Kolagen morski: obiecujący biomateriał do leczenia ran, przeciwdziałania starzeniu się skóry i regeneracji kości Część 2

Proszę o kontaktoscar.xiao@wecistanche.compo więcej informacji

3. Potencjalna rola kolagenu w regeneracji kości i chrząstek

Źródła kolagenu morskiego służą nie tylko jako obiecująca droga do leczenia urazów skóry, ale także do urazów i regeneracji kości. Naprawa i gojenie złamań kości jest formą regeneracji tkanek i jest złożonym procesem obejmującym tworzenie i rozpad kości [90,91]. Często pacjenci zgłaszają się ze stanami, które wymagają rekonstrukcji dużych kości w wyniku nieprawidłowości genetycznych, urazów, infekcji i guzów [92]. Istnieje rosnące zapotrzebowanie na udoskonalanie metod naprawy i regeneracji kości, takich jak funkcjonalne przeszczepy kostne [93].

Wiadomo, że bioaktywne peptydy kolagenu morskiego wspomagają wchłanianie wapnia i cynku, które są ważnymi składnikami kości i są korzystne w zapobieganiu osteoporozie [94, 95]. Badanie przeprowadzone przez Xu i wsp. wykazało, że peptydy kolagenu morskiego wyizolowane i uzyskane przez hydrolizę z łososia kumpla zwiększyły poziom osteokalcyny w surowicy u leczonych szczurów w porównaniu z grupą kontrolną. Osteokalcyna jest hormonem białkowym wydzielanym przez osteoblasty i odgrywa rolę w utrzymaniu i regeneracji kości poprzez interakcję z wapniem. Badanie wykazało również, że macierz organiczna kości, gęstość, długość kości udowej i jony mineralne kości udowej były znacznie wyższe w grupie leczonej kolagenem niż w grupie kontrolnej[9]. Postawiono hipotezę, że wzrost gęstości mineralnej kości był prawdopodobnie spowodowany zwiększoną aktywnością osteoblastów, na co wskazuje wzrost wielkości kości i osteokalcyny w surowicy [94]. Wyniki te rzucają światło na potencjalne peptydy kolagenowe zaangażowane w odkładanie minerałów, rozwój macierzy kostnej i wzrost aktywności osteoblastów, co silnie sugeruje, że kolagen jest obiecującym biomateriałem do zapobiegania i leczenia osteoporozy [94]. Osteoporoza i utrata masy kostnej netto są powszechne wśród starzejących się kobiet przechodzących menopauzę w wyniku niedoboru estrogenów [49].bioflawonoidyNomura i in. wykazali, że 20 mg kolagenu wyizolowanego z żelatyny rekina również zwiększa gęstość mineralną kości gąbczastej w szczurzych modelach osteoporozy menopauzalnej [49].

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej

Ponadto wykazano również biologiczny wpływ kolagenu morskiego na komórki macierzyste szpiku kostnego pochodzące od szczura. Liu i in. wykazali, że 0.2 mg/ml kolagenu wyizolowanego z ryb sprzyjało przeżyciu komórek i zwiększało ekspresję kilku markerów osteogennych i śródbłonkowych [50]. Jak pokazano na rycinie 7, w grupach leczonych kolagenem nastąpił znaczny wzrost żywotności komórek przy 0.2 i 0,02 mg/ml [50]. Co ciekawe, grupa leczona 2 mg/ml nie wykazała znaczących różnic ze względu na wysoką dawkę skutkującą złożonym mechanizmem ujemnego sprzężenia zwrotnego, który hamował proliferację komórek [50].

