺损或病变是临床上常见的一种病症,自体骨缺损过大则无法自愈,治疗方法主要包括自体骨、异体骨和人工骨移植。自体骨移植供给有限且会造成二次伤害,异体骨有感染疾病风险及免疫排斥等,因此人工骨材料具有广阔的应用前景。胶原蛋白是天然骨组织的主要有机成分,广泛应用于人工骨组织工程材料。目前临床上使用的胶原基骨组织修复材料主要为羟基磷灰石、β-磷酸三钙、生物活性玻璃与胶原蛋白等的复合物,具有良好的生物相容性及降解性,对骨缺损部位进行填充与修复,诱导自体骨再生。
药物释放载体材料
通过控制胶原材料的结构实现对药物的缓慢释放,延长药物在体内的作用时间,以达到更好的药物治疗效果。
组织工程支架
胶原蛋白用作组织工程支架材料,主要是为种子细胞提供良好的生存空间和微环境,细胞可按预制形态的三维支架生长并可分泌出新的细胞外基质,最终在体外制得具有一定形状和三维结构的组织或器官。
3D打印技术原料
3D打印技术在生物医疗领域快速发展,能精确控制生物材料、细胞、生长因子等在整体3D结构中的位置、组合与相互作用,并且可为患者制备出个性化的医用器械,而胶原蛋白因其具有来源广泛、结构稳定、可与其他材料复合使用等优点,成为3D打印中常用的原材料之一。
止血材料
胶原蛋白亦可用于止血材料。血管内皮细胞下层由一系列的细胞外基质蛋白组成,其中的纤维胶原是诱导血栓形成的主要基质蛋白。当血管壁的内皮细胞被剥离,致使胶原暴露于血液中时,流动的血液中的血小板立刻与胶原纤维吸附在一起,发生凝集反应,从而形成血栓。胶原通过激活凝血因子Ⅻ、活化凝血因子Ⅺ和Ⅴ,促进血小板的凝血。作为止血剂使用的胶原可以是粉状、片状及海绵状等多种物理形态。
