Mořský kolagen: Slibný biomateriál pro hojení ran, pokožku proti stárnutí a regeneraci kostí

Prosím kontaktujteoscar.xiao@wecistanche.comPro více informací

Abstraktní:Mořské organismy obsahují četné biaktivní látky, které lze využít ve farmaceutickém a kosmetickém průmyslu. Vědecký výzkum různých aplikací kolagenu extrahovaného z těchto organismů se stává stále více populárnější. Mořský kolagen lze použít jako biomateriál, protože je rozpustný ve vodě, je metabolicky kompatibilní a vysoce dostupný. Na základě přehledu literatury je zřejmé, že mořský kolagen je všestranná sloučenina schopná hojit poranění kůže různé závažnosti a také zpomalovat přirozený proces stárnutí člověka. Od in vitro po in vivo experimenty kolagen prokázal svou schopnost vyvolat migraci keratinocytů a fibroblastů a také vaskularizaci kůže. Kromě toho se mořský kolagen a jeho deriváty ukázaly jako prospěšné a užitečné pro prevenci a léčbu osteoporózy a osteoartritidy. Jiná onemocnění související s kostmi mohou být také zaměřena na kolagen, protože je schopen zvýšit hustotu kostních minerálů, ukládání minerálů a co je důležité, zrání a proliferaci osteoblastů. V tomto přehledu demonstrujeme výhody mořského kolagenu oproti zdrojům suchozemských zvířat a biomedicínské aplikace mořského kolagenu související s poškozením kostí a kůže. Nakonec jsou stručně diskutována některá omezení mořského kolagenu.

Kliknutím sem se dozvíte více

Klíčová slova:mořský kolagen; hojení ran; regenerace kostí; kolagenové peptidy; proti stárnutí; osteoporóza;osteoartritida; rybí kolagen; mořská houba

1. Úvod

Extracelulární matrix (ECM) hraje důležitou roli ve fyzické integritě buněk, kde se podílí na buněčné proliferaci, diferenciaci, migraci a adhezi [1-6]. Kolagen je hlavní strukturální protein v ECM a pojivové tkáni zvířat. U savců je kolagenový protein velmi hojný a je lokalizován hlavně v ECM vláknitých pojivových tkání, jako jsou šlachy a kůže [7-10]. Hraje klíčové strukturální role tím, že podporuje tvorbu, pevnost v tahu a pružnost kloubů [11-15]. Kolagen typu I, II, II, V a XI je schopen tvořit fibrily, které jsou nezbytné pro strukturální podporu a odolnost proti mechanickému namáhání pojivových tkání[16,17]. Kolagen typu I je nejrozšířenější formou a je přítomen hlavně ve šlachách a kůži [18-20].

Kolagen má četné biomedicínské aplikace od hojení ran, regenerace kostí a tkání a dodávání léků (obrázek 1)[21,22]. Jeho dostupnost, flexibilita a biokompatibilita z něj činí užitečný biomateriál v několika oblastech [22-24]. Kolagen je trimerní molekula tvořená třemi polypeptidovými alfa-řetězci, které tvoří vysoce organizované trojrozměrné struktury schopné odolávat mechanickému namáhání a podporovat růst buněk [25,26].

Mořské organismy, jako jsou ryby, medúzy, houby a další bezobratlí, obsahují významný zdroj kolagenu a jsou velmi výhodné oproti jiným zdrojům, protože jsou metabolicky kompatibilní, postrádají náboženská omezení a neobsahují zvířecí patogeny [27-30].

Cistanche může proti stárnutí

Rybí kůže se ve skutečnosti běžně používá pro extrakci kolagenu typu I, protože je nejen nesmírně hojná, ale také nepodléhají náboženským omezením a nepředstavují riziko přenosu onemocnění [31-33]. Suchozemská zvířata mají mnoho přenosných chorob, což je činí méně vhodnými pro použití v průmyslu. Například skot, ačkoli je velkým zdrojem kolagenu, představuje riziko pro bovinní spongiformní encefalopatii (BSE) i přenosnou spongiformní encefalopatii (TSE)[29,34,35]. Tyto progresivní neurologické poruchy postihují skot a mohou vést k život ohrožujícím infekcím u lidí [29]. Kromě toho jsou diskutována některá náboženská omezení používání skotu pro farmaceutický a kosmetický průmysl[35]. Tyto faktory dělají z mořských zdrojů kolagenu mnohem bezpečnější, jednodušší a slibnější alternativu.