Ponadto markery osteogenne, takie jak fosfataza alkaliczna (która wzmaga różnicowanie komórek w osteoblasty/komórki kościotwórcze), były znacząco podwyższone w grupach leczonych kolagenem w 3 i 10 dni po leczeniu [50]. Podobnie jak w tym badaniu, Elango i in. stwierdzili, że traktowane kolagenem komórki macierzyste szpiku kostnego i dojrzałe komórki osteoblastyczne wykazywały zależną od dawki zwiększoną proliferację w porównaniu z kontrolą [52]. Ponadto ekspresja mRNA i białka markera osteogennego istotnie wzrosła w grupach leczonych w porównaniu z grupą kontrolną [52]. Wyniki te sugerują, że kolagen jest w stanie promować różnicowanie komórek macierzystych i aktywność osteoblastów. Yamada i in. wykazali również, że morskie peptydy kolagenowe wyekstrahowane zarówno z kości, jak i skóry ryb były w stanie zwiększyć proliferację komórek osteoblastycznych, ekspresję markerów osteogennych i odkładanie minerałów [96] Oprócz zastosowania hydrolizowanych peptydów kolagenowych wykazano, że struktury rusztowania kolagenowego mieć korzystny wpływ na regenerację kości.kup cistancheDiogo i in.cistanchstwierdzili, że struktury rusztowania z kolagenu i fosforanu wapnia usieciowane za pomocą EDC/NHS wspierają przyczepność i produkcję komórek budujących kości [9]. Nowsze badanie wykazało, że w rusztowaniach kolagenowych dla meduz dochodziło do większego tworzenia kości de novo i zwiększonej rekrutacji makrofagów w porównaniu z grupami kontrolnymi [98]. Wiadomo, że komórki zapalne, takie jak makrofagi, promują naprawę tkanek oraz regulują stan zapalny i homeostazę, co jest obiecujące dla regeneracji tkanki kostnej [98]. Podobnie jak w powyższych badaniach, Rachmawati i in. stwierdzili, że rusztowania kolagenowe wyizolowane z meduzy Aurelia aurita pomogły w regeneracji kości wyrostka zębodołowego [9]. W przypadku leczenia rusztowaniem kolagenowym zaobserwowano wzrost liczby osteoblastów i zmniejszenie osteoklastów w porównaniu z grupą kontrolną, co sugeruje potencjał regeneracji kości wyrostka zębodołowego. STRO-1, biomarker dla mezenchymalnych komórek macierzystych, oraz osteokalcyna, hormon białkowy syntetyzowany przez osteoblasty, również uległy zwiększeniu w grupach leczonych kolagenem. Wyniki te sugerują obiecujące właściwości regeneracyjne kości [99].

Cistanche może przeciwdziałać starzeniu

Gąbki morskie, znane również jako poriferans, służą jako ważne źródło kolagenu i mają strukturę przypominającą gąbczastą architekturę tkanki kostnej. Lin i in. przeprowadzili test in vitro z użyciem kolagenu włóknistego wyizolowanego z gąbki morskiej Callyspongidae [100]. W badaniu zaobserwowano, że osteoblasty były zdolne do zakotwiczenia się na powierzchni włókien gąbki, proliferacji i wzrostu na konstruktach komórka-gąbka. W badaniu oceniano również potencjał osteokondukcyjny konstruktów rusztowania kolagenowego gąbki i stwierdzono, że po 7 dniach ekspresja genów dwóch markerów osteogennych, osteokalcyny i osteopontyny, znacznie wzrosła [100]. Lub w 14 dniu ekspresja genu fosfatazy alkalicznej, będącej wskaźnikiem różnicowania osteoblastów, również znacznie wzrosła [100]. Podobnie Green i in. wykorzystał również szkielet szkieletu gąbki morskiej, aby ocenić, czy kolagen może indukować osteogenezę [101]. Badanie wykazało, że ludzkie komórki osteoprogenitorowe były w stanie przyczepić się do rusztowania w ciągu 16 godzin, a po 21 dniach komórki osteoprogenitorowe wydzielały macierz zewnątrzkomórkową. Ponadto po 9 i 14 dniach aktywność fosfatazy alkalicznej znacznie wzrosła w porównaniu z kontrolami [101]. Podsumowując, wyniki te wskazują, że włókna kolagenowe w szkielecie gąbki morskiej stanowią szkielet dla przyłączania, proliferacji i migracji osteoblastów, co sugeruje obiecujący potencjał do zastosowania w inżynierii tkanki kostnej [100, 101].

