1. Giới thiệu
Hiện nay, nhiều nghiên cứu về vật liệu sinh học và công nghệ đang được tiến hành do nhu cầu sử dụng vật liệu sinh học trong ứng dụng mỹ phẩm, dược phẩm và y tế gia tăng đáng kể [1,2,3,4]. Có nhiều loại polymer tự nhiên như chitosan, keratin, gelatin, cellulose, elastin và collagen [1,5,6]. Ví dụ, collagen có thể được sử dụng trong các sản phẩm như da và da giả cũng như nhiều vật liệu sinh học khác cho các sản phẩm y tế bao gồm gắn thay, phẫu thuật và điều trị vết thương [1,7].
Collagen là một loại protein phổ biến trong ma trận ngoại vi (ECM) có chức năng duy trì cấu trúc ba chiều. Nó được tìm thấy trong các mô nối trong cơ thể như da, gân, xương và mạch chân [8]. Có tất cả 28 loại collagen khác nhau, trong đó loại I là loại phổ biến nhất trong cơ thể [9]. Các monomer type I collagen (Col-I) tạo nên cấu trúc collagen xoắn ốc ba chiều thông qua việc lồng vào nhau để tạo thành sợi collagen, sau đó được tổ chức thành các bó sợi collagen (Hình 1) [10]. Cấu trúc phân tử của collagen bao gồm ba chuỗi polypeptide riêng lẻ lồng vào nhau thông qua liên kết hydro và tương tác điện từ. Các sợi procollagen cá nhân liên kết và tạo thành sợi collagen, góp phần vào tính ổn định và tính chất linh hoạt của collagen với độ bền cơ học cao [11].
Collagen cung cấp hỗ trợ cơ học trong nhiều mô của động vật và có mặt trong số lượng lớn trong cơ thể. Nó cung cấp độ bền kéo trong da và các cơ quan khác thông qua cấu trúc dạng đường phân tử phổ biến của nó. Collagen phát triển hoàn chỉnh cũng có thể kết hợp với hydroxiapatit, là tinh thể khoáng chất thường có trong xương và răng [1]. Với tất cả những khía cạnh của collagen đã được đề cập, từ những năm 1970 trở đi, nhiều nhà khoa học đã tạo ra các vật liệu sinh học sử dụng collagen là thành phần chính [12]. Vật liệu sinh học được định nghĩa là vật liệu dùng cho các hệ thống sinh học, hoạt động như một thiết bị y tế [13]. Vật liệu sinh học thường sử dụng polymer tổng hợp, tự nhiên hoặc kết hợp cả hai nguồn gốc, được chế tạo để hỗ trợ hoặc thay thế chức năng sinh học hoặc các phần cơ thể bị tổn thương [14].
Collagen là thành phần lý tưởng cho sự chế tạo vật liệu sinh học vì khi được áp dụng vào vị trí chấn thương trên cơ thể, nó dễ phân hủy thông qua enzyme collagenase ngoại vi, từ đó tạo điều kiện cho quá trình tái tạo mô thông qua hấp thụ collagen [15]. Các mô collagen cũng đóng vai trò trong quá trình dính kết và di chuyển của tế bào thông qua tương tác giữa tế bào-collagen trong sự kết dính ngoại vi giữa collagen và glycoprotein, từ đó kích thích sự khác hóa tế bào [16]. Quá trình lành vết thương cũng được tăng tốc thông qua sự cải thiện chemoattractant collagen trên tế bào.
Ngoài ra, collagen có độ linh hoạt cao như một vật liệu sinh học nhờ khả năng tạo thành chất rắn hoặc gel thông qua liên kết chéo. Liên kết chéo collagen cũng có thể giảm khả năng gây dị ứng của vật liệu sinh học này. Collagen là nguồn nguyên liệu tốt cho sản xuất vật liệu sinh học vì tính kháng dị ứng thấp của nó với tính chất kết dính tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học cao.
Một vấn đề gặp phải khi sử dụng collagen trong vật liệu sinh học là sự hiện diện của telopeptides có tính kháng nguyên, từ đó kích thích phản ứng miễn dịch trong cơ thể [17]. Tuy nhiên, các nhân tố kháng nguyên có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng xử lý pepsin [16]. Một nghiên cứu báo cáo rằng collagen trong cấu trúc tứ thù như collagen polyme được ưu tiên hơn so với biến thể đơn sống của nó do khả năng kích hoạt quá trình hình thành cục máu thông qua tăng tụ của tiểu cầu [18].
FAQs
Q: Collagen có thể được sử dụng trong các ứng dụng nào?
A: Collagen có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng y tế như tạo màng, phẫu thuật và điều trị vết thương.
Q: Tại sao collagen là nguồn nguyên liệu tốt cho vật liệu sinh học?
A: Collagen có tính chất tương thích sinh học cao, khả năng tạo chất rắn hoặc gel và khả năng thúc đẩy quá trình lành vết thương.
Q: Làm thế nào để giảm khả năng gây dị ứng của collagen trong vật liệu sinh học?
A: Các nhân tố kháng nguyên có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng xử lý pepsin.
Kết luận
Collagen là một vật liệu quan trọng trong lĩnh vực vật liệu sinh học. Với khả năng tương thích sinh học cao và tính linh hoạt, collagen được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y tế. Nhờ vào những đặc tính đặc biệt này, collagen đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình tái tạo mô và giúp làm lành các vết thương trên cơ thể con người.
Đọc thêm tại fim24h.