Kožní rány se mohou hojit dlouho a často se úplně nezahojí.cistanche แอ ม เว ย์Mořský kolagen izolovaný z organismů, jako jsou ryby, medúzy a houby, byl zapojen do několika studií o jeho potenciálu zvýšit rychlost hojení ran [36-41]. Tyto procesy zahrnují zvýšenou migraci fibroblastů a keratinocytů, jakož i vaskularizaci a epidermální růst [42-44]. Kromě urychlení hojení ran se také ukázalo, že mořský kolagen má vlastnosti proti stárnutí tím, že zpomaluje proces stárnutí u myší[45-48]. Studie na lidech také ukázaly, že mořský kolagen může redukovat vrásky, zlepšit elasticitu pokožky a zlepšit celkovou strukturu a vzhled pokožky. Dále se ukázalo, že schopnost kolagenu regenerovat kost je úspěšná u potkaních modelů menopauzální osteoporózy [49]. Mořský kolagen je schopen zvýšit hustotu kostních minerálů a osteoblastickou aktivitu a má ochranné účinky proti degeneraci kostí [49-53]. Bylo také prokázáno, že kolagen indukuje chondrogenní diferenciaci a zabraňuje rozvoji osteoartrózy (OA) [54,55].

Zde shrnujeme potenciální aplikaci mořského kolagenu při usnadnění hojení ran a zdůrazňujeme, že mořský kolagen může zvýšit elasticitu pokožky, a tím snížit proces stárnutí pokožky. Dále popisujeme vhodnost mořského kolagenu pro inženýrství kostní tkáně a tvorbu chrupavek díky jeho vysoké biokompatibilitě. Ačkoli existují určitá omezení spojená s použitím mořského kolagenu, je zřejmé, že výhodný a účinný potenciál mořského kolagenu výrazně převažuje nad jeho nevýhodami.

2. Aplikace kolagenu při hojení ran a proti stárnutí

Naše kožní epidermis je nejdůležitější vrozenou obrannou bariérou proti všem patogenům a hraje významnou roli v homeostáze tkání[56-58]. Poranění kůže se obtížně léčí, ale jsou stále častější v důsledku popálenin, infekcí, jizev, genetických poruch a dalších onemocnění [59,60]. Léčebné přípravky mají za cíl obnovit integritu tkáně, včetně procesů, jako je zánět, buněčné dělení, diferenciace a vaskularizace. Endoteliální permeabilita umožňuje buněčnou adhezi, po které následuje buněčná diferenciace a zrání [61,62]. Bylo prokázáno, že mořský kolagen je účinným biomateriálem pro hojení ran. Kolagen lze využít v různých formulacích, jako je použití kolagenových peptidů a hydroxylátů nebo kolagenových vláken a struktur podobných lešení [44,63].

Peptidy mořského kolagenu jsou produkovány z kolagenu chemickou i enzymatickou hydrolýzou a jejich menší molekulová hmotnost zvyšuje jejich rozpustnost ve vodě, takže jsou lépe vstřebatelné [63,64]. Hu a kol. použili in vitro test poškrábání, aby prokázali, že peptidy mořského kolagenu zlepšují uzavření rány při koncentracích 50 ug ml – počínaje 12 hodinami po léčbě kolagenem (obrázek 2)[63]. Bylo prokázáno, že při 50-ug ml-l byla indukovaná migrace buněk podobná migraci pozorované u 10,0 ng ml-1 epidermálního růstového faktoru, faktoru, který hraje klíčovou roli v ráně léčení. Navíc při použití peptidů mořského kolagenu izolovaných z kůže tilapie se poranění králíci léčení kolagenem po 11 dnech hojili významně rychleji ve srovnání s kontrolní skupinou [63].

Kromě toho Yang a kol. izolovali kolagenové peptidy z aljašského tresky a prokázali, že perorální podávání kolagenových peptidů zraněným potkanům významně zvýšilo míru zotavení ve srovnání s kontrolními skupinami [65]. Hydroxyprolin, který podporuje ukládání kolagenu a tím i hojení, byl v průběhu času vyšší ve skupině léčené kolagenem (10,6 ug mg mg l) než v kontrolní skupině (9,25 ug mg To5]. 12. den hojení, léčené skupiny vykazovaly úplnou reepitelizaci a byla pozorována přítomnost vlasových folikulů, zatímco kontrolní skupina měla špatnou migraci keratinocytů a žádné vlasové folikuly [65].

