کلاژن دریایی: یک ماده زیستی امیدوارکننده برای بهبود زخم، ضد پیری پوست و بازسازی استخوان

لطفا تماس بگیریدoscar.xiao@wecistanche.comبرای اطلاعات بیشتر

خلاصه:موجودات دریایی دارای مواد دو فعال متعددی هستند که می توانند در صنایع دارویی و آرایشی مورد استفاده قرار گیرند. تحقیقات علمی در مورد کاربردهای مختلف کلاژن استخراج شده از این موجودات به طور فزاینده ای رایج شده است. کلاژن دریایی را می توان به عنوان یک ماده زیستی استفاده کرد زیرا محلول در آب، سازگار با متابولیسم و ​​بسیار در دسترس است. با بررسی متون، مشهود است که کلاژنیس دریایی یک ترکیب همه کاره است که قادر به التیام آسیب های پوستی با شدت های مختلف و همچنین به تاخیر انداختن روند طبیعی پیری انسان است. کلاژن از آزمایش‌های in vitro تا in vivo توانایی خود را در فراخوانی مهاجرت کراتینوسیت‌ها و فیبروبلاست‌ها و همچنین عروقی شدن پوست نشان داده است. علاوه بر این، کلاژن دریایی و مشتقات آن برای پیشگیری و درمان پوکی استخوان و استئوآرتریت مفید و مفید هستند. سایر بیماری‌های مرتبط با استخوان نیز ممکن است هدف کلاژن قرار گیرند، زیرا می‌تواند تراکم استخوان، رسوب مواد معدنی و مهمتر از آن بلوغ و تکثیر استبلاست را افزایش دهد. در این بررسی، ما مزایای کلاژن دریایی را نسبت به منابع حیوانی خشکی و کاربردهای زیست پزشکی کلاژن دریایی مربوط به آسیب استخوان و پوست را نشان می‌دهیم. در نهایت، برخی از محدودیت های کلاژن دریایی به اختصار مورد بحث قرار می گیرد.

لطفا برای دانستن بیشتر اینجا را کلیک کنید

کلید واژه ها:کلاژن دریایی؛ التیام زخم؛ بازسازی استخوان؛ پپتیدهای کلاژن؛ ضد پیری؛ پوکی استخوان؛ استئوآرتریت؛ کلاژن ماهی؛ اسفنج دریایی

1. مقدمه

ماتریکس خارج سلولی (ECM) نقش مهمی در یکپارچگی فیزیکی سلول ها ایفا می کند، جایی که در تکثیر سلولی، تمایز، مهاجرت، و چسبندگی نقش دارد [1-6]. کلاژن پروتئین ساختاری اصلی در ECM و بافت همبند حیوانات است. در پستانداران، پروتئین کلاژن بسیار فراوان است و عمدتاً در ECM بافت‌های همبند فیبری مانند تاندون و پوست [7-10] قرار دارد. با حمایت از شکل گیری، استحکام کششی، و انعطاف پذیری اتصالات [11-15]، نقش های ساختاری کلیدی را ایفا می کند. کلاژن انواع I، II، II، V و XI قادر به تشکیل فیبریل هایی هستند که برای حمایت ساختاری و مقاومت در برابر تنش های مکانیکی در بافت های همبند ضروری هستند[16،17]. کلاژن نوع I فراوان ترین شکل است و عمدتاً در تاندون ها و پوست وجود دارد [18-20].

کلاژن کاربردهای زیست پزشکی متعددی از بهبود زخم، بازسازی استخوان و بافت و تحویل دارو دارد (شکل 1) [21،22]. دسترسی، انعطاف پذیری و زیست سازگاری آن، آن را به یک ماده زیستی مفید در چندین زمینه تبدیل کرده است [22-24]. کلاژن یک مولکول تریمری است که از سه زنجیره آلفا پلی پپتیدی تشکیل شده است که ساختارهای سه بعدی بسیار سازمان یافته ای را تشکیل می دهد که قادر به مقاومت در برابر استرس مکانیکی و حمایت از رشد سلول ها هستند [25،26].

موجودات دریایی مانند ماهی، چتر دریایی، اسفنج ها و سایر بی مهرگان منبع قابل توجهی از کلاژن هستند و نسبت به سایر منابع بسیار سودمند هستند، زیرا از نظر متابولیکی سازگار هستند، محدودیت های مذهبی ندارند و عاری از پاتوژن های حیوانی هستند [27-30].

سیستانچ می تواند ضد پیری باشد

در واقع، پوست ماهی معمولاً برای استخراج کلاژن نوع I استفاده می‌شود، زیرا نه تنها بسیار فراوان است، بلکه محدودیت‌های مذهبی نیز ندارد و خطر انتقال بیماری را ندارد [31-33]. حیوانات خشکی دارای بسیاری از بیماری های قابل انتقال هستند که آنها را برای استفاده در صنایع کمتر مطلوب می کند. به عنوان مثال، گاو، اگرچه منبع بزرگی از کلاژن است، اما خطراتی برای انسفالوپاتی اسفنجی شکل گاوی (BSE) و همچنین آنسفالوپاتی اسفنجی شکل قابل انتقال (TSE) دارد [29،34،35]. این اختلالات عصبی پیشرونده گاو را تحت تاثیر قرار می دهد و می تواند منجر به عفونت های تهدید کننده زندگی در انسان شود [29]. علاوه بر این، برخی محدودیت‌های مذهبی در مورد استفاده از گاو برای صنایع دارویی و آرایشی قابل بحث است[35]. این عوامل منابع دریایی کلاژن را جایگزین بسیار ایمن‌تر، آسان‌تر و امیدوارکننده‌تر می‌کند.

