1、重组胶原蛋白行业发展情况
(1)重组胶原蛋白简介
根据胶原蛋白的来源,可分为动物源胶原蛋白和重组胶原蛋白,前者通常从牛、猪、鱼等动物身上提取,后者则是通过基因工程利用微生物合成胶原蛋白。
重组胶原蛋白是指采用重组 DNA 技术,对编码所需人胶原蛋白质的基因进行遗传操作和(或)修饰,利用质粒或病毒载体将目的基因带入适当的宿主细胞(细菌、酵母或其他真核细胞等)中,表达并翻译成胶原蛋白或类似胶原蛋白的多肽,经过提取和纯化等步骤制备而成。利用生物合成技术制备重组胶原蛋白是目前克服动物源胶原蛋白免疫原性高、有病毒风险等弊端,突破胶原基医疗器械产品研发与应用技术瓶颈的重要策略和主要途径。
(2)重组胶原蛋白主要应用类别分析
中国重组胶原蛋白生物材料厂商集中在 I、III 型重组胶原蛋白领域,其中,创健医疗在重组胶原蛋白生物材料领域布局版图最为全面,涉及 I、II、III、IV、VII、XVII 型和小分子重组人源化胶原蛋白等。目前行业内应用领域较广的胶原蛋白类型情况如下:
I 型胶原蛋白:I 型胶原蛋白是人体中含量较高、研究最为深入的胶原蛋白之一,占人体骨骼有机质量的 90%以上,同时也是肌腱、皮肤、韧带、角膜及许多间质结缔组织中的主要胶原蛋白。
I 型胶原蛋白在多数器官及组织中,尤其是在肌腱和筋膜中,提供了一定的组织拉伸强度;而在骨骼中,I 型胶原蛋白则决定了骨骼的承重、拉伸强度、扭转强度等各方面的生物力学特性。此外,在细胞生长、分化、迁移和组织形态的发生,血管损伤修复,伤口愈合等方面,I 型胶原蛋白也具有重要作用。
II 型胶原蛋白:纤维状的 II 型胶原蛋白是人体透明软骨的主要特征成分,也存在于玻璃体、角膜上皮、椎间盘髓核等组织中。
II 型胶原蛋白赋予了透明软骨组织的拉伸强度及弹性,从而使其能够支撑关节。II 型胶原蛋白在人体透明软骨中发挥着极为重要的作用,由 II 型胶原蛋白等成分组成的纤维网可保证透明软骨组织的韧性及弹性。
III 型胶原蛋白:III 型胶原蛋白广泛分布于除骨骼外含有 I 型胶原蛋白的组织中,是肺、肝、真皮、脾和血管间质等组织中网状纤维的重要组成部分。
III 型胶原蛋白对皮肤有非常重要的作用,是皮肤组织中网状纤维的主要组成部分。皮肤组织中 III 型胶原蛋白的含量越高,组成的网状纤维束越细,越能使皮肤细腻柔嫩。在皮肤受创后,III 型胶原蛋白含量表达越高,则瘢痕的纤维化程度越低,因此提高 III 型胶原蛋白表达可减少瘢痕形成,对创面愈合有一定促进作用。
此外,III 型胶原蛋白作为细胞外基质的重要成分,也可以使皮肤看起来更加的光滑有弹性,加快皮肤的新陈代谢,促进纤维细胞生长。III 型胶原蛋白在皮肤等组织中的作用显著,是胶原蛋白生物材料重要细分领域之一。
XVII 型胶原蛋白:XVII 型胶原蛋白是非纤维类胶原蛋白中非常重要的亚型之一,在多种组织中都有表达,包括在皮肤、结肠、食道、胎盘、小肠、胃等组织中,其在皮肤中的表达量最高,也最为集中。
XVII 型胶原蛋白在人体中是表皮干细胞半桥粒的重要组成成分,对于细胞衰老和皮肤分化都具有重要的作用。在这些细胞中,XVII 型胶原蛋白有助于细胞内角蛋白丝网络与基底膜细胞外蛋白之间的连接,从而建立上皮细胞与下层基底膜之间的黏附性。
人体表皮干细胞半桥粒会随着年龄的增长而减少,导致基底细胞出现微分离,因此 XVII型胶原蛋白的补充可促进皮肤再生,延缓衰老。此外,XVII 型胶原蛋白在伤口修复、毛囊再生等领域也均有促进作用。
小分子胶原蛋白:依据胶原蛋白分子量,胶原蛋白原料又可分为小分子及大分子胶原蛋白。小分子胶原蛋白亦称水解胶原蛋白,分子量约 3000-6000 道尔顿。
与大分子胶原蛋白相比,小分子胶原蛋白具有多种优势,包括提取步骤简单、易被人体吸收等,还具有胶体保护性、表面活性、保水性、黏结性、乳化性等多种特征。一些研究表明,小分子胶原蛋白具有良好的生物学功能,如促进细胞增殖,吸水保湿能力强,可抵抗皮肤衰老等作用,因此可广泛应用于医疗、化妆品和食品等领域。