Podobně jako ve výše zmíněných studiích Wang et al. zjistili, že mořské kolagenové peptidy (MCP) izolované z kůže lososa významně zlepšily pevnost v tahu kožní rány u potkanů ​​[42]. Jak je vidět na obrázku 3, pozorované zlepšení bylo závislé na dávce kolagenových peptidů a době po císařském řezu [42]. Kromě toho byly hladiny hydroxyprolinu ve srovnání s kontrolními skupinami výrazně zvýšeny ve skupinách léčených kolagenem, přičemž se zvyšovaly v závislosti na čase a dávce [42]. Není překvapením, že krysy ve skupině léčené kolagenem vykazovaly zvýšenou proliferaci fibroblastů a vaskularizaci 7 dní po léčbě [42]. Tyto výsledky jsou podobné experimentu Zhang et al, kteří prokázali, že mořské kolagenové peptidy zvýšily rychlost uzavírání ran u potkanů, pevnost v tahu v místě řezu a ukládání kolagenu [43]. Histologická analýza odhalila zlepšenou vaskularizaci, eloitelizaci a infiltraci fibroblastů ve skupinách léčených kolagenem [43].kolik cistanche vzítUkládání kolagenu je důležitou součástí zotavení z poranění kůže a rozvoje granulační tkáně a hydroxyprolin, který podporuje ukládání kolagenu, byl v léčených skupinách zvýšen 7-a 11-dny po poranění [ 43].

Kromě toho Pozzolini et al. izolované a purifikované hydroxyláty mořského kolagenu z mořské houby Chondrosia reniformis[66]. Pomocí in vitro testu škrábání bylo přidáno 50 ug/ml kolagenových peptidových frakcí a buňky byly analyzovány v 0, 6, 24 a 30 hodinách po podání. Ve srovnání s kontrolními skupinami vykazovaly ošetřené buňky migraci a proliferaci fibroblastů a keratinocytů, čímž se zvýšilo uzavření mezery v ráně u dermálních i epidermálních buněk. Nejprve byly pozorovány buňky migrující a kolonizující oblast mezery v poškrábání, po čemž následovala zvýšená proliferace buněk v časovém bodu 24-h [66]. Tyto výsledky naznačují slibnou schopnost hojení ran u hydroxylátů mořského kolagenu izolovaných z C. reniformis. Podobně hydrolyzovaný peptidový kolagen izolovaný a purifikovaný z medúzy Rhopilema esculentum prokázal aktivitu při hojení ran jak in vitro, tak in vivo. Za prvé, pomocí testu hojení ran autoři prokázali, že skupiny léčené kolagenovým peptidem měly zvýšenou migraci buněk a uzavření rány v závislosti na dávce 18, 36- a 48- hodin po léčbě [67]. Při zkoumání na zraněných myších kolagenové peptidy (0,9 g/kg) zlepšily účinky hojení ran, částečně podporou zvýšené exprese chemotaktických faktorů (tj. -FGF a TGF- 1). Tyto faktory hrají roli při ochraně rány před infekcí rekrutováním zánětlivých buněk, které mohou také regulovat migraci fibroblastů a keratinocytů; tím podporuje hojení ran [67].

Navíc Veeruraj et al. izolovaný astaxanthin, antioxidant a protizánětlivá sloučenina, stejně jako kolagen rozpustný v kyselině a pepsinu z chobotnice, Doryteuthis sing-halensis [68]. Poraněné krysy byly léčeny kombinací astaxanthinu a kolagenu a byla pozorována rychlejší rychlost hojení ran ve srovnání s ranami ošetřenými fyziologickým roztokem. Studie také zjistila, že skupiny léčené kolagenem měly zvýšenou epitelizaci, angiogenezi, keratinizaci a přítomnost kolagenových vláken, což společně přispívá k hojení ran[68].

Podobně Chen a kol. izolovali kolagen z kůže mořské tilapie a nanovláken kolagenu hovězí kůže a ukázali, že skupiny potkanů ​​léčených kolagenem měly rychlejší zotavení z rány než kontroly[44]. Kromě toho studie zjistila, že hydroxyprolin, složka kolagenu, hraje důležitou roli v rychlosti hojení ran tím, že podporuje opětovnou epitelizaci. Skupiny léčené kolagenem měly více fibroblastů, větší vaskularizaci, méně zánětu a více kolagenových vláken než kontrolní skupiny [4].