زخم های پوستی ممکن است مدت زیادی طول بکشد تا بهبود یابد و اغلب به طور کامل بهبود نمی یابند.سیستانچ แอ ม เว ย์کلاژن دریایی جدا شده از موجوداتی مانند ماهی، چتر دریایی و اسفنج ها در چندین مطالعه در مورد پتانسیل آن برای افزایش نرخ بهبود زخم نقش داشته است [36-41]. این فرآیندها شامل افزایش مهاجرت فیبروبلاست و کراتینوسیت و همچنین عروق و رشد اپیدرمی [42-44] است. علاوه بر تسریع بهبود زخم، کلاژن دریایی همچنین با کند کردن روند پیری در موش‌ها دارای خواص ضد پیری است[45-48]. مطالعات بر روی انسان همچنین نشان داده است که کلاژن دریایی می تواند چین و چروک ها را کاهش دهد، خاصیت ارتجاعی پوست را بهبود بخشد و ساختار و ظاهر کلی پوست را بهبود بخشد. علاوه بر این، توانایی کلاژن برای بازسازی استخوان در مدل‌های موش‌های مبتلا به پوکی استخوان یائسگی موفق بوده است [49]. کلاژن دریایی قادر به افزایش تراکم مواد معدنی استخوان و فعالیت استئوبلاستی است و اثرات محافظتی در برابر تحلیل استخوان [49-53] دارد. همچنین نشان داده شده است که کلاژن باعث تمایز غضروفی می شود و از ایجاد استئوآرتریت (OA) جلوگیری می کند [54،55].

در اینجا، کاربرد بالقوه کلاژن دریایی در تسهیل بهبود زخم را بررسی می‌کنیم و تاکید می‌کنیم که کلاژن دریایی می‌تواند خاصیت ارتجاعی پوست را افزایش داده و در نتیجه روند پیری پوست را کاهش دهد. علاوه بر این، ما مناسب بودن کلاژن دریایی را برای مهندسی بافت استخوان و تشکیل غضروف به دلیل زیست سازگاری بالای آن توصیف می‌کنیم. اگرچه برخی محدودیت‌های مرتبط با استفاده از کلاژن دریایی وجود دارد، اما بدیهی است که پتانسیل مفید و کارآمد کلاژن دریایی به طور قابل توجهی از معایب آن بیشتر است.

2. کاربرد کلاژن در بهبود زخم و ضد پیری

اپیدرم پوست ما مهمترین سد دفاعی ذاتی در برابر همه عوامل بیماری زا است و نقش مهمی در هموستاز بافت دارد[56-58]. درمان آسیب های پوستی دشوار است، اما در نتیجه سوختگی ها، عفونت ها، جای زخم، اختلالات ژنتیکی و سایر بیماری ها به طور فزاینده ای رایج می شوند [59،60]. هدف درمان‌ها بازگرداندن یکپارچگی بافت است که شامل فرآیندهایی مانند التهاب، تقسیم سلولی، تمایز و عروق می‌شود. نفوذپذیری اندوتلیال باعث چسبندگی سلولی می شود که با تمایز و بلوغ سلولی همراه است [61،62]. نشان داده شده است که کلاژن دریایی یک بیوماد موثر برای بهبود زخم است. کلاژن را می توان در فرمولاسیون های مختلفی استفاده کرد، مانند استفاده از پپتیدهای کلاژن و هیدروکسیلات، یا الیاف کلاژن، و ساختارهای داربست مانند [44،63].

پپتیدهای کلاژن دریایی از کلاژن از طریق هیدرولیز شیمیایی و آنزیمی تولید می شوند و وزن مولکولی کوچکتر آنها حلالیت در آب را افزایش می دهد و آنها را قابل جذب تر می کند [63،64]. هو و همکاران از یک روش خراش در شرایط آزمایشگاهی برای نشان دادن اینکه پپتیدهای کلاژن دریایی بسته شدن زخم را در غلظت‌های 5{12}} میکروگرم میلی‌لیتر بهبود می‌بخشند - با شروع 12 ساعت پس از درمان با کلاژن (شکل 2) [63]. نشان داده شد که در 50- میکروگرم میلی‌لیتر در لیتر، مهاجرت سلولی القا شده مشابه مهاجرتی است که توسط 10 نانوگرم در میلی‌لیتر{13}} فاکتور رشد اپیدرمی مشاهده می‌شود، عاملی که نقش مهمی در ایجاد زخم دارد. شفا. علاوه بر این، با استفاده از پپتیدهای کلاژن دریایی جدا شده از پوست ماهی تیلاپیا، خرگوش های زخمی تحت درمان با کلاژن در مقایسه با گروه کنترل پس از 11 روز به طور قابل توجهی سریع تر بهبود یافتند [63].

علاوه بر این، یانگ و همکاران. پپتیدهای کلاژن را از پولاک آلاسکا جدا کرد و نشان داد که تجویز خوراکی پپتیدهای کلاژن به موش های زخمی به طور قابل توجهی نرخ بهبودی را در مقایسه با گروه های کنترل افزایش می دهد [65]. هیدروکسی پرولین، که باعث رسوب کلاژن و در نتیجه بهبودی می شود، در گروه تحت درمان با کلاژن (10.6 میکروگرم میلی گرم در لیتر) در طول زمان بیشتر از گروه کنترل (9.25 میکروگرم میلی گرم To5) بود. در روز 12 بهبودی، گروه‌های تحت درمان، اپیتلیال‌سازی مجدد کامل را نشان دادند، و حضور فولیکول‌های مو مشاهده شد، در حالی که گروه کنترل مهاجرت ضعیف کراتینوسیت‌ها و بدون فولیکول‌های مو داشتند[65].