Biomedyczne zastosowania kolagenu morskiego nie ograniczają się do skóry i kości, ale obejmują również regenerację chrząstki. Choroba zwyrodnieniowa stawów (OA) charakteryzuje się zaburzeniem homeostazy chrząstki, która nie ma potencjału samonaprawczego i regeneracyjnego.[103]W przypadku choroby zwyrodnieniowej stawów dochodzi do degradacji chrząstki, co skutkuje odsłonięciem kości podchrzęstnej, co niekorzystnie wpływa na jakość życia z powodu bolesnych i sztywnych stawów [103]. Co obiecujące, wykazano, że kolagen morski indukuje różnicowanie chondrogenne, torując drogę do potencjalnej regeneracji chrząstki. Raabe i in. odkryli, że hydrolizowany kolagen rybi oraz czynnik wzrostu TGFB1 indukują syntezę proteoglikanów i włókien kolagenowych [104]. Kolagen rybi również indukował różnicowanie chondrogenne [104].cistanche AustraliaPodobnie Bourdon i in. badali wpływ trzech hydrolizatów kolagenu ze skóry ryb i chrząstki na rozpad chondrocytów [55]. Badanie wykazało, że hydrolizaty kolagenu 0,5,50 i 100 ug/ml podnoszą poziom kolagenu typu I i II. Ponadto komórki traktowane kolagenem miały zmniejszoną ekspresję markerów proteazowych, o których wiadomo, że biorą udział w rozwoju OA, Htral, Mmp103, Adamts5 i Cox2 [5]. Ohnishi i in. odkryli również, że króliki, którym podawano kombinację peptydów kolagenu rybiego i glukozaminy, były chronione przed indukowaną degradacją chrząstki (OA), podczas gdy grupy kontrolne rozwinęły OA [105]. Stwierdzono, że peptyd kolagenu rybiego i glukozamina, które są obecne w dużych ilościach w tkance łącznej i pomagają utrzymać strukturę i integralność chrząstki, same wykazywały pewne działanie ochronne, ale ich połączone działanie zapewniało największą ochronę przed OA [105].

W eksperymencie histologicznym Ahmeda i wsp. zaobserwowano wpływ kolagenu z rusztowań gąbek meduzy na chondrogenność chrząstki bydlęcej [106]. Chondogeniczność jest złożonym procesem obejmującym proliferację i różnicowanie chondroprogenitorów oraz odkładanie się macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) [106]. W tym eksperymencie chondrocyty pochodzące z bydlęcej tkanki chrzęstnej wysiano na rusztowania meduz w celu oceny ilości odkładanego kolagenu, a Do obserwacji zawartości i orientacji włókien kolagenowych zastosowano czerwony barwnik Picrosirius (ryc. 8) [106]. Użyli trzech różnych pożywek hodowlanych: tkanki natywnej (niedojrzała chrząstka pochodzenia bydlęcego) i tkanki chrzęstnej bydlęcej zawierającej komórki chondroprogenitorowe w obecności i przy braku transformującego czynnika wzrostu - 1 (TGF 1) [106]. Wykazano, że TGF 1 jest skutecznym czynnikiem wzrostu w tworzeniu chrząstki i jest obecny na wysokim poziomie w zdrowej chrząstce, ale jego poziom jest znacznie obniżony w chrząstce pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów [106]. Wyniki barwienia wykazały, że w natywnej tkance bydlęcej włókna kolagenowe znajdują się głównie na powierzchni tkanki, ale w hodowli chondrogennej, zarówno na powierzchni tkanki, jak i w głębszych obszarach, odkładanie włókien kolagenowych jest bardziej widoczne. Ponadto dodanie TGF 1 do podłoża hodowlanego dodatkowo zwiększyło odkładanie włókien kolagenowych [106]. Podsumowując, obecne dane potwierdzają zastosowanie kolagenu morskiego w regeneracji chrząstki.

