Морской коллаген: многообещающий биоматериал для заживления ран, омоложения кожи и регенерации костей Часть 2

Пожалуйста свяжитесьoscar.xiao@wecistanche.comЧтобы получить больше информации

3. Потенциальная роль коллагена в регенерации костей и хрящей.

Источники морского коллагена служат не только многообещающим средством для заживления повреждений кожи, но и для травм и регенерации костей. Восстановление и заживление переломов костей является формой регенерации тканей и представляет собой сложный процесс, включающий формирование и разрушение кости [90,91]. Часто у пациентов возникают состояния, требующие реконструкции крупных костей в результате генетических аномалий, травм, инфекций и опухолей [92]. Растет потребность в улучшении методов восстановления и регенерации кости, таких как функциональные костные трансплантаты [93].

Marine collagen bioactive peptides are known to aid in the absorption of calcium and zinc, which are important components of bone and are beneficial for osteoporosis prevention [94,95]. A study performed by Xu et al found that marine collagen peptides isolated and derived by hydrolysis from chum salmon increased serum osteocalcin in treated rats compared to controls. Osteocalcin is a protein hormone secreted by osteoblasts and plays a role in bone maintenance and regeneration through interaction with calcium. The study also found that bone organic matrix, density, femoral length, and femur mineral ions were significantly higher in the collagen-treated group than in the controls[9]. It was hypothesized that the increase in bone mineral density was likely due to increased osteoblast activity, as seen by the increase in bone size and serum osteocalcin [94]. These results shed light on the potential collagen peptides involved in a mineral deposition, bone matrix development, and an increase in osteoblastic activity, which strongly suggests that collagen is a promising biomaterial for the prevention and treatment of osteoporosis[94]. Osteoporosis and net bone loss are prevalent among aging women going through menopause resulting from estrogen deficiency [49]. биофлавоноидыНомура и др. продемонстрировали, что 20 мг коллагена, выделенного из акульего желатина, также увеличивали минеральную плотность губчатой ​​кости в крысиных моделях менопаузального остеопороза [49].

Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы узнать больше

Кроме того, также было продемонстрировано биологическое действие морского коллагена на стволовые клетки костного мозга крыс. Лю и др. показали, что 0.2 мг/мл коллагена, выделенного из рыбы, способствует выживанию клеток и повышает экспрессию нескольких остеогенных и эндотелиальных маркеров[50]. Как показано на рисунке 7, в группах, получавших коллаген, наблюдалось значительное увеличение жизнеспособности клеток при 0,2 и 0,02 мг/мл [50]. Интересно, что группа, получавшая 2 мг/мл, не показала существенных различий из-за высокой дозы, приводящей к сложному механизму отрицательной обратной связи, который подавлял пролиферацию клеток [50].

Кроме того, остеогенные маркеры, такие как щелочная фосфатаза (которая усиливает дифференцировку клеток в остеобласты/костеобразующие клетки), были значительно повышены в группах, получавших коллаген, через 3 и 10 дней после лечения [50]. Как и в этом исследовании, Elango et al. обнаружили, что обработанные коллагеном стволовые клетки костного мозга и зрелые остеобластические клетки демонстрировали дозозависимую повышенную пролиферацию по сравнению с контролем [52]. Кроме того, экспрессия мРНК и белка остеогенного маркера значительно увеличилась в обработанных группах по сравнению с контролем [52]. Эти результаты свидетельствуют о том, что коллаген способен стимулировать дифференцировку стволовых клеток и активность остеобластов. Ямада и др. также показали, что пептиды морского коллагена, извлеченные как из кости, так и из кожи рыбы, способны увеличивать пролиферацию остеобластных клеток, экспрессию остеогенных маркеров и отложение минералов [96]. быть полезным в отношении регенерации кости.купить цистанхеДиого и др.цистанхобнаружили, что каркасные структуры из коллагена и фосфата кальция, сшитые с помощью EDC/NHS, поддерживают прикрепление и продукцию клеток, строящих костную ткань [9]. Более недавнее исследование показало, что внутри коллагеновых каркасов медуз наблюдается большее формирование кости de novo и повышенное привлечение макрофагов по сравнению с контрольными группами [98]. Известно, что воспалительные клетки, такие как макрофаги, способствуют восстановлению тканей и регулируют воспаление и гомеостаз, что перспективно для регенерации костной ткани [98]. Подобно вышеупомянутым исследованиям, Rachmawati et al. обнаружили, что коллагеновые каркасы, выделенные из медузы Aurelia aurita, помогают регенерировать альвеолярную кость [9]. При лечении коллагеновым каркасом было увеличено количество остеобластов и уменьшено количество остеокластов по сравнению с контрольной группой, что свидетельствует о возможности регенерации альвеолярной кости. STRO-1, биомаркер мезенхимальных стволовых клеток, и остеокальцин, белковый гормон, синтезируемый остеобластами, также были повышены в группах, получавших коллаген. Эти результаты предполагают многообещающие свойства регенерации кости [99].