Byly také provedeny studie na větších zvířatech, jako jsou ovce, aby ilustrovaly účinek kolagenu na hojení ran. Například Melotti et al. vyrobili kožní lešení na bázi kolagenu (CBSS) z kolagenu izolovaného z potravinového odpadu mořského ježka k léčbě kožních ran u ovcí [69]. Ukázali, že rány ošetřené CBSS se hojily mnohem rychleji než kontrolní skupiny. Počínaje dnem 14 po poranění vykazovaly léčené skupiny významně větší množství migrace keratinocytů ve srovnání s neošetřenými kontrolními skupinami. Kromě toho měly skupiny léčené CBSS v průběhu času menší zánět a větší ukládání granulární tkáně než kontrolní skupina [69]. Analýza genové exprese ukázala upregulaci důležitého růstového faktoru, VEGF-A, v léčených skupinách ve srovnání s kontrolou [69].bioflavonoidyNavíc hKER, marker exprese vlasových folikulů, byl poprvé pozorován 14. den po poranění, pouze u léčených skupin [69]. Dohromady tyto výsledky naznačují, že kolagen je slibným biomateriálem pro hojení ran a regeneraci kůže.

V dalším experimentu Ferrario et al. byla integrita a výkonnost 3D-produkovaného CBSS hodnocena za podmínek přidání různých koncentrací ethanolu a různých teplot tuhnutí [21]. Jejich experimentální výsledky ukázaly, že přídavek etanolu v procesu výroby kolagenových lešení při různých teplotách může zvýšit tloušťku těchto skafoldů a také by se mohla zvýšit hustota kolagenových vláken na horním a spodním povrchu těchto skafoldů (obrázek 4 ). Tyto faktory nakonec vedly k větší mechanické stabilitě a snížení deformace tohoto skafoldu v buněčné kultuře a in vivo mikroprostředí poranění[21].

Biomedicínské aplikace kolagenu za účelem regenerace kůže dále převládají v průmyslu proti stárnutí, změny související s věkem spojené s kůží mohou negativně ovlivnit estetické aspekty struktury kůže [70]. Elasticitu, mechanickou pevnost a celkovou strukturu kůže udržují především kolagenová a elastinová vlákna [71,72]. Syntéza kolagenu s věkem klesá, a to je jeden z dominantních příspěvků ke změnám souvisejícím se stárnutím pokožky [73,74]. U mnoha sloučenin, jako jsou vitaminy, mastné kyseliny a esenciální aminokyseliny, bylo prokázáno, že jsou prospěšné pro zdraví a vzhled pokožky [75-77]. Sloučeniny rostlinného původu jsou však omezeny svou nízkou biologickou dostupností přes střevní bariéru a vysokou rychlostí metabolismu [78] Mořský kolagen a kolagenové peptidy mají slibně vysokou biologickou dostupnost, účinnost a příznivý bezpečnostní profil [79,80]. Studie provedená Ito et al. prokázali, že dietní suplementace kolagenovým peptidem a ornitinem (CPO) pocházejícími z ryb významně snížila transepidermální ztrátu vody a počet kožních pórů a zvýšila elasticitu ve skupinách léčených CPO (obrázek 5)[45].

Navíc je známo, že stárnutí je spojeno se sníženými hladinami růstového hormonu.co je cistancheHladiny inzulinu podobného růstového faktoru-1 (IGF{2}}) souvisí s vyšší sekrecí růstového hormonu a bylo zjištěno, že hladiny IGF-1 byly významně zvýšené oproti výchozí hodnotě ve skupině CPO [45 ]. Studie také neuvedla žádné nežádoucí účinky v reakci na jeden 30ml doplněk stravy CPO [45]. Podobně De Luca et al. zjistili, že po užití 570 mg kolagenových peptidů izolovaných z ryb měli účastníci zvýšenou tloušťku kůže a akustickou hustotu, což je ultrazvukový marker[46]. Kromě toho se po suplementaci kolagenovým peptidem také významně zvýšila elasticita kůže a tvorba kožního mazu a nebyly pozorovány žádné toxické účinky [45]. Alves a kol. prokázali, že kolagen typu I izolovaný z kůže lososa a tresky nevykazoval žádné podráždění na lidské kůži [81]. Cytokiny interleukin (IL)-6 a IL-8 byly ve studii použity jako markery zánětu a podráždění a bylo pozorováno, že po podání kolagenu nedochází k uvolňování cytokinů [81]. Kromě toho má kolagen vysoký obsah aminokyselin glycinu, prolinu a hydroxyprolinu, které přispívají ke stabilitě kolagenu a jeho schopnosti odolávat vysokým teplotám díky vysokému počtu vodíkových vazeb [81]. Kolagen také dokázal zadržovat značné množství vody, což je důležité pro jeho využití v kosmetice [81].

