胶原蛋白是一种高分子功能性蛋白质。据统计,胶原蛋白是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白,占人体蛋白质总量的25-30%,占皮肤成分比例高达70%。
胶原蛋白具有独特的三螺旋结构,由三条多肽链相互缠绕而成,这种结构赋予了胶原蛋白高度的稳定性和拉伸强度。
胶原蛋白结构图
目前已知的胶原蛋白至少有28种类型,广泛分布于人体中,发挥着不同作用。如Ⅰ型分布于皮肤、肌腱、韧带、骨骼、牙齿等部位,具有很强的抗张强度和韧性;Ⅱ型分布于软骨组织等部位,对关节的弹性和缓冲起着重要作用;Ⅲ型分布于皮肤的真皮层、巩膜、血管等部位,与皮肤的弹性、水分保持密切相关,可以维持皮肤的健康和年轻态。
胶原蛋白的应用领域
组织工程中的支架材料
在组织工程中,胶原蛋白常被用作支架材料。以心脏瓣膜修复材料为例,胶原蛋白具有良好的生物相容性和可降解性,能够为细胞生长提供适宜的环境。胶原蛋白支架可以模拟心脏瓣膜的天然结构,促进细胞的黏附、增殖和分化,有助于受损心脏瓣膜的修复和再生。
食品添加剂
在肉制品中,胶原蛋白可以作为改良剂,影响肉类的嫩度和肉类蒸煮后肌肉的纹理。研究表明,胶原蛋白含量越高,肉的质地越硬。像鱼肉的嫩化被认为与V型胶原蛋白降解有关,其肽键的破坏引起的细胞外周胶原纤维的裂解被认为是肌肉嫩化现象的主要原因。通过破坏胶原蛋白分子内的氢键,使原有的紧密超螺旋结构破坏,形成分子较小、结构较为松散的明胶,既可改善肉质的嫩度又可提高其使用价值,增加蛋白质含量,兼顾口感与营养。
医美领域
1.填充塑性
与传统的填充材料相比,胶原蛋白填充剂效果较为持久且自然,能更好地与人体组织融合,不会出现明显的异物感。目前国内仅台湾的双美、汉福的爱贝芙、博泰的弗缦和锦波生物的薇旖美产品获执,这些产品从无特定病原(SPF)猪中提取纯化制备,能够从源头上隔绝动物病毒,安全性高。
2.促进胶原蛋白再生
胶原蛋白填充剂可促进胶原蛋白再生。去除端肽的未变性胶原具有抵抗原性、良好的生物相容性和可生物降解性,有利于成纤维细胞的存活和生长。胶原蛋白填充剂不仅能通过物理填充除皱,还能够增强组织活性,促进皮肤细胞的再生和修复,提升肌肤的弹性和紧致度。对比玻尿酸,胶原蛋白填充剂在去泪沟、去黑眼圈方面效果更好,同时还能够抑制黑色素的生成,达到美白效果,且不会出现丁达尔效应。
美妆领域
1.保湿美白
消费者的护肤观念正从基础保养向精准功效转型,在此背景下,功效性护肤品热度高涨。胶原蛋白是皮肤的主要组成部分,含量非常高,能够在皮肤表面形成一层保湿膜,防止水分流失,保持皮肤的水润度。胶原蛋白还能够抑制黑色素的生成,加快皮肤新陈代谢,减少色斑和暗沉,使皮肤更加明亮白皙。
2.修复止血
在皮肤美容方面,类人胶原主要用于眼膜、面膜、喷雾等产品中,修复皮炎、痤疮、敏感肌等问题肌肤。例如,娇丽活性胶原蛋白紧致抗皱精华液、精华面膜经过人体功效测试报告,对 CCC-ESF-1细胞有促进增殖作用,具有紧致抗皱功效。
在医学领域,类人胶原可用于创面敷料,能吸收创口渗出液,诱导成纤维细胞的趋化性,加速创伤修复。其具有促进表皮细胞生长和繁殖的生物活性,可促进痘痘痤疮、敏感肌屏障修复,在皮肤表面形成缩水保湿膜的成膜功能,补充皮肤胶原蛋白,缓解皮肤问题。
胶原蛋白的生产技术
传统的胶原蛋白提取方法主要依赖于动物组织,然而这种方法存在诸多局限性,如资源有限、可能携带病原体、提取过程复杂等。基因工程技术的出现为胶原蛋白的生产带来了新的机遇。
基因重组胶原蛋白利用基因工程技术,将人源胶原蛋白的基因克隆到表达宿主中,通过表达、纯化等步骤获得纯度高、质量稳定的胶原蛋白。
重组胶原蛋白生产流程示意图
相较于传统提取方法生产的胶原蛋白,基因重组胶原蛋白具有以下优势:
· 安全性高:避免动物源性疾病传播风险,如病毒和病原体的污染。
· 批次稳定性:生产过程可控,使得不同批次的产品具有高度一致性,保证了产品质量的稳定性。
· 组分单一:基因重组胶原蛋白的分子结构单一,易于控制和纯化,避免多种蛋白质混合的问题。
· 活性高:可通过基因工程手段增加其亲水性氨基酸的含量,提高亲水性,使得在实际应用中,尤其是在组织工程材料构建过程中更易于使用。
· 无免疫排异:具有较低的免疫原性,减少了人体对植入材料的免疫排斥反应。
· 可加工性更佳:重组胶原蛋白的水溶性好,因此可加工性能也更为良好。
· 生物活性更强:重组单链结构胶原具有更多的活性结合位点,即便是三螺旋结构的重组胶原蛋白也会比天然人组织胶原结构更为松散,暴露出更多生物活性区域,易于与细胞或其他生物活性分子间发生相互作用。
· 抗氧化特性:对于具有催化氧化反应特性的金属离子如铁、铜、汞、镉,具有更强的螯合能力,从而发挥更优异的抗氧化特性、减少皮肤氧化损伤和美白的作用。
森松在基因重组领域的解决方案
在生物工程的基因重组领域,森松可为客户提供1KLKLKLKLKLKLKL@KL的生产型生物发酵罐,以及相关的种子罐、补料系统、培养基配制系统、下游分离纯化等核心及配套设备和服务,积累了大量的设计、制造、调试、试车的经验,尤其擅长高密度发酵的放大设计。
近期,森松为基因重组胶原蛋白领域的客户提供5KL、10KL和20KL生物发酵罐及辅助系统,使用大肠杆菌和毕赤酵母作为表达载体生产胶原蛋白。
在满足国内外相关验证的需求下,结合了这些品种高密度发酵的特点,采用先进的放大设计理论和计算方法,结合CFD流场模拟和已有的数据库,对发酵罐的高径比、搅拌和挡板的形式/数量、通气管的开孔分布、内/外夹套的形式等进行了详细设计和验证,从而实现高密度发酵罐所需的高OTR、高KLa、高制冷能力、高换热面积等能力。
发酵罐内部采用洁净设计,系统外部设计定制化的自动清洗系统,在保证清洗效果的同时能够节水节电。
重组胶原蛋白在医美市场呈现出巨大的潜力,应用前景广阔。森松助力客户实现技术突破,构筑核心竞争壁垒,助力医美领域的高质量发展,满足不断增长的医美需求,开启健康美丽新引擎。
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