Morski kolagen: obećavajući biomaterijal za zacjeljivanje rana, protiv starenja kože i regeneraciju kostiju
Sep 29, 2022
Molimo kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza više informacija
sažetak:Morski organizmi sadrže brojne biaktivne tvari koje se mogu koristiti u farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Naučna istraživanja o različitim primenama kolagena ekstrahovanog iz ovih organizama postaju sve važnija. Morski kolagen se može koristiti kao bio-materijal jer je topiv u vodi, metabolički kompatibilan i vrlo pristupačan. Pregledom literature evidentno je da je morski kolagen svestrano jedinjenje koje je sposobno da izliječi ozljede kože različite težine, kao i da odgodi prirodni proces starenja čovjeka. Od in vitro do in vivo eksperimenata, kolagen je pokazao svoju sposobnost da izazove migraciju keratinocita i fibroblasta, kao i vaskularizaciju kože. Dodatno, morski kolagen i derivati su se pokazali korisnima i za prevenciju i liječenje osteoporoze i osteoartritisa. Druge bolesti povezane s kostima također mogu biti meta kolagena, jer je sposoban povećati mineralnu gustoću kostiju, taloženje minerala i, što je još važnije, sazrijevanje i proliferaciju osteblasta. U ovom pregledu demonstriramo prednosti morskog kolagena u odnosu na izvore kopnenih životinja i biomedicinske primjene morskog kolagena u vezi s oštećenjem kostiju i kože. Na kraju, ukratko su razmotrena neka ograničenja morskog kolagena.
Molimo kliknite ovdje da saznate više
Ključne riječi:morski kolagen; zarastanje rana; regeneracija kostiju; kolagen peptidi; antiaging; osteoporoza;osteoartritis; riblji kolagen; morski sunđer
1. Uvod
Ekstracelularni matriks (ECM) igra važnu ulogu u fizičkom integritetu ćelija, gdje je uključen u ćelijsku proliferaciju, diferencijaciju, migraciju i adheziju [1-6]. Kolagen je glavni strukturni protein u ECM-u i vezivnom tkivu životinja. Kod sisara je protein kolagena veoma bogat i uglavnom je lokaliziran u ECM vlaknastog vezivnog tkiva, kao što su tetiva i koža [7-10]. Ima ključne strukturalne uloge podržavajući formiranje, vlačnu čvrstoću i fleksibilnost zglobova [11-15]. Kolagen tipovi I, II, II, V i XI su u stanju da formiraju fibrile neophodne za strukturnu podršku i otpornost na mehaničko opterećenje u vezivnom tkivu[16,17]. Kolagen tipa I je najzastupljeniji oblik i uglavnom je prisutan u tetivama i koži [18-20].
Kolagen ima brojne biomedicinske primjene u rasponu od zacjeljivanja rana, regeneracije kostiju i tkiva do isporuke lijekova (Slika 1)[21,22]. Njegova pristupačnost, fleksibilnost i biokompatibilnost čine ga korisnim biomaterijalom u nekoliko polja [22-24]. Kolagen je trimerni molekul koji se sastoji od tri polipeptidna alfa lanca, koji formiraju visoko organizirane trodimenzionalne strukture sposobne da se odupru mehaničkom stresu i podrže rast stanica [25,26].
Morski organizmi kao što su ribe, meduze, spužve i drugi beskičmenjaci sadrže značajan izvor kolagena i imaju veliku prednost u odnosu na druge izvore, budući da su metabolički kompatibilni, nemaju vjerska ograničenja i ne sadrže životinjske patogene [27-30].
Cistanche može protiv starenja
U stvari, riblje kože se obično koriste za ekstrakciju kolagena tipa I, jer ne samo da ih ima u ogromnoj količini, već i nemaju vjerska ograničenja i ne predstavljaju rizik od prenošenja bolesti [31-33]. Kopnene životinje posjeduju mnoge prenosive bolesti, što ih čini manje pogodnim za upotrebu u industriji. Na primjer, goveda, iako su veliki izvor kolagena, predstavljaju rizik od goveđe spongiformne encefalopatije (BSE) kao i transmisivne spongiformne encefalopatije (TSE)[29,34,35]. Ovi progresivni neurološki poremećaji pogađaju goveda i mogu dovesti do po život opasnih infekcija kod ljudi [29]. Osim toga, neka vjerska ograničenja upotrebe goveda za farmaceutsku i kozmetičku industriju su predmet rasprave[35]. Ovi faktori čine morske izvore kolagena mnogo sigurnijom, lakšom i obećavajućom alternativom.