Evans a kol. provedli randomizovanou a trojitě zaslepenou klinickou studii na 45-60-letých ženách, aby prokázali vliv kolagenu ze sladkovodních ryb na vrásčitou kůži a elasticitu [82]. Po třech měsících užívání kolagenového doplňku došlo u účastníků k významnému snížení (35 procent) vrásek ve srovnání s výchozí hodnotou [82]. Bylo také pozorováno, že elasticita kůže tváří se významně zlepšila 6 týdnů po léčbě. Kromě toho bylo ve srovnání se skupinou s placebem zaznamenáno, že kromě zlepšení pružnosti a vrásek došlo ke 14procentnímu zlepšení hydratace, 22procentnímu zlepšení zářivosti a 25procentnímu zlepšení pevnosti pokožky[82]. V dalším experimentu na chronologicky starých myších se ukázalo, že lokální aplikace nebo orální konzumace kolagenových hydrolyzátů má pozitivní vliv na stárnutí kůže [83]. Šest měsíců po léčbě došlo k významnému zvýšení obsahu kolagenu a důležitých antioxidačních enzymů, včetně superoxiddismutázy a glutathionperoxidázy. Společně tyto faktory zlepšily strukturu a vzhled pokožky. Bylo zjištěno, že při léčbě kolagenem zlepšila hustota a šíření kolagenových vláken typu I a typu II strukturu epidermis a dermis [83]. Pei a kol. také zjistili, že když byly staré myši léčeny peptidy mořského kolagenu, tloušťka epidermis, aktivita fibroblastů a aktivita antioxidačních enzymů se zvýšila [84].

Tyto antioxidační vlastnosti mořského kolagenu jsou slibné jako vysoce reaktivní a nestabilní volné radikály a oxidující druhy poškozují buněčné membrány, DNA a makromolekuly kožních buněk a je známo, že se významně podílejí na stárnutí kůže [85-87]Antioxidační enzymy jako superoxiddismutáza a glutathionperoxidáza jsou významné v tom, že chrání před oxidačním stresem inhibicí volných radikálů a dalších nebezpečných kyslíkových forem [88]. Chi a kol. izolovali v kyselině rozpustný kolagen ze šupin croceinu croaker a prokázal antioxidační schopnosti tří kolagenových peptidů [89]. Při použití kapacity absorbance kyslíkových radikálů (ORAC) bylo prokázáno, že kolagenové peptidy vykazují ochranné účinky proti hydroxylovým, superoxidovým a dalším radikálům. Dále byl zkoumán účinek kolagenových peptidů (ACH-P1, P2, P3) na peroxidaci lipidů, což je dráha zapojená do tvorby oxidačních látek. Jak je vidět na obrázku 6, ve srovnání s kontrolami byla peroxidace lipidů významně snížena kvůli poklesu absorbance, která měří stupeň oxidace [89]. Kolagenní peptidy fungovaly podobně jako BHT, známý a účinný antioxidant [89].

Celkově vzato je zřejmé, že mořský kolagen je úspěšný a slibný biomateriál pro hojení ran a kosmetiku.

3. Potenciální role kolagenu v regeneraci kostí a chrupavek

Mořské zdroje kolagenu slouží nejen jako slibná cesta pro hojení poranění kůže, ale také pro traumata a regeneraci kostí. Oprava a hojení zlomenin kostí je formou regenerace tkáně a je to komplexní proces zahrnující tvorbu a rozpad kosti [90,91]. Často se u pacientů vyskytují stavy, které vyžadují rekonstrukci velkých kostí v důsledku genetických abnormalit, traumatu, infekce a nádorů [92]. Zvyšuje se poptávka po zlepšení metod opravy a regenerace kosti, jako jsou funkční kostní štěpy [93].

Je známo, že bioaktivní peptidy mořského kolagenu napomáhají vstřebávání vápníku a zinku, které jsou důležitými složkami kostí a jsou prospěšné pro prevenci osteoporózy [94,95]. Studie provedená Xu et al zjistila, že peptidy mořského kolagenu izolované a získané hydrolýzou z lososa chumáče zvýšily sérový osteokalcin u léčených potkanů ​​ve srovnání s kontrolami. Osteokalcin je proteinový hormon vylučovaný osteoblasty a hraje roli při udržování a regeneraci kostí prostřednictvím interakce s vápníkem. Studie také zjistila, že kostní organická matrice, hustota, délka femuru a minerální ionty stehenní kosti byly významně vyšší ve skupině léčené kolagenem než v kontrolní skupině [9]. Byla vyslovena hypotéza, že zvýšení kostní minerální denzity bylo pravděpodobně způsobeno zvýšenou aktivitou osteoblastů, jak je patrné ze zvýšení velikosti kosti a sérového osteokalcinu [94]. Tyto výsledky vrhají světlo na potenciální kolagenové peptidy, které se podílejí na ukládání minerálů, vývoji kostní matrix a zvýšení aktivity osteoblastů, což silně naznačuje, že kolagen je slibným biomateriálem pro prevenci a léčbu osteoporózy [94]. Osteoporóza a čistý úbytek kostní hmoty převládají u stárnoucích žen procházejících menopauzou v důsledku nedostatku estrogenu [49]. Nomura a kol. prokázali, že 20 mg kolagenu izolovaného ze žraločí želatiny také zvýšilo hustotu kostních minerálů houbovité kosti u potkaních modelů menopauzální osteoporózy[49].

Dále byl také prokázán biologický účinek mořského kolagenu na kmenové buňky kostní dřeně získané z potkanů. Liu a kol.koupit cistancheukázali, že {{0}},2 mg/ml kolagenu izolovaného z ryb podporovalo přežití buněk a upregulovalo expresi několika osteogenních a endoteliálních markerů [50]. Jak ukazuje obrázek 7, došlo k významnému zvýšení životaschopnosti buněk při 0,2 a 0,02 mg/ml ve skupinách léčených cckolagenem [50]. Zajímavé je, že osteogenní markery, jako je alkalická fosfatáza (která zvyšuje diferenciaci buněk do osteoblastů/buněk tvořících kost), byly významně upregulovány ve skupinách léčených kolagenem 3 a 10 dnů po léčbě [50]. Podobně jako v této studii Elango et al. zjistili, že kolagenem ošetřené kmenové buňky kostní dřeně a zralé osteoblastické buňky vykazovaly ve srovnání s kontrolami na dávce závislou zvýšenou proliferaci [52]. Navíc exprese mRNA osteogenního markeru a proteinu významně vzrostla u léčených skupin ve srovnání s kontrolami [52]. Tyto výsledky naznačují, že kolagen je schopen podporovat diferenciaci kmenových buněk a osteoblastickou aktivitu. Yamada a kol. také ukázaly, že mořské kolagenové peptidy extrahované z kostí i kůže ryb byly schopny zvýšit proliferaci osteoblastických buněk, expresi osteogenních markerů a ukládání minerálů [96]

Kromě použití hydrolyzovaných kolagenových peptidů bylo prokázáno, že kolagenové skeletové struktury jsou prospěšné s ohledem na regeneraci kostí. Diogo a kol. zjistili, že kolagen-kalciumfosfátové skeletové struktury zesíťované s EDC/NHS podporují připojení a produkci buněk tvořících kosti [9]. Novější studie zjistila, že v kolagenových skafoldech medúzy došlo k větší novotvorbě kosti a zvýšenému náboru makrofágů ve srovnání s kontrolními skupinami [98]. Je známo, že zánětlivé buňky, jako jsou makrofágy, podporují opravu tkání, regulují zánět a homeostázu, což je slibné pro regeneraci kostní tkáně [98]. Podobně jako výše uvedené studie, Rachmawati et al. zjistili, že kolagenové lešení izolované z medúzy Aureli aurita pomáhalo regenerovat alveolární kost [9]. Při léčbě kolagenovým lešením byl ve srovnání s kontrolní skupinou zvýšený počet osteoblastů a snížený počet osteoklastů, což naznačuje potenciál pro regeneraci alveolární kosti. STRO-1, biomarker pro mezenchymální kmenové buňky a osteokalcin, proteinový hormon syntetizovaný osteoblasty, byly také zvýšeny ve skupinách léčených kolagenem. Tyto výsledky naznačují slibné vlastnosti kostní regenerace [99].