مشابه مطالعات ذکر شده در بالا، وانگ و همکاران. دریافتند که پپتیدهای کلاژن دریایی (MCPs) جدا شده از پوست ماهی قزل آلا به طور قابل توجهی استحکام کششی زخم پوست را در موش‌ها بهبود می‌بخشد [42]. همانطور که در شکل 3 مشاهده می شود، بهبود مشاهده شده وابسته به دوز پپتیدهای کلاژن و زمان پس از سزارین بود [42]. علاوه بر این، سطح هیدروکسی پرولین در گروه‌های تحت درمان با کلاژن در مقایسه با گروه‌های کنترل به طور قابل‌توجهی افزایش یافت و به روشی وابسته به زمان و دوز افزایش یافت [42]. جای تعجب نیست که موش‌های گروه تحت درمان با کلاژن، افزایش تکثیر فیبروبلاست و عروق را در 7 روز پس از درمان نشان دادند [42]. این نتایج مشابه آزمایش Zhang و همکارانش است که نشان داد پپتیدهای کلاژن دریایی نرخ بسته شدن زخم در موش‌ها، استحکام کششی در محل برش و رسوب کلاژن را افزایش می‌دهند [43]. تجزیه و تحلیل بافت شناسی بهبود عروق، eloithelization و نفوذ فیبروبلاست را در گروه های تحت درمان با کلاژن نشان داد [43].چه مقدار سیستانچ مصرف کنیمرسوب کلاژن بخش مهمی از بهبود آسیب های پوستی و توسعه بافت گرانولاسیون است و هیدروکسی پرولین که رسوب کلاژن را ترویج می کند، در گروه های تحت درمان در 7- و 11-روز پس از آسیب [ 43].

علاوه بر این، پوزولینی و همکاران. هیدروکسیلات های کلاژن دریایی جدا و خالص شده از اسفنج دریایی Chondrosia reniformis [66]. با استفاده از روش خراش در شرایط آزمایشگاهی، 5{2}} میکروگرم در میلی لیتر از فراکسیون های پپتیدی کلاژن اضافه شد و سلول ها در 0، 6،24، و 30 ساعت پس از تجویز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. در مقایسه با گروه‌های کنترل، سلول‌های تیمار شده مهاجرت و تکثیر فیبروبلاست و کراتینوسیت را نشان دادند که باعث افزایش بسته شدن شکاف زخم در سلول‌های پوستی و اپیدرمی شد. اولین بار مشاهده شد که سلول ها در حال مهاجرت و کلون سازی در ناحیه شکاف خراش، و به دنبال آن افزایش تکثیر سلولی در نقطه زمانی 24-h [66] مشاهده شدند. این نتایج نشان‌دهنده توانایی‌های امیدوارکننده در بهبود زخم‌های هیدروکسیلات‌های کلاژن دریایی جدا شده از C.reniformis است. به طور مشابه، کلاژن پپتیدی هیدرولیز شده جدا شده و خالص شده از چتر دریایی Rhopilema esculentum فعالیت ترمیم زخم را هم در شرایط in vitro و هم in vivo نشان داد. اول، با استفاده از روش ترمیم زخم خراش، نویسندگان نشان دادند که گروه‌های تحت درمان با پپتید کلاژن، مهاجرت سلولی و بسته شدن زخم را بسته به دوز در ۱۸، 36- و 48- ساعت پس از درمان افزایش داده‌اند [67]. وقتی روی موش‌های زخمی بررسی شد، پپتیدهای کلاژن (9/0 گرم بر کیلوگرم) اثرات بهبود زخم را تا حدی با افزایش بیان عوامل کموتاکتیک (یعنی -FGF و TGF{20}}) بهبود بخشیدند. این عوامل با به کارگیری سلول های التهابی، که می توانند مهاجرت فیبروبلاست ها و کراتینوسیت ها را نیز تنظیم کنند، در محافظت از زخم در برابر عفونت نقش دارند. بنابراین، بهبود زخم را بهبود می بخشد [67].

علاوه بر این، Veeruraj و همکاران. آستاگزانتین، یک ترکیب آنتی اکسیدانی و ضد التهابی و همچنین کلاژن محلول در اسید و پپسین از ماهی مرکب، Doryteuthis sing-halensis [68] را جدا کرد. موش‌های زخمی با ترکیب آستاگزانتین و کلاژن تحت درمان قرار گرفتند و سرعت بهبود زخم در مقایسه با زخم‌های درمان شده با نمک مشاهده شد. این مطالعه همچنین نشان داد که گروه‌های تحت درمان با کلاژن، اپیتلیزه شدن، رگ‌زایی، کراتینه شدن و حضور رشته‌های کلاژن را افزایش داده‌اند که با هم به بهبود زخم کمک می‌کنند[68].

به همین ترتیب، چن و همکاران. کلاژن را از نانوالیاف کلاژن پوست تیلاپیا دریایی و پوست گاو جدا کرد و نشان داد که گروه‌های موش‌های تحت درمان با کلاژن نسبت به گروه کنترل، سرعت بهبود زخم سریع‌تری داشتند [44]. علاوه بر این، این مطالعه نشان داد که هیدروکسی پرولین، یکی از اجزای کلاژن، نقش مهمی در سرعت بهبود زخم با ترویج اپیتلیزه شدن مجدد دارد. گروه‌های تحت درمان با کلاژن نسبت به گروه‌های کنترل فیبروبلاست‌های بیشتر، عروقی شدن بیشتر، التهاب کمتر و فیبرهای کلاژن بیشتری داشتند [4].