2、重组胶原蛋白在下游领域的应用情况
近年来,由于重组胶原蛋白具有良好的生物降解性和生物相容性,以及足够的可塑性,已被广泛用于医疗器械、化妆品、食品工业等多个领域。
(1)医疗器械
随着分子生物学、细胞生物学和生物化学的发展,以及对重组胶原蛋白的了解逐步加深,重组胶原蛋白在皮肤修护领域、组织再生领域等应用范围逐步扩大。根据 2021 年国家药监局发布的《重组胶原蛋白类医疗产品分类界定原则》,认为重组胶原蛋白类产品的管理类别应当不低于第二类,具体可以根据医用敷料、止血和防黏连材料以及无源植入物应用类型,对重组胶原蛋白类医疗产品进行分类。
在皮肤修复领域,重组胶原蛋白能促进细胞的分裂增殖、维持细胞的分裂机能,具有促进角膜上皮细胞分化的作用,因此重组胶原蛋白多作为各类创面修复、口腔材料、疤痕护理等敷料原料使用,此类产品一般归属于 II 类医疗器械。归属于 III 类医疗器械的重组胶原蛋白产品,一般包括真皮组织填充、关节软骨再生、角膜修复等用途的医用产品。
①重组胶原蛋白 II 类医疗器械
A、皮肤修复
皮肤修复类产品在伤口愈合过程中可提供湿性愈合环境,避免或者控制伤口感染,有利于皮肤修复、创面修复及伤口愈合。目前重组胶原蛋白创面敷料产品多种多样,涵盖重组胶原蛋白敷料贴、凝胶、液体敷料及修复敷料等。
B、口鼻腔粘膜修复
目前,重组胶原蛋白产品已应用于预防和修复口腔溃疡、口腔粘膜炎等口腔护理治疗。重组胶原蛋白口腔粘膜修复敷料在喷涂于溃疡面时可快速形成生物膜,能够舒缓疼痛,抑制感染,为创面修复营造良好环境。
目前,已有包括创健医疗在内的多家公司开发出基于重组 III 型胶原蛋白的口腔医疗器械产品,包括口腔凝胶和护理液等。伴随着更多型别重组胶原蛋白原料的研发,如重组 XVII型胶原蛋白,不同类型的重组胶原蛋白在口腔黏膜、牙周软组织以及牙周骨质修复再生方面的功效将被更多发掘,更多口腔医疗器械产品将以重组胶原蛋白为主要功效成分被开发。
C、疤痕护理
重组胶原蛋白疤痕凝胶在涂抹后,会在疤痕表面形成一层较薄的凝胶膜,可以有效减少疤痕皮肤表面水蒸发量,促使疤痕角质层含水量增加,使疤痕软化。此外,大部分疤痕凝胶添加的硅酮凝胶成分,有利于改变疤痕组织的结构,抑制胶原纤维增生,从而达到抑制疤痕增生的目的。此类产品较多应用于预防、辅助治疗因烧伤、创伤和外科手术导致的疤痕形成。
D、妇科领域
重组胶原蛋白敷料还可以应用于妇科领域,如私密护理。该类产品能够在阴道壁形成一种保护性凝胶膜,使阴道壁与外界细菌物理隔离,从而阻止病原微生物定植,可用于缓解阴道干涩及对阴道炎具有辅助治疗与护理作用。
E、肛肠领域
在肛肠粘膜修复领域,重组胶原蛋白医疗器械可在创面表面形成保护层,起到物理屏障作用,针对痔疮创面及痔疮术后创面可发挥覆盖和护理等作用,缓解肛周感染以及痔疮引起的出血、肿胀、疼痛、肛门坠胀、肛周瘙痒的症状,还可用于缩小痔核的辅助治疗。
②重组胶原蛋白 III 类医疗器械
目前,市场上深受消费者、患者及厂商关注的 III 类重组胶原蛋白医疗器械,较多应用于皮肤修复领域。利用重组胶原蛋白生物材料可组装成胶原蛋白纤维网的特性,可制备植入剂产品,能够对细胞、组织起到支撑作用,使皱纹塌陷的部位得到物理填充;另一部分产品如重组胶原蛋白冻干纤维,可用于注射至真皮层,通过所含重组胶原蛋白的保湿、补水等作用,改善皮肤状态。此外,由于重组胶原蛋白的细胞粘附性,有利于形成具有良好修复特性的网状纤维结构,预计在皮肤科及泌尿外科等领域具有更广阔的临床应用。
例如胶原蛋白可吸收修复敷料可适用于 III 度烧伤、外伤性皮肤缺损、肿瘤或溃疡、胎记等切除后的皮肤缺损、皮瓣去除部位等疾病;重组胶原蛋白修复剂用于临时覆盖膀胱上皮,替代糖胺聚糖层屏障作用,阻断尿液对膀胱上皮的刺激。未来,随着企业技术的不断创新,新产品有望持续拓展至骨科等临床应用领域。