Rane na koži mogu potrajati dugo da zacijele i često ne zacijele u potpunosti.cistanche แอ ม เว ย์Morski kolagen izoliran iz organizama kao što su ribe, meduze i spužve uključen je u nekoliko studija o njegovom potencijalu za povećanje stope zacjeljivanja rana [36-41]. Procesi uključuju povećanu migraciju fibroblasta i keratinocita, kao i vaskularizaciju i epidermalni rast [42-44]. Osim što ubrzava zacjeljivanje rana, morski kolagen također ima svojstva protiv starenja tako što usporava proces starenja kod miševa[45-48]. Studije na ljudima su također pokazale da morski kolagen može smanjiti bore, poboljšati elastičnost kože i poboljšati ukupnu strukturu i izgled kože. Nadalje, pokazalo se da je sposobnost kolagena da regenerira kost uspješna u modelima osteoporoze u menopauzi [49]. Morski kolagen je u stanju da poveća mineralnu gustinu kostiju i aktivnost osteoblasta, služeći zaštitnim efektima protiv degeneracije kosti [49-53]. Takođe se pokazalo da kolagen indukuje hondrogenu diferencijaciju i sprečava razvoj osteoartritisa (OA)[54,55].
Ovdje razmatramo potencijalnu primjenu morskog kolagena u olakšavanju zacjeljivanja rana i ističemo da morski kolagen može poboljšati elastičnost kože i na taj način smanjiti proces starenja kože. Nadalje, opisujemo prikladnost morskog kolagena za inženjering koštanog tkiva i formiranje hrskavice zbog njegove visoke biokompatibilnosti. Iako postoje neka ograničenja povezana s upotrebom morskog kolagena, očigledno je da povoljan i učinkovit potencijal morskog kolagena značajno nadmašuje njegove nedostatke.
2. Primjena kolagena u zacjeljivanju rana i protiv starenja
Naša epiderma kože je najvažnija urođena odbrambena barijera protiv svih patogena i igra značajnu ulogu u homeostazi tkiva[56-58]. Povrede kože se teško leče, ali postaju sve češće kao posledica opekotina, infekcija, ožiljaka, genetskih poremećaja i drugih bolesti [59,60]. Tretman ima za cilj obnavljanje integriteta tkiva, uključujući procese kao što su upala, dioba stanica, diferencijacija i vaskularizacija. Endotelna permeabilnost omogućava ćelijsku adheziju, što je praćeno diferencijacijom i sazrevanjem ćelija [61,62]. Morski kolagen se pokazao kao efikasan biomaterijal za zacjeljivanje rana. Kolagen se može koristiti u različitim formulacijama, kao što je upotreba kolagenskih peptida i hidroksilata, ili kolagenih vlakana i struktura nalik na skele [44,63].
Peptidi morskog kolagena proizvode se iz kolagena i kemijskom i enzimskom hidrolizom, a njihova manja molekularna težina povećava njihovu topljivost u vodi, čineći ih apsorbirajućim [63,64]. Hu et al. koristio je in vitro test ogrebotina kako bi pokazao da peptidi morskog kolagena poboljšavaju zatvaranje rane u koncentracijama od 50 ug mL - počevši od 12 h nakon tretmana kolagenom (Slika 2)[63]. Pokazalo se da je kod 50-ug mL-l, izazvana migracija ćelija bila slična migraciji koju vidi 10,0 ng mL-1 epidermalnog faktora rasta, faktora za koji se smatra da igra ključnu ulogu u rani iscjeljivanje. Nadalje, korištenjem peptida morskog kolagena izolovanih iz kože tilapije, ranjeni zečevi tretirani kolagenom zacijelili su značajno brže u odnosu na kontrolnu grupu nakon 11 dana [63].
Štaviše, Yang et al. izolovali kolagene peptide iz pollocka sa Aljaske i pokazali da oralna primjena kolagenskih peptida ranjenim pacovima značajno povećava stope oporavka u poređenju sa kontrolnim grupama[65]. Pokazalo se da je hidroksiprolin, koji pospješuje taloženje kolagena, a time i zacjeljivanje, veći u grupi liječenoj kolagenom (10,6 ug mg mg l) tokom vremena nego u kontrolnoj grupi (9,25 ug mg To5). 12. dana izlječenja, tretirane grupe su pokazale potpunu reepitelizaciju i uočeno je prisustvo folikula dlake, dok je kontrolna grupa imala slabu migraciju keratinocita i nije bilo folikula dlake[65].
Slično gore navedenim studijama, Wang et al. otkrili su da peptidi morskog kolagena (MCP) izolirani iz kože lososa značajno poboljšavaju zateznu čvrstoću kožnih rana kod pacova [42]. Kao što se vidi na slici 3, uočeno poboljšanje zavisilo je od doze kolagenskih peptida i vremena nakon carskog reza [42]. Štaviše, nivoi hidroksiprolina su značajno povećani u grupama koje su tretirane kolagenom u poređenju sa kontrolnim grupama, povećavajući se na način koji zavisi od vremena i doze [42]. Nije iznenađujuće što su pacovi u grupi tretiranoj kolagenom pokazali povišenu proliferaciju fibroblasta i vaskularizaciju 7 dana nakon tretmana[42]. Ovi rezultati su slični eksperimentu Zhang et al, koji je pokazao da morski kolagenski peptidi povećavaju stopu zatvaranja rana kod pacova, vlačnu čvrstoću na mjestu reza i taloženje kolagena [43]. Histološka analiza je pokazala poboljšanu vaskularizaciju, eloitelizaciju i infiltraciju fibroblasta u grupama tretiranim kolagenom [43].koliko cistanche uzetiTaloženje kolagena je važan dio oporavka od ozljeda kože i razvoja granulacionog tkiva, a hidroksiprolin, koji potiče taloženje kolagena, bio je povišen u tretiranim grupama u 7- i 11- dana nakon ozljede [ 43].
Pored toga, Pozzolini et al. izolovani i pročišćeni hidroksilati morskog kolagena iz morskog sunđera Chondrosia reniformis[66]. Koristeći in vitro test ogrebotina, dodano je 50 ug/mL frakcija kolagenskih peptida, a ćelije su analizirane na 0, 6,24 i 30h nakon primjene. U poređenju sa kontrolnim grupama, tretirane ćelije su pokazale migraciju i proliferaciju fibroblasta i keratinocita, povećavajući zatvaranje rane i dermalnih i epidermalnih ćelija. Ćelije su prvo primijećene kako migriraju i koloniziraju područje grebanja, nakon čega je uslijedila povećana ćelijska proliferacija do 24-h vremenske tačke [66]. Ovi rezultati ukazuju na obećavajuću sposobnost zacjeljivanja rana morskih kolagen hidroksilata izolovanih iz C.reniformis. Slično, hidrolizirani peptidni kolagen izolovan i pročišćen iz meduze Rhopilema esculentum pokazao je aktivnost zacjeljivanja rana i in vitro i in vivo. Prvo, koristeći test zacjeljivanja rana od ogrebotina, autori su pokazali da su grupe tretirane kolagenom peptidom imale povećanu migraciju ćelija i zatvaranje rane ovisno o dozi na 18, 36-i 48-h nakon tretmana [67]. Kada su ispitivani na ranjenim miševima, peptidi kolagena (0,9 g/kg) poboljšali su efekte zacjeljivanja rana, dijelom promovirajući povećanu ekspresiju hemotaktičkih faktora (tj. -FGF i TGF- 1). Ovi faktori igraju ulogu u zaštiti rane od infekcije regrutacijom upalnih stanica, koje također mogu regulirati migraciju fibroblasta i keratinocita; na taj način, podstičući zacjeljivanje rana [67].
Štaviše, Veeruraj i dr. izolovan astaksantin, antioksidans i protuupalni spoj, kao i kolagen rastvorljiv u kiselini i pepsinu iz lignje, Doryteuthis sing-halensis [68]. Ranjeni pacovi su tretirani kombinacijom astaksantina i kolagena, a zapažena je brža stopa zacjeljivanja rana u odnosu na rane tretirane slanom otopinom. Studija je takođe otkrila da grupe koje su tretirane kolagenom imaju povećanu epitelizaciju, angiogenezu, keratinizaciju i prisustvo kolagenih vlakana, koja zajedno doprinose zarastanju rana[68].
Isto tako, Chen et al. izolovao kolagen iz kože morske tilapije i nanovlakna kolagena goveđe kože i pokazao da grupe pacova tretirane kolagenom imaju bržu stopu oporavka rana od kontrolne grupe[44]. Osim toga, studija je otkrila da hidroksiprolin, komponenta kolagena, igra važnu ulogu u brzini zacjeljivanja rana promicanjem ponovne epitelizacije. Grupe koje su tretirane kolagenom imale su više fibroblasta, više vaskularizacije, manje upale i više kolagenih vlakana nego kontrolne grupe [4].
Studije na većim životinjama, kao što su ovce, takođe su sprovedene kako bi se ilustrovao efekat kolagena na zarastanje rana. Na primjer, Melotti et al. proizvedene kožne skele na bazi kolagena (CBSS) od kolagena izoliranog iz otpada hrane morskih ježeva za liječenje kožnih rana kod ovaca [69]. Pokazali su da su rane tretirane CBSS-om zacijelile mnogo brže od kontrolnih grupa. Počevši od 14. dana nakon ozljede, tretirane grupe su pokazale značajno veću količinu migracije keratinocita u odnosu na neliječene kontrolne grupe. Nadalje, grupe tretirane CBSS-om imale su manje upale tokom vremena i više taloženja granularnog tkiva od kontrolne grupe [69]. Analiza ekspresije gena pokazala je povećanje značajnog faktora rasta, VEGF-A, u tretiranim grupama u poređenju sa kontrolom[69].bioflavonoidiPored toga, hKER, marker za ekspresiju folikula dlake, prvi put je uočen 14. dana nakon povrede, samo u tretiranim grupama [69]. Uzeti zajedno, ovi rezultati pokazuju da je kolagen obećavajući biomaterijal za zacjeljivanje rana i regeneraciju kože.
U drugom eksperimentu Ferrarija et al., integritet i performanse 3D proizvedenog CBSS-a procijenjeni su pod uslovom dodavanja različitih koncentracija etanola i različitih temperatura smrzavanja [21]. Njihovi eksperimentalni rezultati pokazali su da dodavanje etanola u procesu proizvodnje skela na bazi kolagena na različitim temperaturama može povećati debljinu ovih skela, a može se povećati i gustoća kolagenih vlakana na gornjoj i donjoj površini ovih skela (Slika 4. ). Ovi faktori su na kraju doveli do veće mehaničke stabilnosti i smanjene deformacije ove skele u ćelijskoj kulturi i in vivo mikrookruženju rane[21].
Biomedicinske primjene kolagena u svrhu regeneracije kože dalje su rasprostranjene u industriji protiv starenja, a promjene povezane sa starenjem kože mogu negativno utjecati na estetske aspekte strukture kože [70]. Elastičnost, mehanička čvrstoća i ukupna struktura kože uglavnom se održavaju kolagenim i elastinskim vlaknima [71,72]. Sinteza kolagena se smanjuje s godinama, a to je jedan od dominantnih doprinosa promjenama povezanim sa starenjem kože [73,74]. Mnoga jedinjenja, kao što su vitamini u ishrani, masne kiseline i esencijalne aminokiseline, dokazano su korisna za zdravlje i izgled kože [75-77]. Međutim, prehrambeni spojevi biljnog porijekla ograničeni su njihovom niskom bioraspoloživošću kroz crijevnu barijeru i visokim stopama metabolizma [78] Obećavajuće je da morski kolagen i kolagenski peptidi imaju visoku bioraspoloživost, potenciju i povoljan sigurnosni profil[79,80]. Studija koju su proveli Ito et al. pokazalo je da suplementacija sa kolagenskim peptidom i ornitinom (CPO) dobivenim iz ribe značajno smanjuje transepidermalni gubitak vode i broj pora kože i povećava elastičnost u grupama tretiranim CPO (Slika 5)[45].
Nadalje, poznato je da je starenje povezano sa smanjenim nivoom hormona rasta.šta je cistancheNivoi faktora rasta sličnog insulinu-1 (IGF-1) su povezani sa većim lučenjem hormona rasta, a pronađeno je da su nivoi IGF-1 značajno povišeni u odnosu na početnu vrednost u CPO grupi [45 ]. Studija je takođe pokazala da nema štetnih efekata kao odgovor na jedan dodatak prehrani od 30 mL CPO [45]. Slično, De Luca et al. otkrili su da nakon uzimanja 570 mg kolagenskih peptida izolovanih iz ribe, učesnici imaju povećanu debljinu kože i akustičnu gustoću, ultrazvučni marker[46]. Osim toga, elastičnost kože i proizvodnja sebuma su također značajno povećani nakon dodavanja kolagenskih peptida, a nisu uočeni toksični efekti [45]. Alves et al. pokazalo da kolagen tipa I izolovan iz kože lososa i bakalara ne pokazuje iritaciju na ljudskoj koži [81]. Citokini interleukin (IL)-6 i IL-8 korišteni su kao markeri za upalu i iritaciju u studiji, a uočeno je da nije došlo do oslobađanja citokina nakon primjene kolagena [81]. Osim toga, kolagen je bogat aminokiselinama glicinom, prolinom i hidroksiprolinom, koje doprinose stabilnosti kolagena i njegovoj sposobnosti da izdrži visoke temperature zbog velikog broja vodoničnih veza [81]. Kolagen je također mogao zadržati značajnu količinu vode, što je važno za njegovu upotrebu u kozmetici [81].
Evans et al. proveli randomizirano i trostruko slijepo kliničko ispitivanje na 45-60-godišnjim ženama kako bi pokazali utjecaj kolagena iz slatkovodne ribe na naboranu kožu i elastičnost [82]. Nakon tri mjeseca uzimanja suplementa kolagena, došlo je do značajnog smanjenja (35 posto) bora učesnika u odnosu na početnu vrijednost [82]. Također je uočeno da se elastičnost kože obraza značajno poboljšala 6 sedmica nakon tretmana. Nadalje, u poređenju sa placebo grupom, uočeno je da je pored elastičnosti i poboljšanja bora, došlo do poboljšanja hidratacije za 14 posto, poboljšanja sjaja od 22 posto i poboljšanja čvrstoće kože za 25 posto[82]. U drugom eksperimentu sa hronološki ostarjelim miševima, pokazalo se da lokalna primjena ili oralna konzumacija hidrolizata kolagena ima pozitivne učinke na starenje kože [83]. Šest mjeseci nakon tretmana, došlo je do značajnog povećanja sadržaja kolagena i važnih antioksidativnih enzima, uključujući superoksid dismutazu i glutation peroksidazu. Zajedno, ovi faktori su poboljšali strukturu i izgled kože. Utvrđeno je da kada se tretira kolagenom, gustoća i širenje kolagenih vlakana tipa I i tipa II poboljšava strukturu epidermisa i dermisa [83]. Pei et al. također su otkrili da kada su ostarjeli miševi tretirani peptidima morskog kolagena, povećavaju se debljina epiderme, aktivnost fibroblasta i aktivnost antioksidativnih enzima [84].
Ova antioksidativna svojstva morskog kolagena obećavaju jer su visoko reaktivni i nestabilni slobodni radikali, a oksidirajuće vrste oštećuju ćelijske membrane, DNK i makromolekule ćelija kože, a poznato je da su u velikoj mjeri uključeni u starenje kože [85-87]Antioksidativni enzimi kao što su superoksid dismutaza i glutation peroksidaza značajne su po tome što štite od oksidativnog stresa inhibirajući slobodne radikale i druge opasne vrste kisika [88]. Chi et al. izolovao je kolagen rastvorljiv u kiselini iz ljuskica kroceina i pokazao antioksidativne sposobnosti tri kolagena peptida [89]. Korištenjem kapaciteta apsorpcije kisikovih radikala (ORAC), pokazalo se da peptidi kolagena pokazuju zaštitne efekte protiv hidroksilnih, superoksidnih i drugih radikala. Nadalje, istražen je učinak kolagenskih peptida (ACH-P1, P2, P3) na peroksidaciju lipida, put uključen u formiranje oksidativnih vrsta. Kao što se vidi na slici 6, u poređenju sa kontrolama, lipidna peroksidacija je značajno smanjena zbog smanjenja apsorbancije, što meri stepen oksidacije [89]. Peptidi kolagena imaju sličan učinak kao BHT, poznati i efikasan antioksidans [89].
Sve zajedno, evidentno je da je morski kolagen uspješan i obećavajući biomaterijal za zacjeljivanje rana i kozmetiku.
3. Potencijalna uloga kolagena u regeneraciji kostiju i hrskavice
Morski izvori kolagena služe ne samo kao obećavajući put za zacjeljivanje ozljeda kože, već i za traumu i regeneraciju kostiju. Popravak i zacjeljivanje prijeloma kosti je oblik regeneracije tkiva i složen je proces koji uključuje formiranje i razgradnju kosti [90,91]. Često pacijenti imaju stanja koja zahtijevaju rekonstrukciju velikih kostiju kao rezultat genetskih abnormalnosti, traume, infekcije i tumora [92]. Postoji sve veća potražnja za poboljšanjem metoda popravke i regeneracije kostiju, kao što su funkcionalni koštani transplantati [93].
Poznato je da bioaktivni peptidi morskog kolagena pomažu u apsorpciji kalcijuma i cinka, koji su važne komponente kostiju i korisni su za prevenciju osteoporoze [94,95]. Studija koju su proveli Xu i saradnici otkrila je da peptidi morskog kolagena izolovani i dobijeni hidrolizom iz lososa povećavaju serumski osteokalcin kod tretiranih pacova u poređenju sa kontrolama. Osteokalcin je proteinski hormon koji luče osteoblasti i igra ulogu u održavanju i regeneraciji kostiju kroz interakciju s kalcijem. Studija je takođe otkrila da su organski matriks kosti, gustina, dužina femura i mineralni joni femura bili značajno veći u grupi koja je tretirana kolagenom nego u kontrolnoj grupi[9]. Pretpostavljena je hipoteza da je povećanje mineralne gustine kostiju vjerovatno posljedica povećane aktivnosti osteoblasta, što se vidi po povećanju veličine kosti i osteokalcina u serumu [94]. Ovi rezultati bacaju svjetlo na potencijalne peptide kolagena uključene u taloženje minerala, razvoj koštanog matriksa i povećanje aktivnosti osteoblasta, što snažno sugerira da je kolagen obećavajući biomaterijal za prevenciju i liječenje osteoporoze [94]. Osteoporoza i neto gubitak koštane mase preovlađuju među starim ženama koje prolaze kroz menopauzu kao rezultat nedostatka estrogena [49]. Nomura et al. pokazalo je da 20 mg kolagena izolovanog iz želatina ajkule takođe povećava mineralnu gustinu kostiju spužvaste kosti u modelima osteoporoze u menopauzi [49].
Nadalje, biološki učinak morskog kolagena na matične stanice koštane srži štakora također je dokazan. Liu et al.buy cistanchepokazalo je da {{0}}.2 mg/mL kolagena izolovanog iz ribe podstiče preživljavanje ćelija i pojačava ekspresiju nekoliko osteogenih i endotelnih markera [50]. Kao što je prikazano na slici 7, došlo je do značajnog povećanja vijabiliteta ćelija na 0,2 i 0,02 mg/mL u grupama tretiranim cckolagenom [50]. Zanimljivo je da su osteogeni markeri, kao što je alkalna fosfataza (koja pojačava diferencijaciju ćelija) u ćelije koje formiraju osteoblast/kost), bile su značajno povećane u grupama koje su tretirane kolagenom 3 i 10 dana nakon tretmana [50]. Slično ovoj studiji, Elango et al. otkrili su da matične ćelije koštane srži tretirane kolagenom i zrele osteoblastične ćelije prikazuju povećanu proliferaciju zavisno od doze u poređenju sa kontrolama [52]. Osim toga, osteogeni marker mRNA i ekspresija proteina značajno su se povećali u tretiranim grupama u odnosu na kontrolne grupe [52]. Ovi rezultati sugeriraju da je kolagen u stanju promovirati diferencijaciju matičnih stanica i osteoblastičku aktivnost. Yamada et al. takođe su pokazali da su peptidi morskog kolagena ekstrahovani i iz kostiju i iz kože ribe bili u stanju da povećaju proliferaciju osteoblastnih ćelija, ekspresiju osteogenih markera i taloženje minerala [96]
Pored upotrebe hidrolizovanih kolagenskih peptida, strukture kolagenih skela su se pokazale korisnima u pogledu regeneracije kostiju. Diogo et al. otkrili su da strukture kolagen-kalcij fosfata umrežene sa EDC/NHS podržavaju vezivanje i proizvodnju ćelija koje grade kosti [9]. Novija studija je otkrila da je unutar kolagenskih skela meduza bilo veće de novo formiranje kosti i povećano regrutovanje makrofaga u poređenju sa kontrolnim grupama [98]. Poznato je da inflamatorne ćelije, kao što su makrofagi, potiču popravku tkiva, regulišu upalu i homeostazu, što je obećavajuće za regeneraciju koštanog tkiva [98]. Slično gore navedenim studijama, Rachmawati et al. otkrili su da kolagene skele izolovane od meduze Aureli aurita pomažu regeneraciji alveolarne kosti [9]. Kada se liječi kolagenom, došlo je do povećanja osteoblasta i smanjenog broja osteoklasta u usporedbi s kontrolnom grupom, što ukazuje na potencijal za regeneraciju alveolarne kosti. STRO-1, biomarker za mezenhimalne matične ćelije i osteokalcin, proteinski hormon sintetizovan od osteoblasta, takođe su povećani u grupama koje su tretirane kolagenom. Ovi rezultati ukazuju na obećavajuća svojstva regeneracije kostiju [99].