Цистанхе может омолаживать

Морские губки, также известные как порифераны, служат важным источником коллагена и имеют структуру, напоминающую губчатую структуру костной ткани. Лин и др. провели анализ in vitro с использованием фибринозного коллагена, выделенного из морской губки Callyspongidae [100]. Исследование показало, что остеобласты способны закрепляться на поверхности волокон губки, пролиферировать и расти на клеточно-губчатых конструкциях. В исследовании также оценивался остеокондуктивный потенциал каркасных конструкций из губчатого коллагена и было обнаружено, что через 7 дней экспрессия генов двух остеогенных маркеров, остеокальцина и остеопонтина, значительно увеличилась [100]. На 14-й день экспрессия гена щелочной фосфатазы, индикатора дифференцировки остеобластов, также значительно увеличилась [100]. Точно так же Грин и соавт. также использовали каркас скелета морской губки, чтобы оценить, может ли коллаген индуцировать остеогенез [101]. Исследование показало, что человеческие клетки-предшественники остеогенеза были способны прикрепляться к каркасу в течение 16 часов, а к 21 дню клетки-предшественники остеогенеза секретировали внеклеточный матрикс. Кроме того, через 9 и 14 дней активность щелочной фосфатазы значительно увеличилась по сравнению с контролем [101]. В целом, эти результаты показывают, что коллагеновые волокна в скелете морской губки обеспечивают основу для прикрепления, пролиферации и миграции остеобластов, что предполагает многообещающий потенциал для использования в инженерии костной ткани [100,101].

Биомедицинские применения морского коллагена не ограничиваются кожей и костями, но также охватывают регенерацию хрящей. Остеоартроз (ОА) характеризуется нарушением гомеостаза хряща, у которого отсутствует способность к самовосстановлению и регенерации. из-за болезненных и тугоподвижных суставов [103]. Было показано, что морской коллаген вызывает хондрогенную дифференцировку, прокладывая путь для потенциальной регенерации хряща. Раабе и др. обнаружили, что гидролизованный рыбий коллаген, а также фактор роста TGFB1 индуцируют синтез протеогликанов и коллагеновых волокон [104]. Рыбий коллаген также индуцировал хондрогенную дифференцировку [104].цистанчеТочно так же Бурдон и соавт. исследовали влияние трех гидролизатов коллагена из кожи и хрящей рыб на разрушение хондроцитов [55]. Исследование показало, что 0.5, 50 и 100 мкг/мл гидролизата коллагена повышают уровень коллагена типа I и коллагена II. Кроме того, в клетках, обработанных коллагеном, была снижена экспрессия маркеров протеаз, которые, как известно, участвуют в развитии ОА, Htral, Mmp103, Adamts5 и Cox2 [5]. Ониши и др. также обнаружили, что кролики, которым вводили комбинацию пептидов рыбьего коллагена и глюкозамина, были защищены от индуцированной деградации хряща (ОА), тогда как в контрольных группах развился ОА [105]. Было обнаружено, что пептид рыбьего коллагена и глюкозамин, присутствующие в больших количествах в соединительной ткани и помогающие поддерживать структуру и целостность хряща, обладают некоторыми защитными эффектами по отдельности, но их комбинированные эффекты обеспечивают наибольшую защиту от ОА [105].