Mořské houby, známé také jako poriferany, slouží jako důležitý zdroj kolagenu a mají strukturu, která se podobá spongiózní architektuře kostní tkáně. Lin a kol. provedli in vitro test s použitím fibrinového kolagenu izolovaného z mořské houby Callyspongidae [100]. Studie pozorovala, že osteoblasty byly schopné ukotvit se na povrchu vláken houby, proliferovat a růst na konstruktech buňka-houba. Studie také hodnotila osteokonduktivní potenciál konstruktů houbovitého kolagenového lešení a zjistila, že po 7 dnech se významně zvýšila genová exprese dvou osteogenních markerů, osteokalcinu a osteopontinu [100]. V den 14 se také významně zvýšila exprese genu pro alkalickou fosfatázu, indikátor osteoblastické diferenciace [100]. Podobně Green a kol. také využili kostru mořské houby k posouzení, zda kolagen může vyvolat osteogenezi [101]. Studie zjistila, že lidské osteoprogenitorové buňky byly schopny se připojit k lešení během 16 hodin a do 21 dnů vylučovaly osteoprogenitorové buňky extracelulární matrix. Kromě toho se po 9 a 14 dnech významně zvýšila aktivita alkalické fosfatázy ve srovnání s kontrolami [101]. Celkově tyto výsledky naznačují, že kolagenová vlákna v kostře mořské houby poskytují kostru pro připojení, proliferaci a migraci osteoblastů, což naznačuje slibný potenciál pro použití v inženýrství kostní tkáně [100,101].

Biomedicínské aplikace mořského kolagenu nejsou omezeny na kůži a kosti, ale zahrnují také regeneraci chrupavky. Osteoartróza (OA) je charakterizována poruchou homeostázy chrupavky, která postrádá samoopravný a regenerační potenciál [103]U OA dochází k degradaci chrupavky, což vede k obnažení subchondrální kosti, a to negativně ovlivňuje kvalitu života v důsledku bolestivých a ztuhlých kloubů [103]. Slibně bylo prokázáno, že mořský kolagen vyvolává chondrogenní diferenciaci, čímž připravuje cestu pro potenciální reggeneraci chrupavky. Raabe a kol. zjistili, že hydrolyzovaný rybí kolagen a také růstový faktor TGFB1 indukovaly syntézu proteoglykanů a kolagenových vláken[104]. Rybí kolagen také indukoval chondrogenní diferenciaci [104]. Podobně Bourdon a kol. zkoumali účinky tříkolagenových hydrolyzátů z rybí kůže a chrupavky na rozklad chondrocytů [55]. Studie zjistila, že 0,5, 50 a 100 ug/ml kolagenových hydrolyzátů zvýšilo hladinu kolagenu typu I a II. Kromě toho buňky ošetřené kolagenem měly sníženou expresi proteázových markerů, o kterých je známo, že se podílejí na vývoji OA, Htral, Mmp103, Adamts5 a Cox2[55]. Ohnishi a kol. také zjistili, že králíci, kterým byla podávána kombinace rybích kolagenových peptidů a glukosaminu, byli chráněni před indukovanou degradací chrupavky (OA), zatímco u kontrolních skupin se vyvinul OA[105]. Bylo zjištěno, že rybí kolagenový peptid a glukosamin, které jsou přítomny ve velkém množství v pojivové tkáni a pomáhají udržovat strukturu a integritu chrupavky, měly určité ochranné účinky samotné, ale jejich kombinované účinky poskytovaly největší ochranu proti OA [105].

V histologickém experimentu Ahmeda et al. byl pozorován účinek kolagenu z lešení houby medúzy na chondrogenicitu bovinní chrupavky [106]. Chondrogenicita je komplexní proces zahrnující proliferaci a diferenciaci chondroprogenitorů a ukládání extracelulární matrix (ECM) [106]. V tomto experimentu byly chondrocyty odvozené z tkáně chrupavky skotu nasazeny na lešení medúzy, aby se vyhodnotilo množství usazeného kolagenu, a picrosirius červené barvivo bylo aplikováno k pozorování obsahu a orientace kolagenových vláken (obrázek 8)[106]. Použili tři různá kultivační média: nativní tkáň (hovězí nezralá chrupavka) a tkáň hovězí chrupavky obsahující chondroprogenitorové buňky v přítomnosti a nepřítomnosti transformující růstový faktor- 1 (TGF 1)[106]. Bylo prokázáno, že TGF 1 je účinným růstovým faktorem při tvorbě chrupavky a je přítomen ve vysokých hladinách ve zdravé chrupavce, ale jeho hladina je v chrupavce pacientů s OA značně snížena [106]. Výsledky barvení ukázaly, že v nativní tkáni skotu jsou kolagenová vlákna umístěna hlavně na povrchu tkáně, ale v chondrogenní kultuře, jak na povrchu tkáně, tak v hlubších oblastech, je ukládání kolagenových vláken viditelnější. Navíc přidání TGF 1 do kultivačního média dále přispělo ke zvýšení ukládání kolagenových vláken [106]. Souhrnně řečeno, tato data podporují aplikaci mořského kolagenu při regeneraci chrupavky.

4. Výhody a omezení spojená s používáním mořského kolagenu

Mořské zdroje kolagenu mají mnoho výhod oproti suchozemským zvířatům a jiným zdrojům. Nejen, že jsou dostupné v hojném množství, nemají žádná náboženská omezení a jsou snadno dostupné, ale bylo hlášeno jen málo toxických účinků při účinných dávkách [32,33]. To je významné, protože hlavní zdroj kolagenu pochází ze skotu, u kterého existuje riziko přenosu vysoce nebezpečné BSE a TSE [29,35]. Kromě slibného bezpečnostního profilu je použití mořského kolagenu šetrné k životnímu prostředí. Kůže, kosti a šupiny jsou obrovskými zdroji kolagenu, přesto je průmysl zpracovávající mořské plody často vyhazuje[30]. Použitím mořského kolagenu se snižuje užitečný odpad a při izolaci kolagenu nejsou poškozeny žádné další organismy. Kromě toho má kolagen řadu aplikací v mnoha oblastech, jako je podávání léků, hojení ran, stárnutí kůže a regenerace tkání. Bylo také prokázáno, že mořský kolagen je stejně účinný jako falešný kolagen. Ve výše uvedeném příkladu byl mořský kolagen stejně účinný jako aktuálně podávaný antioxidant BHT [89]. Kromě toho další srovnání houbovité kolagenové membrány versus polyuretanové membrány při hojení grantových dárcovských míst ukázala, že použití kolagenu významně zvýšilo kvalitu hojení ran a zkrátilo dobu hojení [107]. Mořské kolageny jsou také snadněji hydrolyzovány než savčí kolagen, což je činí vhodnějšími pro další zpracování na peptidové deriváty [108]. Kromě toho má kolagen jak strukturální, tak funkční vlastnosti, které z něj dělají přirozený substrát pro buněčnou přilnavost, růst a diferenciaci [109]. Je však důležité poznamenat, že i když jsou nepatrná, existují určitá omezení. Bylo prokázáno, že mořský kolagen je méně tepelně stabilní než kolagen z hovězího dobytka, protože mají méně prolinových a hydroxyprolinových zbytků [10]. Většina studií navíc zkoumala účinnost mořského kolagenu in vitro nebo na zvířecích modelech; je však zapotřebí více studií, které by zkoumaly účinnost a potenciální nepříznivé účinky mořského kolagenu na lidskou pokožku. Celkově vzato je několik omezení mořského kolagenu silně převáženo jeho širokou škálou výhod.

5. Závěrečné poznámky

Tento přehled zdůrazňuje biomedicínské aplikace mořského kolagenu při hojení ran, proti stárnutí kůže a při regeneraci kostí a chrupavek. Je zřejmé, že mořské zdroje kolagenu jsou výrazně výhodnější než zdroje suchozemských zvířat. Byla prokázána schopnost mořského kolagenu podporovat reepitelizaci kůže, vaskularizaci, migraci fibroblastů a celkově rychlejší hojení ran. Kromě toho jsou účinky mořského kolagenu proti stárnutí související s větší elasticitou pokožky a redukcí vrásek velmi slibné pro kosmetický průmysl. Dále je také zřejmý významný dopad na prevenci a léčbu osteoporózy zvýšením hustoty kostí a ukládáním minerálů. Nemoci související s kostmi, jako je osteoporóza a OA, mohou negativně ovlivnit kvalitu života. Bylo prokázáno, že mořský kolagen a jeho deriváty zpomalují a chrání před OA, a tím snižují výsledky úmrtnosti. Proto by se mělo pokračovat ve zkoumání a objevování zdrojů mořského kolagenu, protože se dosud ukázaly jako mimořádně prospěšné.

Tento článek je převzat z Mar. Drugs 2022, 20, 61. https://doi.org/10.3390/md20010061 https://www.mdpi.com/journal/marinedrug