Morske spužve, poznate i kao poriferans, služe kao važan izvor kolagena i imaju strukturu koja podsjeća na spužvastu arhitekturu koštanog tkiva. Lin et al. proveli in vitro test koristeći fibrinozni kolagen izolovan iz morskog sunđera Callyspongidae [100]. Studija je zapazila da su osteoblasti bili u stanju da se pričvrste na površinu spužvastih vlakana, razmnožavaju i rastu na konstruktima stanica-spužva. Studija je također procijenila osteokonduktivni potencijal spužvastih kolagenskih skela i otkrila da se nakon 7 dana ekspresija gena dva osteogena markera, osteokalcina i osteopontina, značajno povećala [100]. Onday 14, ekspresija gena alkalne fosfataze, indikator osteoblastne diferencijacije, također je značajno povećana [100]. Slično, Green et al. također je koristio skelet morskog sunđera kako bi procijenio da li kolagen može inducirati osteogenezu[101]. Studija je otkrila da su ljudske osteoprogenitorne ćelije bile sposobne da se vežu za skelu u roku od 16 sati, a do 21 dana, osteoprogenitorne ćelije luče ekstracelularni matriks. Nadalje, nakon 9 i 14 dana aktivnost alkalne fosfataze značajno se povećala u poređenju sa kontrolom[101]. Svi zajedno, ovi rezultati ukazuju na to da kolagenska vlakna u skeletu morskog sunđera pružaju okvir za vezivanje osteoblasta, proliferaciju i migraciju, što ukazuje na obećavajući potencijal za upotrebu u inženjeringu koštanog tkiva[100,101].
Biomedicinska primjena morskog kolagena nije ograničena na kožu i kosti, već također uključuje regeneraciju hrskavice. Osteoartritis (OA) karakterizira poremećaj homeostaze hrskavice, kojoj nedostaje samopopravak i regenerativni potencijal [103]Kod OA dolazi do degradacije hrskavice, što rezultira izlaganjem subhondralne kosti, a to negativno utječe na kvalitetu života zbog bolnih i ukočenih zglobova [103]. Obećavajuće, pokazalo se da morski kolagen indukuje hondrogenu diferencijaciju, utirući put za potencijalnu reggeneraciju hrskavice. Raabe et al. otkrili su da hidrolizirani riblji kolagen kao i faktor rasta TGFB1 induciraju sintezu proteoglikana i kolagenih vlakana[104]. Riblji kolagen je također izazvao hondrogenu diferencijaciju [104]. Slično, Bourdon et al. istraživali su efekte hidrolizata tri kolagena iz riblje kože i hrskavice na razgradnju hondrocita [55]. Studija je pokazala da 0,5,50 i 100 ug/mL hidrolizata kolagena podižu nivo kolagena tipa I i II. Pored toga, ćelije tretirane kolagenom imale su smanjenu ekspresiju markera proteaze za koje se zna da su uključeni u razvoj OA, Htral, Mmp103, Adamts5 i Cox2[55]. Ohnishi et al. takođe su otkrili da su zečevi kojima je davana kombinacija peptida ribljeg kolagena i glukozamina zaštićeni od indukovane degradacije hrskavice (OA), dok su kontrolne grupe razvile OA[105]. Utvrđeno je da peptid ribljeg kolagena i glukozamin, koji su prisutni u velikim količinama u vezivnom tkivu, i pomažu u održavanju strukture i integriteta hrskavice, sami po sebi imaju neke zaštitne efekte, ali njihovo kombinovano djelovanje pruža najveću zaštitu od OA [105].
U histološkom eksperimentu Ahmeda et al., uočen je učinak kolagena iz skela spužve meduze na hondrogenost goveđe hrskavice [106]. Hondrogenost je složen proces koji uključuje proliferaciju i diferencijaciju hondroprogenitora i depoziciju ekstracelularnog matriksa (ECM) [106]. U ovom eksperimentu, hondrociti izvedeni iz tkiva goveđe hrskavice su posađeni na skele meduza da bi se procenila količina, količina depozicije kolagena i depozicije kolagena. crvena boja je primijenjena za promatranje sadržaja i orijentacije kolagenih vlakana (slika 8)[106]. Koristili su tri različita medija za uzgoj: prirodno tkivo (nezrela hrskavica goveđeg porijekla) i goveđe hrskavično tkivo koje sadrži hondroprogenitorne ćelije u prisustvu i odsustvu transformirajući faktor rasta- 1 (TGF 1)[106]. Pokazalo se da je TGF 1 efikasan faktor rasta u formiranju hrskavice i prisutan je u visokim nivoima u zdravoj hrskavici, ali je njegov nivo znatno smanjen u hrskavici pacijenata sa OA [106]. Rezultati bojenja su pokazali da se u nativnom goveđem tkivu kolagena vlakna uglavnom nalaze na površini tkiva, ali u hondrogenoj kulturi, kako na površini tkiva tako iu dubljim područjima, taloženje kolagenih vlakana je vidljivije. Štaviše, dodavanje TGF 1 u medijum kulture dodatno je doprinelo povećanju taloženja kolagenih vlakana [106]. Uzeti zajedno, sadašnji podaci podržavaju primjenu morskog kolagena u regeneraciji hrskavice.
4. Prednosti i ograničenja povezana s upotrebom morskog kolagena
Morski resursi kolagena imaju mnoge prednosti u odnosu na kopnene životinje i druge izvore. Ne samo da su dostupni u izobilju, nemaju vjerska ograničenja i lako su dostupni, već je i malo prijavljenih toksičnih efekata u efektivnim dozama [32,33]. Ovo je značajno jer glavni izvor kolagena dolazi iz goveda, koje imaju rizik od prenošenja veoma opasnih BSE i TSE [29,35]. Uz svoj obećavajući sigurnosni profil, upotreba morskog kolagena je ekološki prihvatljiva. Koža, kosti i ljuske su veliki izvori kolagena, ali ih industrija prerade morskih plodova često odbacuje[30]. Korištenjem morskog kolagena smanjuje se korisni otpad, a izolacijom kolagena ne oštećuju se daljnji organizmi. Nadalje, kolagen ima različite primjene u mnogim poljima, kao što su isporuka lijekova, zacjeljivanje rana, starenje kože i regeneracija tkiva. Morski kolagen se takođe pokazao efikasnim kao lažni kolagen. U gore spomenutom primjeru, morski kolagen je bio jednako efikasan kao i trenutno primijenjeni antioksidans BHT [89]. Osim toga, druga poređenja spužvaste kolagene membrane u odnosu na poliuretanske membrane na zacjeljivanje donatorskih mjesta pokazala su da je upotreba kolagena značajno povećala kvalitetu zacjeljivanja rana i skratila vrijeme zacjeljivanja [107]. Morski kolagen se također lakše hidrolizira od kolagena sisara, što ih čini pogodnijim za dalju obradu u derivate peptida [108]. Nadalje, kolagen ima i strukturna i funkcionalna svojstva koja ga čine prirodnim supstratom za staničnu ataklamentaciju, rast i diferencijaciju [109]. Međutim, važno je napomenuti da, iako mala, postoje neka ograničenja. Pokazalo se da je morski kolagen manje termički stabilan od kolagena goveda, jer imaju manje ostataka prolina i hidroksiprolina [10]. Osim toga, većina studija je istraživala efikasnost morskog kolagena in vitro ili na životinjskim modelima; međutim, potrebno je više studija koje istražuju efikasnost i potencijalne štetne efekte morskog kolagena na ljudsku kožu. Sve u svemu, nekoliko ograničenja morskog kolagena snažno su nadjačani njihovim širokim spektrom prednosti.
5. Završne napomene
Ovaj pregled naglašava biomedicinsku primjenu morskog kolagena u zacjeljivanju rana, protiv starenja kože i regeneraciji kostiju i hrskavice. Očigledno je da su morski izvori kolagena znatno povoljniji od izvora kopnenih životinja. Dokazana je sposobnost morskog kolagena da promovira ponovnu epitelizaciju kože, vaskularizaciju, migraciju fibroblasta i sveukupno brže zacjeljivanje rana. Nadalje, efekti morskog kolagena protiv starenja koji se odnose na veću elastičnost kože i smanjenje bora su vrlo obećavajući za kozmetičku industriju. Nadalje, evidentan je i značajan utjecaj na prevenciju i liječenje osteoporoze povećanjem gustine kostiju i taloženjem minerala. Bolesti povezane s kostima kao što su osteoporoza i OA mogu negativno utjecati na kvalitetu života. Pokazalo se da morski kolagen i njegovi derivati odgađaju i štite od OA i na taj način smanjuju smrtnost. Stoga bi trebalo nastaviti istraživanje i otkrivanje izvora morskog kolagena, jer su se do sada pokazali izuzetno korisnima.
Ovaj članak je preuzet iz Mar. Drugs 2022, 20, 61. https://doi.org/10.3390/md20010061 https://www.mdpi.com/journal/marinedrug