مطالعات روی حیوانات بزرگتر مانند گوسفند نیز برای نشان دادن اثر کلاژن بر بهبود زخم انجام شده است. به عنوان مثال، Melotti و همکاران. داربست‌های پوست مانند مبتنی بر کلاژن (CBSSs) از کلاژن جدا شده از ضایعات غذایی توتیای دریایی برای درمان زخم‌های پوستی گوسفندان ساخته شد [69]. آنها نشان دادند که زخم های درمان شده با CBSS با سرعت بسیار بیشتری نسبت به گروه های کنترل بهبود می یابند. با شروع روز 14 پس از آسیب، گروه‌های تحت درمان مقدار قابل توجهی مهاجرت کراتینوسیت را در مقایسه با گروه‌های کنترل درمان نشده نشان دادند. علاوه بر این، گروه‌های تحت درمان با CBSS نسبت به گروه کنترل التهاب کمتری در طول زمان و رسوب بیشتر بافت گرانول داشتند [69]. تجزیه و تحلیل بیان ژن نشان داد که یک فاکتور رشد مهم، VEGF-A، در گروه‌های تحت درمان در مقایسه با گروه کنترل افزایش می‌یابد[69].بیوفلاونوئیدهاعلاوه بر این، hKER، یک نشانگر برای بیان فولیکول مو، اولین بار در روز 14 پس از آسیب، تنها در گروه های تحت درمان مشاهده شد [69]. در مجموع، این نتایج نشان می دهد که کلاژن یک ماده زیستی امیدوارکننده برای بهبود زخم و بازسازی پوست است.

در آزمایش دیگری توسط Ferrario و همکاران، یکپارچگی و عملکرد CBSS تولید شده توسط سه بعدی تحت شرایط افزودن غلظت‌های مختلف اتانول و دماهای انجماد مختلف ارزیابی شد [21]. نتایج تجربی آنها نشان داد که افزودن اتانول در فرآیند تولید داربست های مبتنی بر کلاژن در دماهای مختلف می تواند ضخامت این داربست ها را افزایش دهد و تراکم الیاف کلاژن در سطوح بالایی و پایینی این داربست ها نیز می تواند افزایش یابد (شکل 4). ). این عوامل در نهایت منجر به پایداری مکانیکی بیشتر و کاهش تغییر شکل این داربست در کشت سلولی و ریزمحیط‌های زخم در داخل بدن شد[21].

کاربردهای زیست پزشکی کلاژن به منظور بازسازی پوست بیشتر در صنعت ضد پیری رایج است، تغییرات مرتبط با پوست در ارتباط با پوست می تواند بر جنبه های زیبایی شناختی ساختار پوست تأثیر منفی بگذارد [70]. خاصیت ارتجاعی، استحکام مکانیکی و ساختار کلی پوست عمدتاً توسط فیبرهای کلاژن و الاستین حفظ می شود [71،72]. سنتز کلاژن با یک سن کاهش می یابد، و این یکی از سهم های غالب در تغییرات مرتبط با پیری پوست است [73،74]. بسیاری از ترکیبات، مانند ویتامین های رژیم غذایی، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه ضروری، برای سلامت و ظاهر پوست مفید هستند [75-77]. با این حال، ترکیبات غذایی مشتق شده از گیاه به دلیل فراهمی زیستی کم آنها از طریق سد روده ای و نرخ متابولیسم بالا محدود می شوند [78] به طور امیدوارکننده، کلاژن و پپتیدهای کلاژن دریایی دارای فراهمی زیستی، قدرت و مشخصات ایمنی مطلوبی هستند [79،80]. مطالعه ای که توسط ایتو و همکاران انجام شد. نشان داد که مکمل های غذایی با پپتید کلاژن و اورنیتین (CPO) مشتق شده از ماهی به طور قابل توجهی از دست دادن آب ترانس اپیدرمی و تعداد منافذ پوست را کاهش می دهد و خاصیت ارتجاعی را در گروه های تحت درمان با CPO افزایش می دهد (شکل 5) [45].

علاوه بر این، افزایش سن با کاهش سطح هورمون رشد مرتبط است.سیستانچ چیستسطوح فاکتور رشد شبه انسولین-1 (IGF{2}}) با ترشح بیشتر هورمون رشد مرتبط است و مشخص شد که سطوح IGF{3}} به طور قابل توجهی از سطح پایه در گروه CPO افزایش یافته است [45] ]. این مطالعه همچنین هیچ اثر نامطلوبی را در پاسخ به یک مکمل غذایی 30 میلی لیتری CPO گزارش نکرد [45]. به طور مشابه، دی لوکا و همکاران. دریافتند که پس از مصرف 570 میلی‌گرم پپتیدهای کلاژن جدا شده از ماهی، شرکت‌کنندگان ضخامت پوست و تراکم آکوستیک افزایش یافته‌اند، یک نشانگر اولتراسونیک [46]. علاوه بر این، خاصیت ارتجاعی پوست و تولید سبوم نیز پس از مکمل پپتید کلاژن به طور قابل توجهی افزایش یافت و هیچ اثر سمی مشاهده نشد [45]. آلوز و همکاران نشان داد که نوع کلاژن جدا شده از پوست ماهی قزل آلا و ماهی کاد هیچ تحریکی روی پوست انسان نشان نمی دهد [81]. سیتوکین‌های اینترلوکین (IL){11}} و IL{12}} به‌عنوان نشانگر برای التهاب و تحریک در مطالعه مورد استفاده قرار گرفتند، و مشاهده شد که هیچ سیتوکینی پس از تجویز کلاژن وجود نداشت [81]. علاوه بر این، کلاژن سرشار از اسیدهای آمینه گلیسین، پرولین و هیدروکسی پرولین است که به پایداری کلاژن و توانایی آن در تحمل دمای بالا به دلیل تعداد زیاد پیوندهای هیدروژنی کمک می کند [81]. کلاژن همچنین قادر به حفظ مقدار قابل توجهی آب بود که برای استفاده از آن در لوازم آرایشی مهم است [81].

