КОЛАГЕН

КОЛАГЕН (грец. kolla — клей + genos — рід) — один з позаклітинних, близькоспоріднених білків, що є основним компонентом сполучної тканини і зумовлює її міцність і гнучкість. Він є фібрилярним білком глікопротеїдної природи, що складається із макромолекул, які мають унікальну триспіральну структуру, становить близько 1/3 усіх білків організму ссавців і 70% маси білків шкіри. Входить до складу кісток, сухожилля, судин, хрящів, шкіри переважно у вигляді нерозчинних позаклітинних волокон. К. в організмі людини виконує важливу «регуляторну роль» функціонування сполучної тканини (якісний склад структури клітин, забезпечення пружності та еластичності тканини, запобігання її зневодненню, забезпечення зволоженню більш глибоких шарів шкіри та сповільнення її старіння, покращання стану волосся та нігтів).

Амінокислотний склад К. надзвичайно специфічний і різко відрізняється від амінокислотного складу інших білків. Поліпептидний ланцюг молекули К. складається з 19 амінокислот, де кожна третя є гліцином. У складі К. є амінокислоти, які відсутні в інших білках, напр., оксипролін і оксилізин (до 23%), але немає триптофану, цистину й дуже мало птирозину та метіоніну. Склад К. мало залежить від вихідної сировини. Макромолекула К. має розмір близько 300 нм, діаметр 1,5 нм, мол. м. у середньому 300 000. Первинна структура молекули К. являє собою три пептидних ланцюги по 1050 амінокислотних залишків кожна, скручених у лівогвинтову спіраль, які у свою чергу переплетені в одну правогвинтову спіраль, утворюючи спільну молекулу. Потрійну спіраль молекули К. стабілізують водневі міжспіральні та комплекси електростатичних і гідрофобних зв’язків. Така структурна модель молекули К. була запропонована в 1961 р. і майже без змін є загальноприйнятою на сьогодні. У сполучній тканині молекули К. за рахунок міжмолекулярних поперечних зв’язків об’єднуються у фібрили та волокна діаметром близько 2 і 20 мкм відповідно, утворюючи складну морфологічну структуру, що має велику міцність. Фібрили нативного К. мають характерну окресленість, яка через 64 нм чергується світлими та темними зонами, обумовленими чергуванням полярних і неполярних ділянок уздовж молекули (головна прикмета ідентифікації К.).

В організмі К. синтезується із протоколагену у фібробластах і хондроцитах, входить до складу сполучної тканини, заповнює міжклітинний простір і разом з протеогліканами бере участь у міжклітинній взаємодії, впливає на рухливість клітин, на морфогенез органів і тканин під час розвитку організму. При старінні організму збільшується кількість поперечних зв’язків у молекулі К., що призводить до зменшення його стійкості та еластичності, зниження міцності хрящів, зв’язок, підвищення крихкості та ламкості кісток. Структура колагенових волокон залежить від типу тканини та її «спеціалізації». Найбільш поширені типи К.: 1) головний компонент сухожиль, зв’язок та кісток; 2) понад 50% протеїну хрящової тканини; 3) зміцнювальний компонент стінок кровоносних судин, кишечнику; 4) зміцнювальний компонент базальної пластини епітелію фільтрів кровоносних капілярів і клубочків нефронів.

Основним сировинним джерелом отримання К. є шкіра великої рогатої худоби, де міститься до 95% речовини. Крім того, він є у відходах шкірного та хутрового виробництва. Однак на сьогодні сировинні ресурси використовуються лише на 50%, в основному для отримання желатину та клею.

Кількість розчинного К., що екстрагується з різних тканин, становить 5–13% і різко зменшується з віком волокон. Нерозчинний К. можна частково або повністю перевести у розчинний шляхом солюбілізації (ферментативної, хімічної або механічної обробки), який може відрізнятися за своїми властивостями від К., отриманого шляхом екстракції із сполучної тканини. Це пояснюється тим, що при хімічній обробці (лугами, кислотами, солями) можливе часткове розщеплення не тільки міжмолекулярних зв’язків, але й бокових ланцюгів, функціональних груп молекул тощо, тобто руйнування конформації потрійної спіралі молекул К. Вихід розчинного К. можна збільшити шляхом наступної механічної обробки. Широкі наукові дослідження, проведені в 70–80 рр. минулого століття в багатьох країнах світу (США, Німеччині, Японії, Росії та ін.), у порівнянні з синтетичними полімерами визначили перспективи використання біополімеру.

К. як біополімер у медицині, фармації та косметології має цінні високоспецифічні властивості: слабку антигенність, нетоксичний та неканцерогенний, повністю всмоктується та утилізується організмом, має виражену пролонгуючу дію та здатність стимулювати процеси регенерації пошкоджених тканин, а також велику сорбційну здатність. Ці позитивні властивості, перш за все, розчинність, яка зумовлена будовою (наявністю триспіральної сітки ковалентних міжмолекулярних зв’язків), зрілістю (вік) волокон та методом отримання К., слід враховувати при виробництві ліків. Продукти денатурації К. (желатин, глютин) мають значно менші пролонгуючі, регенераційні та інші цінні властивості, притаманні нативному К. К. утворює в’язкі розчини, може виступати як гелеутворювач, активно впливати на біологічну доступність АФІ.

На сьогодні К. застосовується як: 1) ранове покриття при лікуванні ран, опіків, трофічних виразок шкіри, слизової оболонки порожнини рота, шийки матки, роговиці та ін.; 2) гемостатичний матеріал для зупинки кровотечі при ранах печінки, підшлункової залози, селезінки, нирок, а також при черепно-мозкових травмах, альвеолярних і капілярних кровотечах; 3) розсмоктувальний пластирний матеріал — замінник власної сполучної тканини, для протезування судин та інших порожнистих органів, формування різних з’єднань, тимчасової тампонади та закриття кісткових дефектів, зубного каналу, бронхіальних та кишкових свищів, виразок шлунка, гнійних порожнин, легеневих каверн, дефектів барабанної перепонки тощо; 4) зволожувальний компонент у косметології (однак молекули К. дуже великі, щоб проникати крізь епідерміс та заміщувати природний К. шкіри); 5) допоміжна речовина при виробництві основ для пролонгованих ЛП (мазей, офтальмологічних і дерматологічних плівок, гомеостатичних губок, різних волокон). Риб’ячий К. є багатим джерелом амінокислот пептидів, що стимулюють і підтримують синтез К. — основного компонента сполучної тканини. Застосування К. при виробництві ЛП дозволяє активно впливати на фармакокінетику багатьох АФІ і спрямоване на регулюваня цього процесу. ЛП на основі К. мають високу терапевтичну ефективність. Застосування колагенових гелів у медичній та косметичній практиці базується на виявленні стимулювальної дії на фібрилоутворення та поновлення ушкоджених тканин (К. є унікальним джерелом оксипроліну та оксилізину — амінокислот, що забезпечують швидке вивільнення та зміцнення сполучної тканини, особливо після травм у післяопераційний період).

Отже, К. слід розглядати як цінну допоміжну речовину (колагеновий гель легко утилізується тканинами організму, активні фармацевтичні інгредієнти з нього вивільнюються значно краще, ніж з інших носіїв), а також як АФІ, який на сьогодні широко використовується при всіх хворобах, пов’язаних з ушкодженням сполучної тканини і стінок судин (волокон, клітин і міжклітинної основної речовини).

Гонський Я.І., Максимачук Т.П. Біохімія людини. — Тернопіль, 2001; Губський Ю.І. Біологічна хімія. — К.–Тернопіль, 2000; Иванова Л.А., Сычеников И.А., Кондратова Т.С. Коллаген в технологии лекарственных форм. — М., 1984; Получение и исследование порошков коллагена/Е.В. Баташева, Л.А. Иванова, Л.П. Истранов и др. //Хім.-фармац. журн. — 1976. — № 8; Николаев А.В., Шехтер А.Б. Коллаген и его регенерация (основные механизмы лечебного действия препаратов коллагена). В кн.: Экспериментально-клинические аспекты применения биологических полимеров в медицине. — М., 1981; Фармацевтичні та медико-біологічні аспекти ліків / І.М. Перцев, О.Х. Пімінов, М.М. Слободянюк та ін.; за ред. І.М. Перцева. — Вінниця, 2007; Boninsagni Ch. Kollagen in der Kosmetik // Kosmetika. — 1976 — № 2; Cgrapil M., Holusa R., Kliment K., et al. Chemical and biological characteristics of a new collagen polumer compound material //J. Biomed. Mat. Res. — 1969. — № 2.