(2)化妆品
随着分子生物学、细胞生物学和生物化学的发展,以及对重组胶原蛋白的了解逐步加深,重组胶原蛋白在化妆品领域中的应用范围逐步扩大,主要涉及皮肤和毛发两个护理方向。
①皮肤护理
A、一般性皮肤护理产品
在一般护肤品领域,重组胶原蛋白成分可被添加进日常护肤中使用的保湿喷雾、乳液、面霜、眼霜、精华、凝胶等产品中。在喷雾类产品中,重组胶原蛋白与皮肤角质层结构相似,可形成网状锁水结构,从而起到保湿作用;乳液、面霜、眼霜类产品中,重组胶原蛋白可在皮肤表面形成薄膜,从而减少水分流失、保护皮肤免受灰尘等因素侵害,进而起到修复肌肤屏障的效果;精华、凝胶类产品中,重组胶原蛋白可给予皮肤养分,从而增强自身胶原蛋白活性,改善细胞生存环境并促进新陈代谢,从而起到平衡油脂分泌、细化毛孔的作用。
B、专业级皮肤护理产品
近几年,随着颜值经济的崛起,行业和消费者对护肤品成分、功效等认知需求更加细分化、专业化。专业护肤品相比一般护肤品更强调功效性与安全性,而在专业功效护肤领域,重组胶原蛋白应用广泛。
目前重组胶原蛋白已开发应用于各类专业护肤产品,例如次抛精华液、冻干粉等。重组胶原蛋白次抛精华液作为新兴的护肤产品,已被越来越多的消费者所熟知,尤其是对于肌肤敏感、泛红、抗衰老等问题改善效果更为明显。重组胶原蛋白冻干粉可以对皮肤起到优秀的修护作用,起到恢复皮肤弹性、修护受损角质、抗敏退红、淡化色斑痘印等作用。对于健康的皮肤屏障,仅通过毛孔,大分子生物活性成分的吸收仍然效率有限,因此进行一定程度的小分子化就尤为重要。
于此同时,不同类型的胶原蛋白又可以发挥不同的生物活性。以创健医疗生产的 XVII 型胶原蛋白为例,它可以起到强健皮肤肌底膜,提升表皮细胞年轻态的作用。因此为兼顾最佳生物活性和最好透皮吸收性能,在单次护肤过程中引入不同类型、不同分子量大小的重组胶原蛋白形成“矩阵式”胶原蛋白护肤体系就尤为重要,也必将是未来重组胶原蛋白护肤品市场的发展趋势。
②毛发及头皮护理
重组胶原蛋白还给予皮肤层所需要的养分,增强皮肤胶原蛋白活性并对人的皮肤组织起到生理性调控作用,保持角质层水分及纤维结构的完整性,改善皮肤细胞环境的同时促进皮肤新陈代谢,从而发挥其皮肤营养功能。目前此特性已被创新性地应用于防脱护发高新生物科技产品的研发,重组胶原蛋白透过头皮皮脂屏障,渗透至头皮基底层后,可长效发挥防脱、护发作用。
此外,毛囊干细胞是位于头皮毛囊中的核心干细胞,已有研究表明,XVII 型胶原蛋白是维护毛囊干细胞的关键分子,XVII 型胶原蛋白的缺失会触发毛囊干细胞老化,使毛囊干细胞丧失干细胞特性并引起毛囊微型化,最终导致脱发。然而,XVII 型胶原蛋白在人体中含量极少,因此可以通过使用外部产品来补充此类胶原蛋白成分,以达到防脱固发的功效。目前全国已有包括创健医疗在内的多家企业已具备XVII 型胶原蛋白原料的生产能力。
(3)其他新兴应用领域
重组胶原蛋白下游应用除了医疗健康和皮肤护理领域以外,还已逐渐拓展到食品添加剂、细胞微载体等领域。随着生物医学领域科学技术的不断发展,细胞培养技术已经成为医学研究发展与临床转化的重要环节之一。
其中,微载体作为细胞培养的关键辅料,是细胞从平面培养到三维培养的主要支撑材料。重组胶原蛋白原料由于具备更好的生物相容性、仿生性等特点,因此也被逐渐应用于微载体的制备。相较于传统微载体,以重组胶原蛋白为原料的微载体可以进一步提高细胞粘附、增殖的速率和效率,也拥有更稳定且生物活性和组织相容性更高的优点。
创健医疗已布局细胞微载体方向,应用自主研发的重组胶原蛋白原料于细胞培养用微载体,并将进一步用于细胞治疗药物研发中的细胞培养阶段,报告期内创健医疗已实现向华龛生物等细胞药物制造商供货。