ایوانز و همکاران یک کارآزمایی بالینی تصادفی و سه سوکور را بر روی زنان 45-60-ساله انجام داد تا تأثیر کلاژن یک ماهی آب شیرین را بر پوست چروکیده و خاصیت ارتجاعی نشان دهد [82]. پس از سه ماه از مصرف مکمل کلاژن، کاهش قابل توجهی (35 درصد) در چین و چروک شرکت کنندگان در مقایسه با پایه وجود داشت [82]. همچنین مشاهده شد که خاصیت ارتجاعی پوست گونه در 6 هفته پس از درمان به طور قابل توجهی بهبود یافته است. علاوه بر این، در مقایسه با گروه دارونما، مشخص شد که علاوه بر بهبود خاصیت ارتجاعی و چین و چروک، 14 درصد بهبود در هیدراتاسیون، 22 درصد بهبود در درخشندگی و 25 درصد بهبود در استحکام پوست وجود دارد[82]. در آزمایش دیگری با استفاده از موش‌های مسن زمانی، استفاده موضعی یا مصرف خوراکی هیدرولیزهای کلاژن اثرات مثبتی بر پیری پوست دارد [83]. شش روز بعد از درمان، افزایش قابل توجهی در محتوای کلاژن و آنزیم های آنتی اکسیدانی مهم، از جمله سوپراکسید دیسموتاز و گلوتاتیون پراکسیداز وجود داشت. این عوامل با هم باعث بهبود ساختار و ظاهر پوست شدند. مشخص شد که هنگام درمان با کلاژن، تراکم و گسترش رشته های کلاژن نوع I و II ساختار اپیدرم و درم را بهبود می بخشد [83]. پی و همکاران همچنین دریافتند که وقتی موش های مسن با پپتیدهای کلاژن دریایی تحت درمان قرار گرفتند، ضخامت اپیدرم، فعالیت فیبروبلاست و فعالیت آنزیم آنتی اکسیدانی افزایش یافت [84].

این خواص آنتی اکسیدانی کلاژن دریایی به عنوان رادیکال‌های آزاد بسیار واکنش‌پذیر و ناپایدار امیدوارکننده است و گونه‌های اکسیدکننده به غشای سلولی، DNA و ماکرومولکول‌های سلول‌های پوست آسیب می‌رسانند و به شدت در پیری پوست نقش دارند [85-87]آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی. مانند سوپراکسید دیسموتاز و گلوتاتیون پراکسیداز از این نظر مهم هستند که با مهار رادیکال‌های آزاد و دیگر گونه‌های خطرناک اکسیژن در برابر استرس اکسیداتیو محافظت می‌کنند [88]. چی و همکاران کلاژن محلول در اسید را از فلس های کروسین کروکر جدا کرد و قابلیت های آنتی اکسیدانی سه تاید پپ کلاژن را نشان داد [89]. با استفاده از ظرفیت جذب رادیکال اکسیژن (ORAC)، نشان داده شد که پپتیدهای کلاژن اثرات محافظتی در برابر هیدروکسیل، سوپراکسید و سایر رادیکال‌ها نشان می‌دهند. علاوه بر این، اثر پپتیدهای کلاژن (ACH-P1، P2، P3) بر پراکسیداسیون لیپیدی، مسیری که در تشکیل گونه‌های اکسیدان دخیل است، مورد بررسی قرار گرفت. همانطور که در شکل 6 مشاهده می شود، در مقایسه با گروه شاهد، پراکسیداسیون لیپیدی به دلیل کاهش جذب، که درجه اکسیداسیون را اندازه گیری می کند، به طور قابل توجهی کاهش یافت [89]. پپتیدهای کلاژن مشابه BHT، یک آنتی اکسیدان شناخته شده و موثر عمل می کنند [89].

روی هم رفته، واضح است که کلاژن دریایی یک ماده زیستی موفق و امیدوارکننده برای بهبود زخم و لوازم آرایشی است.

3. نقش بالقوه کلاژن در بازسازی استخوان و غضروف

منابع کلاژن دریایی نه تنها به عنوان یک راه امیدوار کننده برای بهبود آسیب های پوستی بلکه برای تروما و بازسازی استخوان نیز عمل می کند. ترمیم و ترمیم شکستگی استخوان شکلی از بازسازی بافت است و یک فرآیند پیچیده شامل تشکیل و تجزیه استخوان است [90،91]. اغلب، بیماران با شرایطی مواجه می شوند که در نتیجه ناهنجاری های ژنتیکی، تروما، عفونت و تومورها نیاز به بازسازی استخوان های بزرگ دارند [92]. تقاضای فزاینده ای برای بهبود روش های ترمیم و بازسازی استخوان، مانند پیوندهای استخوانی عملکردی وجود دارد [93].