В гистологическом эксперименте, проведенном Ahmed et al., наблюдалось влияние коллагена из каркасов губок медуз на хондрогенность бычьего хряща [106]. Хондрогенность представляет собой сложный процесс, включающий пролиферацию и дифференцировку хондропредшественников и отложение внеклеточного матрикса (ECM) [106]. В этом эксперименте хондроциты, полученные из бычьей хрящевой ткани, были высеяны на каркасы медуз для оценки количества отложений коллагена и краситель пикросириус красный применяли для наблюдения за содержанием и ориентацией коллагеновых волокон (рис. 8) [106]. Они использовали три различных культуральных среды: нативную ткань (незрелый хрящ крупного рогатого скота) и ткань бычьего хряща, содержащую клетки-предшественники хряща в присутствии и в отсутствие трансформирующего фактора роста - 1 (TGF 1) [106]. Было показано, что TGF-1 является эффективным фактором роста в формировании хряща и присутствует на высоких уровнях в здоровом хряще, но его уровень значительно снижен в хрящах пациентов с ОА [106]. Результаты окрашивания показали, что в нативной бычьей ткани коллагеновые волокна располагаются в основном на поверхности ткани, а в хондрогенной культуре как на поверхности ткани, так и в более глубоких участках более заметно отложение коллагеновых волокон. Кроме того, добавление TGF-1 в культуральную среду дополнительно увеличивало отложение коллагеновых волокон [106]. В совокупности полученные данные подтверждают возможность применения морского коллагена для регенерации хряща.

4. Преимущества и ограничения, связанные с использованием морского коллагена

Морские ресурсы коллагена имеют много преимуществ перед наземными животными и другими источниками. Мало того, что они доступны в изобилии, не имеют религиозных ограничений и легко доступны, но также было мало сообщений о токсических эффектах в эффективных дозах [32,33]. Это важно, так как основным источником коллагена является: крупный рогатый скот, который имеет риск передачи особо опасной ГЭКРС и ТГЭ [29,35]. В дополнение к многообещающему профилю безопасности, использование морского коллагена является экологически безопасным. Рыбья кожа, кости и чешуя являются огромными источниками коллагена, однако предприятия по переработке морепродуктов часто выбрасывают их [30]. При использовании морского коллагена количество полезных отходов сокращается, и при выделении коллагена никакие другие организмы не повреждаются. Кроме того, коллаген имеет множество применений во многих областях, таких как доставка лекарств, заживление ран, старение кожи и регенерация тканей. Также было показано, что морской коллаген столь же эффективен, как имитационный коллаген. В приведенном выше примере морской коллаген был столь же эффективен, как и применяемый в настоящее время антиоксидант BHT [89]. Кроме того, другие сравнения губчатой ​​коллагеновой мембраны с полиуретановой мембраной при заживлении донорских участков показали, что использование коллагена значительно повышает качество заживления ран и сокращает время заживления [107]. Морские коллагены также легче гидролизуются, чем коллагены млекопитающих, что делает их более подходящими для дальнейшей переработки в пептидные производные [108]. Кроме того, коллаген обладает как структурными, так и функциональными свойствами, которые делают его естественным субстратом для прикрепления, роста и дифференцировки клеток [109]. Однако важно отметить, что некоторые ограничения, хотя и незначительные, все же существуют. Было показано, что морской коллаген менее термически стабилен, чем коллаген крупного рогатого скота, так как в нем меньше остатков пролина и гидроксипролина [10]. Кроме того, в большинстве исследований изучалась эффективность морского коллагена in vitro или на животных моделях; однако необходимы дополнительные исследования, которые изучают эффективность и потенциальное неблагоприятное воздействие морского коллагена на кожу человека. В целом, некоторые ограничения морского коллагена сильно перевешиваются его широким спектром преимуществ. 5. Заключение

Примечания

В настоящем обзоре освещаются биомедицинские применения морского коллагена для заживления ран, предотвращения старения кожи и регенерации костей и хрящей. Очевидно, что морские источники коллагена значительно более выгодны, чем наземные животные. Была продемонстрирована способность морского коллагена способствовать реэпителизации кожи, васкуляризации, миграции фибробластов и общему более быстрому заживлению ран. Кроме того, омолаживающие эффекты морского коллагена, связанные с большей эластичностью кожи и уменьшением морщин, очень перспективны для косметической промышленности.преимущества цистанхеКроме того, также очевидно значительное влияние на профилактику и лечение остеопороза за счет увеличения плотности костной ткани и отложения минералов. Связанные с костями заболевания, такие как остеопороз и ОА, могут негативно повлиять на качество жизни. Было показано, что морской коллаген и его производные задерживают и защищают от ОА и, таким образом, снижают смертность. Следовательно, необходимо продолжать исследования и открытия источников морского коллагена, поскольку они до сих пор оказались чрезвычайно полезными.

Эта статья взята из Mar. Drugs 2022, 20, 61. https://doi.org/10.3390/md20010061 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs