行業內有兩大方式可制備膠原蛋白:(1)動物源提取:工藝成熟、活性高,但存免疫性及病毒性:(i)優缺點及難點:技術發展多年且膠原活性好,但存免疫性和病毒性兩大痛點,提取難點在于滅菌、病毒滅活、免疫原清除、提純、規模化生產等環節。(ii)提取環節:牛、豬、魚及禽鳥類為原材料,牛和豬已形成產業化運用,原材料嚴格免疫保障安全性;主流提取方式為酸法及酶法。(iii)免疫原清除:六大因素影響免疫原性,清除方式多樣,端肽去除可規避風險。(iv)分離提純:明確分離純化目的為核心,結合蛋白質特征選擇提純方式,技術參數影響運用及生產成本。(2)基因工程源提取:生物學特點優良,技術尚處于培育期:(i)優缺點及難點:解決動物源安全隱患問題,改善親水性、免疫排異性,但產物無三螺旋結構,基因片段的選擇、三螺旋結構的構建、細胞轉染、蛋白純化等環節為制備難點。(ii)表達前環節:蛋白序列、表達體系及輔助元件的不同,帶來了重組蛋白的種類多樣化和功效專一性,提取前需明確重組片段。(iii)表達環節:基因工程提取膠原蛋白有五大表達體系,大腸桿菌及酵母成為首選生產菌種,但缺少空間結構且另需提純環節。
空間結構決定應用,動物源 VS 重組膠原蛋白:理化性質差別明顯,應用端難以直接區分優劣。(1)結構上,動物源膠原有完整三螺旋結構,基因工程制備的多為單肽鏈的小分子多肽。結構的差異也導致了生物活性的差異,天然膠原因其三螺旋結構而具有生物活性,基因工程制備過程中條件不同會產生不同結構和活性的重組膠原蛋白。(2)pH 值不同:動物源膠原偏酸性,溶解的 pH 值在 4.5-5.5 之間;基因工程膠原溶劑的 pH 值處于 6-7,重組膠原容易在中性液體中溶解。(3)變性溫度不同:天然膠原變性溫度是 39.5℃,在高于這個溫度的情況下性能呈指數級下降,受到溫度和酸堿變化而馬上降解為明膠,失去生物學功效;基因工程膠原變形溫度為 72℃左右,更適用于高光水乳和醫美應用產品的開發。(4)純度不同:動物源膠原成分復雜,提純較難;重組膠原蛋白成分固定,純度可達95%。(5)粘性不同:動物膠原在相同的 2-3mg/ml 的濃度下,粘性比基因工程制備的膠原大,不利于 3D 打印技術應用。(6)應用性質不同:重組膠原蛋白比動物源膠原蛋白安全性更高、致敏性更低、保濕性更強、且與人體具有較高的親和性。整體來看,應用端的差異并無直接結論,往往需要結合多個維度進行判斷,例如分子結構、生物活性、安全性、保濕度等方面進行綜合比較。
膠原蛋白的纖維結構支撐人體皮膚韌性,玻尿酸則為結構內的填充。玻尿酸是一種高分子聚合物,是由單位 D-葡萄糖醛酸及 N-乙酰葡糖胺組成的高級多糖,雙糖單位之間由 β-1,4-配糖鍵相連。膠原蛋白由三條多肽鏈構成三股螺旋結構,即 3 條多肽鏈的每條都左旋形成左手螺旋結構,再以氫鍵相互咬合形成牢固的右手超螺旋結構。膠原蛋白(collagen)存在所有多細胞動物體內,存在于幾乎所有組織中,是一種細胞外蛋白質,以不溶纖維形式存在,在皮膚中構成一張細密的彈力網,起到類似生物支架的支撐作用,是決定結締組織韌性的主要因素;而玻尿酸主要是以填充物的形式存在于皮膚中。