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Collagene: tutti gli usi medici e tecnologici di una delle proteine più abbondanti del corpo umano

Il collagene è una proteina composta da aminoacidi specifici: glicina, prolina, idrossiprolina e arginina. Il collagene costituisce circa il 30% delle proteine all’interno del corpo. Queste sono strutture dure e forti che si trovano in tutto il corpo: ossa, tendini e legamenti. I collageni sono le proteine più abbondanti in natura e, a causa delle diverse proprietà, sono considerati per varie applicazioni nelle scienze biomediche. Alcuni degli usi medici includono la chirurgia estetica, la chirurgia ricostruttiva e così via.

Uso del collagene in chirurgia estetica

Il collagene è ampiamente utilizzato nella chirurgia estetica e come ausilio nella guarigione delle ferite nei pazienti ustionati. Questi sono ampiamente utilizzati per la ricostruzione dell’osso e un’ampia varietà di scopi dentali, ortopedici e chirurgici. La maggior parte del collagene medico utilizzato è il giovane bovino da carne (bovino) proveniente da animali liberi da BSE (encefalopatia spongiforme bovina). Gli animali donatori provengono da “branchi chiusi” o da paesi che non hanno mai avuto casi di BSE come Australia, Brasile e Nuova Zelanda. Un altro tessuto comunemente usato è il tessuto suino(maiale). Questo è usato per produrre fogli di collagene per una varietà di scopi chirurgici. In alcuni pazienti vengono utilizzati anche il grasso del paziente e l’acido ialuronico. Il collagene viene utilizzato come fogli, riempitivo cutaneo ecc. Nelle procedure cosmetiche, anche se non può essere assorbito attraverso la pelle, il collagene viene ora utilizzato come ingrediente principale per alcuni cosmetici.

Collagene in chirurgia ricostruttiva

Il collagene può essere utilizzato nella costruzione di sostituti della pelle artificiale utilizzati nella gestione di gravi ustioni. Questo può essere derivato da bovini, suini, cavalli o persino da fonti umane e talvolta sono usati in combinazione con siliconi, glicosaminoglicani, fibroblasti, fattori di crescita e altre sostanze. Il collagene umano è derivato da cadaveri di donatori, placente e feti abortiti e ha una bassa possibilità di reazioni immunitarie. Il collagene viene venduto sottoforma di integratore per favorire la mobilità articolare. Tuttavia, poiché le proteine vengono scomposte in amminoacidi prima dell’assorbimento, un tale integratore orale potrebbe non influenzare realmente il tessuto connettivo nel corpo, se non attraverso l’effetto della singola integrazione di aminoacidi.

Collagene nella ricerca scientifica

Il collagene viene anche frequentemente utilizzato nelle applicazioni di ricerca scientifica per la coltura cellulare, studiando il comportamento cellulare ele interazioni cellulari con l’ambiente extracellulare. Non tutte le cellule animali o umane possono aderire alla plastica o ad altri supporti (es. poli-lisina); alcune vogliono collagene per farlo.

Collagene in cardiologia

Le valvole cardiache sono costituite da tessuto di collagene. I singoli volantini valvolari sono tenuti in forma dal collagene a pressione variabile. Purtroppo, con l’invecchiamento si può sviluppare un deposito di calcio sul collagene che porta all’indurimento delle valvole.

Collagene come film barriera e fogli / dischi

L’applicazione principale dei film di collagene è come membrana barriera. Film con lo spessore di 0,01 – 0,5 mm e realizzati con materiali biodegradabili. I farmaci possono essere caricati nelle membrane del collagene mediante legame idrogeno, legame covalente o intrappolamento semplice. Possono essere sterilizzati e resi flessibili. Questo è usato in oftalmologia nel fornire farmaci al sì e anche sulle ferite per rendere la guarigione rapida e uniforme. I dischi di collagene sono usati come lenti a contatto per bendaggi che si dissolvono gradualmente nella cornea. Questa idea ha portato allo sviluppo di più sistemi di rilascio di farmaci per applicazioni oftalmiche. Uno dei vantaggi è la facilità di applicazione e l’autogestione.

Spugne di collagene

Questi sono molto utili nel trattamento di gravi ustioni e come medicazione per molti tipi di ferite, come piaghe da decubito o piaghe da decubito, siti di donatori da cui sono stati prelevati innesti di pelle, siti chirurgici, ulcere alle gambe, ecc. Questi hanno la capacità di assorbire grandi quantità di secrezioni tissutali, portare a una regolare aderenza alla ferita bagnata e mantenere un clima a bassa umidità nella ferita e proteggere da danni meccanici e infezioni batteriche secondarie.

Gel / idrogel / liposomi di collagene

Questi sono usati come veicoli per la consegna di farmaci. Sono spesso combinati con polimeri sintetici per la consegna di farmaci. La combinazione di polimeri naturali e sintetici può fornire stabilità meccanica e accettabilità biologica, acquisendo dalle proprietà sinergiche di entrambi i materiali.

Collagene come sostituto osseo

Il collagene è stato usato come supporto impiantabile per le proteine che inducono l’osso ed è stato usato come sostituto osseo grazie alla sua attività osteo-induttiva. Il film di collagene può essere usato come trasportatore di geni per l’osteo-induzione e la spugna di collagene può essere usata per portatori di proteine ossee.

Vantaggi del collagene come biomateriale

I vantaggi dell’utilizzo del collagene includono:

  • è disponibile in abbondanza e facilmente purificabile da organismi viventi
  • semi-permeabilità delle membrane
  • effetto positivo sui tassi di guarigione delle ferite
  • non antigenico, poiché le fibre naturali non provocano una reazione del sistema immunitario.
  • non tossico e biocompatibile
  • biodegradabile e bioriassorbibile: la biodegradabilità può essere regolata mediante reticolazione
  • elevata resistenza alla trazione
  • sinergico con altri componenti bioattivi usati e compatibile con polimeri sintetici
  • formulato in diverse forme
  • promuove la coagulazione del sangue
  • facilmente modificabile per produrre materiali come desiderato utilizzando i suoi gruppi funzionali

Svantaggi del collagene come biomateriale

Gli svantaggi dell’utilizzo del collagene includono:

  • costo elevato del collagene puro di tipo I
  • il collagene isolato è variabile per densità del reticolato, dimensione delle fibre, tracce di impurità, ecc.
  • è idrofilo, cioè assorbe l’acqua causando gonfiore e rilascio.
  • variabilità nel tasso di degradazione enzimatica nel corpo.

a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
Dott. Gianfrancesco Cormaci
Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998, specialista in Biochimica Clinica dal 2002, ha conseguito dottorato in Neurobiologia nel 2006. Ex-ricercatore, ha trascorso 5 anni negli USA alle dipendenze dell' NIH/NIDA e poi della Johns Hopkins University. Guardia medica presso la casa di Cura Sant'Agata a Catania. In libera professione, si occupa di Medicina Preventiva personalizzata e intolleranze alimentari. Detentore di un brevetto per la fabbricazione di sfarinati gluten-free a partire da regolare farina di grano. Responsabile della sezione R&D della CoFood s.r.l. per la ricerca e sviluppo di nuovi prodotti alimentari, inclusi quelli a fini medici speciali.

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