胶原蛋白及其于生医材料与医疗器材上的应用.pdf

膠原蛋白 及其於生醫材料 與醫療器材上的應用 文/陳美瑾 、陳俊宏 、宋信文 文/陳美瑾 、陳俊宏 、宋信文 摘要 膠原蛋白為一生物相容性佳 ，具有生物可分解特性的天然高分子材料 ，目前已定義出 21種不同形式的膠原蛋白，但是在醫學應用上仍以Type I的膠原蛋白為主。Type I膠原蛋白 為骨骼 、肌腱及皮膚的主要成分 ，分子量約為283,000 daltons 。當處於pH~7.4 ，溫度接近 37℃的生理條件時 ，膠原蛋白分子便會重組聚集成膠 ，利用其自我重組成膠之特性 ，可將 膠原蛋白分子應用於幹細胞片培養系統上 ，結合膠原蛋白(不可逆重組成膠)與甲基纖維素( 可逆成膠)之特性 ，可幫助幹細胞在細胞脫附過程中 ，維持細胞與細胞間的連結性 ，形成一 完整的片狀幹細胞 。此外 ，對於治療冠狀動脈粥狀硬化方面 ，利用膠原蛋白包覆sirolimus 所製成的藥物釋放型血管支架 ，以少量多層式包藥法 ，分別噴塗膠原蛋白與sirolimus的溶 液於血管支架上 ，能使藥物緩慢且持續地釋放長達一個月 ，很有潛力發展成為一良好的藥 物釋放型血管支架 ，有效地抑制血管再狹窄的發生 。 關鍵字 ：自我重組成膠 、幹細胞片 、冠狀動脈粥狀硬化 、血管支架 、膠原蛋白 168 化工技術第15卷第11期 膠原蛋白簡介 成 ；二級結構則利用多胜月太鏈分子內的 氫鍵形成左旋的α-chain結構 。由於組成 膠原蛋白是一種普遍存在於動物組織 膠原蛋白結構的多胜月太鏈上含有多量的 中的構造性蛋白質 ，主要以不溶性纖維蛋 hydroxyproline ，所以三條α-chain可以靠 白的形式存在於脊椎動物之皮膚 、韌帶 、 著彼此間的氫鍵與疏水性的交互作用 ，而 血管 、骨骼及各器官的結締組織中，約佔 以右旋方式互相纏繞 ，形成一個三股螺旋 總體蛋白質的30% ，扮演支持 、保護及有 結構(triple-helical structure)的蛋白質稱為 關水分 、離子等吸附或輸送之角色 。膠原 tropocollagen(圖1) ，tropocollagen分子的直 蛋白分子是由大約1000個胺基酸聚合而形 徑約為1.5 nm 、長度約為300nm(曾國輝 ， 成的多胜月太鏈(polypeptide chain)所組成 ， 1993) 。 其中最主要的胺基酸有glycine(33.5%) 、 proline(12%) 、和hydroxyproline(10%)(Spira 膠原蛋白分子的合成 et al., 1994) 。由於hydroxyproline為膠原蛋 白中特有的胺基酸 ，所以生物組織中膠 膠原蛋白分子的合成主要在纖維母細 原蛋白的含量可由hydroxyproline的含量 胞(fibroblast) 中進行 ，一開始先形成前膠 推算得知(Reddy et al., 1996 and馬純媛 ， 原蛋白分子(procollagen) ，其兩端上有非 2000) 。膠原蛋白一級結構是以每隔三個 螺旋的分子部分 ，當分泌到細胞外時才將 胺基酸殘基出現一個glycine的方式排列而 尾端非螺旋的分子結構切斷 ，形成一個典 細纖維 微纖維 膠原蛋白纖維 tropocollagen helix