پپتیدهای زیست فعال کلاژن دریایی به جذب کلسیم و روی کمک می کنند، که اجزای مهم استخوان هستند و برای پیشگیری از پوکی استخوان مفید هستند [94،95]. مطالعه ای که توسط Xu و همکاران انجام شد نشان داد که پپتیدهای کلاژن دریایی جدا شده و به دست آمده از هیدرولیز از ماهی قزل آلا، استئوکلسین سرم را در موش های تحت درمان در مقایسه با گروه کنترل افزایش می دهد. استئوکلسین یک هورمون پروتئینی است که توسط استئوبلاست ها ترشح می شود و از طریق تعامل با کلسیم در حفظ و بازسازی استخوان نقش دارد. این مطالعه همچنین نشان داد که ماتریکس آلی استخوان، تراکم، طول استخوان ران و یون های معدنی استخوان ران در گروه تحت درمان با کلاژن به طور قابل توجهی بیشتر از گروه کنترل بود. فرض بر این بود که افزایش در تراکم معدنی استخوان احتمالاً به دلیل افزایش فعالیت استئوبلاست است، همانطور که با افزایش اندازه استخوان و استئوکلسین سرم مشاهده می‌شود [94]. این نتایج پپتیدهای کلاژن بالقوه دخیل در رسوب مواد معدنی، توسعه ماتریکس استخوان و افزایش فعالیت استئوبلاستی را روشن می کند، که قویاً نشان می دهد که کلاژن یک ماده زیستی امیدوارکننده برای پیشگیری و درمان پوکی استخوان است [94]. پوکی استخوان و از دست دادن خالص استخوان در میان زنان سالخورده ای که به دلیل کمبود استروژن یائسه می شوند، شایع است [49]. نومورا و همکاران نشان داد که 20 میلی‌گرم کلاژن جدا شده از ژلاتین کوسه، تراکم استخوان استخوان اسفنجی را در مدل‌های موش‌های مبتلا به پوکی استخوان یائسگی افزایش می‌دهد[49].

علاوه بر این، اثر بیولوژیکی کلاژن دریایی بر سلول های بنیادی مغز استخوان مشتق شده از موش صحرایی نیز نشان داده شده است. لیو و همکارانسیستانچ بخرنشان داد که {{0}}.2mg/mL کلاژن جدا شده از ماهی، بقای سلولی را افزایش داده و بیان چندین نشانگر استئوژنیک و اندوتلیال را تنظیم می‌کند [50]. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، افزایش قابل توجهی در زنده ماندن سلولی در 0.2 و 0.02 میلی گرم در میلی لیتر در گروه های تحت درمان با cccollagen وجود داشت [50]. جالب توجه است، علاوه بر این، نشانگرهای استخوانی، مانند آلکالین فسفاتاز (که تمایز سلول ها را افزایش می دهد. در سلول‌های استئوبلاست/بدون استخوان)، در گروه‌های تحت درمان با کلاژن در 3 و 10 روز پس از درمان به طور قابل‌توجهی تنظیم شد [50]. مشابه این مطالعه، الانگو و همکاران. دریافتند که سلول‌های بنیادی مغز استخوان تحت درمان با کلاژن و سلول‌های استئوبلاستی بالغ افزایش تکثیر وابسته به دوز را در مقایسه با گروه شاهد نشان می‌دهند [52]. علاوه بر این، بیان mRNA و پروتئین نشانگر استخوانی به طور قابل توجهی در گروه های تحت درمان در مقایسه با گروه شاهد افزایش یافت [52]. این نتایج نشان می‌دهد که کلاژن می‌تواند تمایز سلول‌های بنیادی و فعالیت استئوبلاستی را تقویت کند. یامادا و همکاران همچنین نشان داد که پپتیدهای کلاژن دریایی استخراج شده از استخوان و پوست ماهی قادر به افزایش تکثیر سلول های استئوبلاستیک، بیان مارکرهای استخوان سازی و رسوب مواد معدنی هستند [96]

علاوه بر استفاده از پپتیدهای کلاژن هیدرولیز شده، ساختارهای داربست کلاژن برای بازسازی استخوان مفید هستند. دیوگو و همکاران دریافتند که ساختارهای داربست کلاژن-کلسیم فسفات متصل به EDC/NHS از اتصال و تولید سلول‌های استخوان‌ساز پشتیبانی می‌کنند [9]. یک مطالعه جدیدتر نشان داد که در داخل داربست های کلاژن چتر دریایی، تشکیل استخوان جدید و افزایش جذب ماکروفاژ در مقایسه با گروه های کنترل وجود دارد [98]. سلول های التهابی، مانند ماکروفاژها، برای ترویج ترمیم بافت، تنظیم التهاب و هموستاز شناخته شده اند که برای بازسازی بافت استخوان امیدوار کننده است [98]. مشابه مطالعات فوق، Rachmawati et al. دریافتند که داربست های کلاژنی جدا شده از چتر دریایی Aureli aurita به بازسازی استخوان آلوئولی کمک می کند [9]. هنگام درمان با داربست کلاژن، افزایش استئوبلاست ها و کاهش استئوکلاست ها در مقایسه با گروه کنترل وجود داشت که پتانسیل بازسازی استخوان آلوئول را نشان می دهد. STRO، نشانگر زیستی سلول‌های بنیادی مزانشیمی و استئوکلسین، هورمون پروتئینی سنتز شده توسط استئوبلاست‌ها نیز در گروه‌های تحت درمان با کلاژن افزایش یافت. این نتایج خواص نویدبخش بازسازی استخوان را نشان می دهد [99].

اسفنج های دریایی که به عنوان پوریفران نیز شناخته می شوند، به عنوان منبع مهم کلاژن عمل می کنند و ساختاری شبیه ساختار سلولی بافت استخوانی دارند. لین و همکاران یک سنجش آزمایشگاهی با استفاده از کلاژن فیبرینی جدا شده از اسفنج دریایی Callyspongidae انجام داد [100]. در این مطالعه مشاهده شد که استئوبلاست‌ها می‌توانند روی سطح الیاف اسفنجی لنگر بیاورند، تکثیر شوند و روی ساختارهای سلولی-اسفنجی رشد کنند. این مطالعه همچنین پتانسیل رسانایی استخوان سازه های داربست کلاژن اسفنجی را ارزیابی کرد و دریافت که بعد از 7 روز بیان ژن دو نشانگر استخوان زایی، استئوکلسین و استئوپونتین به طور قابل توجهی افزایش یافت [100]. در روز 14، بیان ژن آلکالین فسفاتاز، شاخص تمایز استئوبلاستیک نیز به طور قابل توجهی افزایش یافت [100]. به طور مشابه، گرین و همکاران. همچنین از داربست اسکلت اسفنجی دریایی برای ارزیابی اینکه آیا کلاژن می‌تواند باعث ایجاد استخوان‌زایی شود یا خیر، استفاده کرد[101]. این مطالعه نشان داد که سلول‌های استئوپروژنیتور انسان می‌توانند در عرض 16 ساعت به داربست بچسبند و تا 21 روز، سلول‌های استئوپروژنیتور یک ماتریکس خارج سلولی ترشح می‌کنند. علاوه بر این، در روزهای 9 و 14، فعالیت آلکالین فسفاتاز به طور قابل توجهی در مقایسه با گروه شاهد افزایش یافت[101]. در مجموع، این نتایج نشان می‌دهد که الیاف کلاژن در اسکلت اسفنج دریایی، چارچوبی برای اتصال استئوبلاست، تکثیر و مهاجرت فراهم می‌کند که پتانسیل امیدوارکننده‌ای را برای استفاده در مهندسی بافت استخوان نشان می‌دهد[100,101].

کاربردهای زیست پزشکی کلاژن دریایی به پوست و استخوان محدود نمی شود، بلکه بازسازی غضروف را نیز در بر می گیرد. استئوآرتریت (OA) با اختلال در هموستاز غضروف مشخص می شود که فاقد پتانسیل خود ترمیم و بازسازی است [1{9}}3] در OA، تخریب غضروف رخ می دهد که منجر به قرار گرفتن در معرض استخوان ساب غضروفی می شود. و این بر کیفیت زندگی افراد به دلیل مفاصل دردناک و سفت تأثیر منفی می گذارد [103]. نشان داده شده است که کلاژن دریایی باعث تمایز غضروفی می شود و مسیر را برای بازسازی بالقوه غضروف هموار می کند. رابه و همکاران دریافت که کلاژن ماهی هیدرولیز شده و همچنین فاکتور رشد TGFB1 باعث القای پروتئوگلیکان و سنتز فیبر کلاژن می شود[104]. کلاژن ماهی همچنین باعث تمایز غضروفی شد [104]. به طور مشابه بوردون و همکاران. اثرات هیدرولیزهای سه کلاژن از پوست ماهی و کاشت کار ماهی را بر تجزیه سلولهای غضروفی بررسی کرد [55]. این مطالعه نشان داد که 0.5، 50 و 100 میکروگرم در میلی لیتر کلاژن هیدرولیز سطح کلاژن نوع I و II کلاژن را افزایش می دهد. علاوه بر این، سلول‌های تحت درمان با کلاژن، بیان مارکرهای پروتئاز شناخته شده در توسعه OA، Htral، Mmp103، Adamts5 و Cox2 را کاهش دادند[55]. اوهنیشی و همکاران همچنین دریافتند که خرگوش‌هایی که ترکیبی از پپتیدهای کلاژن ماهی و گلوکزامین را تجویز می‌کردند از تخریب غضروف القایی (OA) محافظت می‌شدند، در حالی که گروه‌های کنترل OA را توسعه دادند[105]. مشخص شد که پپتید کلاژن ماهی و گلوکزامین که به مقدار زیاد در بافت همبند وجود دارند و به حفظ ساختار و یکپارچگی غضروف کمک می‌کنند، به تنهایی اثرات محافظتی دارند، اما اثرات ترکیبی آنها بیشترین محافظت را در برابر استئوآرتریت ایجاد می‌کند [105].

در یک آزمایش بافت شناسی توسط احمد و همکاران، تأثیر کلاژن از داربست های اسفنجی چتر دریایی بر غضروف زایی غضروف گاو مشاهده شد [106]. غضروفی شدن فرآیند پیچیده ای است که شامل تکثیر و تمایز غضروف سازها و رسوب ماتریکس خارج سلولی (ECM) است [106]. در این آزمایش، سلول های غضروفی مشتق شده از بافت غضروف گاو برای ارزیابی میزان رسوب کلاژن و پیکروزیس بر روی داربست های چتر دریایی کاشته شدند. رنگ قرمز برای مشاهده محتوا و جهت الیاف کلاژن استفاده شد (شکل 8) [106]. آنها از سه محیط کشت مختلف استفاده کردند: بافت بومی (غضروف نابالغ مشتق شده از گاو) و بافت غضروف گاو حاوی سلول های غضروفی در حضور و غیاب عامل رشد تبدیل کننده{5}} (TGF 1)[106]. نشان داده شده است که TGF 1 یک فاکتور رشد موثر در تشکیل غضروف است و در سطوح بالایی در غضروف سالم وجود دارد، اما سطح آن در غضروف بیماران OA به شدت کاهش می یابد [106]. نتایج رنگ‌آمیزی نشان داد که در بافت گاو بومی، رشته‌های کلاژن عمدتاً در سطح بافت قرار دارند، اما در کشت غضروفی، هم در سطح بافت و هم در مناطق عمیق‌تر، رسوب الیاف کلاژن بیشتر قابل مشاهده است. علاوه بر این، افزودن TGF 1 به محیط کشت بیشتر به افزایش رسوب الیاف کلاژن کمک کرد [106]. روی هم رفته، داده های حاضر از کاربرد کلاژن دریایی در بازسازی غضروف پشتیبانی می کند.

4. مزایا و محدودیت های مرتبط با استفاده از کلاژن دریایی

منابع دریایی کلاژن مزایای زیادی نسبت به حیوانات خشکی و سایر منابع دارد. نه تنها آنها به وفور در دسترس هستند، هیچ محدودیت مذهبی ندارند و به راحتی در دسترس هستند، اثرات سمی کمی در دوزهای مؤثر گزارش شده است [32،33]. این مهم است زیرا منبع اصلی کلاژن از گاو است که خطر انتقال BSE و TSE بسیار خطرناک را دارد [29،35]. علاوه بر مشخصات ایمنی امیدوارکننده، استفاده از کلاژن دریایی سازگار با محیط زیست است. پوست، استخوان‌ها و فلس‌ها منابع وسیعی از کلاژن هستند، اما اغلب توسط صنایع فرآوری غذاهای دریایی دور ریخته می‌شوند[30]. با استفاده از کلاژن دریایی، ضایعات مفید کاهش می یابد و هیچ موجود زنده دیگری در جداسازی کلاژن آسیب نمی بیند. علاوه بر این، کلاژن در بسیاری از زمینه ها از جمله دارورسانی، ترمیم زخم، پیری پوست و بازسازی بافت کاربردهای متنوعی دارد. همچنین نشان داده شد که کلاژن دریایی به اندازه کلاژن ساختگی موثر است. در مثالی که در بالا ذکر شد، کلاژن دریایی به اندازه آنتی اکسیدان BHT که در حال حاضر تجویز می شود مؤثر بود [89]. علاوه بر این، سایر مقایسه‌های غشای کلاژن اسفنجی در مقابل غشای پلی‌اورتان در بهبود محل‌های اهداکننده نشان داد که استفاده از کلاژن به طور قابل‌توجهی کیفیت بهبود زخم را افزایش داده و زمان بهبودی را کاهش می‌دهد [107]. کلاژن‌های دریایی نیز راحت‌تر از کلاژن پستانداران هیدرولیز می‌شوند، که آنها را برای پردازش بیشتر به مشتقات پپتیدی مناسب‌تر می‌کند [108]. علاوه بر این، کلاژن دارای هر دو ویژگی ساختاری و عملکردی است که آن را به یک بستر طبیعی برای حمله، رشد و تمایز سلولی تبدیل می کند [109]. با این حال، توجه به این نکته مهم است که اگرچه جزئی است، اما برخی از محدودیت ها وجود دارد. نشان داده شده است که کلاژن دریایی از نظر حرارتی پایداری کمتری نسبت به کلاژن گاو دارد، زیرا آنها دارای باقیمانده پرولین و هیدروکسی پرولین کمتری هستند [10]. علاوه بر این، اکثر مطالعات کارایی کلاژن دریایی را در شرایط آزمایشگاهی یا در مدل‌های حیوانی بررسی کرده‌اند. با این حال، مطالعات بیشتری برای بررسی اثربخشی و اثرات نامطلوب احتمالی کلاژن دریایی بر روی پوست انسان مورد نیاز است. به طور کلی، محدودیت‌های محدود کلاژن دریایی به شدت با مزایای گسترده آن‌ها جبران می‌شود.

5. نکات پایانی

بررسی حاضر کاربردهای زیست پزشکی کلاژن دریایی در بهبود زخم، ضد پیری پوست و بازسازی استخوان و غضروف را برجسته می‌کند. بدیهی است که منابع کلاژن دریایی به طور قابل توجهی سودمندتر از منابع حیوانی خشکی هستند. توانایی کلاژن دریایی برای ارتقاء اپیتلیزه شدن مجدد پوست، عروق، مهاجرت فیبروبلاست و به طور کلی سرعت بهبود زخم ها به طور کلی نشان داده شده است. علاوه بر این، اثرات ضد پیری کلاژن دریایی مرتبط با الاستیسیته بیشتر پوست و کاهش چین و چروک، برای صنعت آرایشی بسیار امیدوارکننده است. علاوه بر این، تأثیر قابل توجهی بر پیشگیری و درمان پوکی استخوان با افزایش تراکم استخوان و رسوب مواد معدنی نیز مشهود است. بیماری های مرتبط با استخوان مانند پوکی استخوان و OA می توانند بر کیفیت زندگی فرد تأثیر منفی بگذارند. نشان داده شد که کلاژن دریایی و مشتقات آن در برابر OA به تاخیر می اندازند و از آن محافظت می کنند و بنابراین، پیامدهای مرگ و میر را کاهش می دهند. بنابراین، باید تحقیقات و اکتشافات در مورد منابع کلاژن دریایی ادامه یابد، زیرا آنها تاکنون بسیار مفید بوده اند.

این مقاله از Mar. Drugs 2022, 20, 61 استخراج شده است. https://doi.org/10.3390/md20010061 https://www.mdpi.com/journal/marinedrug