动物源胶原蛋白免疫原性清除及其医学应用

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动物源胶原蛋白取自动物骨、皮、肌腱、羊膜等组织,经过提取加工得到,它作为细胞外基质的主要成分,生物医学功能突出,可广泛用于组织再生、止血等临床治疗中。但免疫原性的不确定性,导致该类材料临床应用受到局限。为拓展动物源胶原蛋白在临床医学上的应用,有必要对引起该类材料产生免疫原性的原因,材料用于人体后对机体产生免疫毒理学作用的方式和机理,以及清除免疫原性的方法和效果进行系统研究与探索。本文以Ⅰ型牛胶原蛋白为模型,探索了多种手段清除免疫原并检测了清除效果。结果表明通过酸酶法切除端肽,可控制C-端肽和N-端肽含量以清除由端肽结构引起的免疫原性;采用高渗盐复合表面活性剂和H2O2处理方法清除组织中残留的细胞和表面抗原,控制杂蛋白含量低于0.1%;通过纯化控制蛋白纯度,残留DNA含量低于1μg/mL;采用表面活性剂-碱处理-低pH孵化对动物组织材料可进行病毒灭活处理;低pH孵化联合γ射线可清除细菌脂多糖控制由外源微生物,尤其是病毒和细菌脂多糖引起的免疫原性。以Sigma牛胶原蛋白为对照,对低、中、高不同剂量给药条件下,动物源Ⅰ型胶原蛋白对机体的致敏反应、体液免疫反应、细胞免疫反应和自身免疫、补体激活作用、NK细胞活化功能等免疫反应的特点和规律进行研究。结果表明:1)二者对机体的免疫原性水平相当;2)主动皮肤过敏反应为阴性,豚鼠最大化试验过敏反应为阴性;3)对BALB/C小鼠连续12d每天皮下注射给药,小鼠T淋巴细胞增殖、NK细胞杀伤功能、脾淋巴细胞CD3+(%)、CD4+(%)、CD8+(%)、CD4+/CD8+均未见明显变化,实验组与对照组无显著差异。组织病理学结果显示,牛源性胶原蛋白可使动物脾脏增大,使脾动脉周围的淋巴鞘出现明显的增厚扩大,而脾脏生发中心未见明显改变,该材料对细胞免疫可能有一定作用,但停药2周后可恢复正常。4)对BALB/C小鼠连续3次皮下注射给药,小鼠血清总IgE、Ig G、Ig M及特异性抗体水平均未见明显升高,脾脏生发中心(主要为B淋巴细胞)未见明显改变,该材料未引起体液免疫应答。小鼠血清中C3a和C5a水平未见明显升高,材料没有激活补体系统。5)对KM小鼠连续14d每天皮下注射给药,未见材料对小鼠网状内皮系统的吞噬能力产生明显影响,但实验组和对照组均可增加脾脏指数,二者无显著性差异。6)重复给药条件下对实验组和对照组动物的抗核抗体、白细胞分类及多个脏器(除脾脏)的病理组织学进行检查,均未见异常,说明牛源性胶原蛋白引起自身免疫反应和其它毒理学作用的可能性很小。为验证清除免疫原性后的牛源性胶原蛋白材料在临床应用中的安全性,分别制备了凝胶型胶原敷料和胶原膜,建立糖尿病慢性创面大鼠模型和新西兰兔桡骨3mm骨缺损模型,分别给予敷料治疗和胶原膜植入填充修复。创面愈合率、成纤维细胞计数和局部新生血管计数发现,胶原敷料能有效改善糖尿病慢性创面微环境,促进成纤维细胞生成和刺激新生血管组织生长,但不会引起创面刺激、致敏、动物致热反应和感染等不良反应,其对创面的修复和愈合作用及速度与重组人表皮生长因子相当。胶原膜用于桡骨骨缺损组织填充,材料植入3-60d内实验组的淋巴细胞明显减少,与对照组相比差异显著(P<0.05),且材料植入期间未引起血清抗体水平的明显升高。30d和60d两组的X光片评分无显著性差异,但实验组60d骨缺损部位的骨折线已消失,内见大量骨痂生长,而对照组骨折线模糊,内见少量骨痂生长,证实清除免疫原性的胶原材料对组织的促进愈合作用优于对照组。病理观察结果显示实验组的修复速度快于对照组,且对照组部分动物的缺损部位骨髓腔内发现了较多炎细胞及破骨细胞,表明该材料经免疫原性清除后能够在一定程度上减轻局部组织的炎症反应,不会增加血清抗体水平。随着材料降解而诱导成骨细胞生成,抑制破骨细胞、减轻髓腔内炎症水平达到促进骨折愈合修复的作用。上述研究表明,致敏反应、体液免疫和细胞免疫、自身免疫、免疫器官毒性的组织病理学研究、吞噬细胞效应、补体激活作用、NK细胞杀伤功能、植入材料对血液系统的影响及材料在特定医学应用中的体内组织学反应可以作为动物源性胶原蛋白免疫原性综合评价方法。预期通过对动物源性胶原蛋白在提取、加工环节进行严格的免疫原性清除处理,最终可进一步降低目前临床上出现的因应用该类材料导致的过敏反应、局部植入部位结节、红肿、异物反应、栓塞等不良反应。该研究有助于完善国产动物源胶原原料及衍生医疗器械产品的免疫原性评价体系,确保临床安全性前提下进一步拓展其医学应用领域。
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