4. Zalety i ograniczenia związane ze stosowaniem kolagenu morskiego

Morskie zasoby kolagenu mają wiele zalet w porównaniu ze zwierzętami lądowymi i innymi źródłami. Nie tylko są one dostępne w obfitości, nie mają ograniczeń religijnych i są łatwo dostępne, ale także odnotowano niewiele doniesień o efektach toksycznych przy skutecznych dawkach [32, 33]. Jest to istotne, ponieważ głównym źródłem kolagenu jest: z bydła, które jest narażone na bardzo niebezpieczne BSE i TSE [29,35]. Oprócz obiecującego profilu bezpieczeństwa, stosowanie kolagenu morskiego jest przyjazne dla środowiska. Skóra ryb, kości i łuski są ogromnymi źródłami kolagenu, ale często są odrzucane przez przemysł przetwórstwa owoców morza [30]. Dzięki zastosowaniu kolagenu morskiego zmniejsza się ilość pożytecznych odpadów, a dalsze organizmy nie są uszkadzane podczas izolowania kolagenu. Ponadto kolagen ma wiele zastosowań w wielu dziedzinach, takich jak dostarczanie leków, gojenie ran, starzenie się skóry i regeneracja tkanek. Wykazano również, że kolagen morski jest równie skuteczny jak kolagen pozorowany. W powyższym przykładzie kolagen morski był tak samo skuteczny jak obecnie podawany przeciwutleniacz BHT [89]. Ponadto, inne porównania membrany kolagenowej gąbki z membraną poliuretanową w gojeniu miejsc dawców grantu wykazały, że stosowanie kolagenu znacznie zwiększyło jakość gojenia ran i skróciło czas gojenia [107]. Kolageny morskie są również łatwiej hydrolizowane niż kolagen ssaczy, co czyni je bardziej przystosowanymi do dalszego przetwarzania w pochodne peptydów [108]. Ponadto kolagen ma zarówno właściwości strukturalne, jak i funkcjonalne, które czynią go naturalnym substratem do przyłączania, wzrostu i różnicowania komórek [109]. Należy jednak zauważyć, że choć niewielkie, istnieją pewne ograniczenia. Wykazano, że kolagen morski jest mniej stabilny termicznie niż kolagen wołowy, ponieważ zawiera mniej reszt proliny i hydroksyproliny [10]. Ponadto większość badań dotyczyła skuteczności kolagenu morskiego in vitro lub na modelach zwierzęcych; jednak potrzebne są dalsze badania, które zbadają skuteczność i potencjalne niekorzystne skutki kolagenu morskiego na ludzką skórę. Ogólnie rzecz biorąc, nieliczne ograniczenia kolagenu morskiego są znacznie przeważone przez ich szeroką gamę korzyści. 5. Podsumowanie

Uwagi

W niniejszym przeglądzie podkreślono biomedyczne zastosowania kolagenu morskiego w gojeniu ran, przeciwdziałaniu starzeniu się skóry oraz regeneracji kości i chrząstek. Oczywiste jest, że morskie źródła kolagenu są znacznie korzystniejsze niż źródła pochodzenia zwierzęcego. Wykazano zdolność kolagenu morskiego do promowania odbudowy nabłonka skóry, unaczynienia, migracji fibroblastów i ogólnie szybszego tempa gojenia się ran. Co więcej, przeciwstarzeniowe działanie kolagenu morskiego związane z większą elastycznością skóry i redukcją zmarszczek jest bardzo obiecujące dla przemysłu kosmetycznego.korzyści cistanchePonadto widoczny jest również znaczący wpływ na zapobieganie i leczenie osteoporozy poprzez zwiększenie gęstości kości i odkładanie się minerałów. Choroby kości, takie jak osteoporoza i choroba zwyrodnieniowa stawów, mogą negatywnie wpływać na jakość życia. Wykazano, że kolagen morski i jego pochodne opóźniają i chronią przed chorobą zwyrodnieniową stawów, a tym samym zmniejszają śmiertelność. Dlatego należy kontynuować badania i odkrywanie źródeł kolagenu morskiego, ponieważ dotychczas okazywały się one niezwykle korzystne.

Ten artykuł pochodzi z Mar. Drugs 2022, 20, 61. https://doi.org/10.3390/md20010061 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs