低免疫原性:胶原的抗原性相当低,在1954年以前,甚至认为胶原不具有抗原性。最近的研究表明,胶原有3种类型的抗原因子:第1类是由胶原肽链非螺旋的端肽引起的;第2类是由胶原三股螺旋的构象引起的;第3类是由α链螺旋区的氨基酸顺序引起的。
第2类抗原因子仅存在于天然胶原分子中,第3类只出现在变性胶原中,而第1类抗原因子在天然和变性胶原蛋白中均存在。20世纪90年代以来,人们发现Ⅰ型胶原的免疫原性比Ⅲ型、Ⅴ型Ⅵ型胶原低得多,其组织胶原的端肽的免疫原性比螺旋微区以及其它微区都要强。
因而,在制备可溶性胶原医用产品时,应除去胶原的端肽;但应用于组织基的胶原材料,则应保留端肽,目的是保存交联位点,赋予组织材料所需要的完整结构。研究发现用戊二醛交联,可部分降低胶原材料的免疫原性[6]。
细胞-基质间的相互作用:胶原基材料与宿主细胞及组织之间良好的相互作用,并成为细胞与组织正常生理功能的一部分。胶原基材料除了可增加细胞的粘结外,还能改善细胞的生长、分化和移动。胶原蛋白作为细胞外间质的主要成分,与其他成分以特定的形式排列结合,形成细胞外间质的网状结构。这种结构对细胞起到锚定和支持作用,并为细胞的增殖生长提供适当的微环境。在生理或病理机制的调控下,胶原蛋白有机地参与细胞迁移和代谢,从而使细胞更准确地发挥其功能。
与血小板的相互作用:胶原使血小板凝聚的能力似乎来源于游离的氨基,尤其是赖氨酸侧链氨基,因此,封闭胶原侧链羧基,不会造成凝聚能力的明显下降,不过会减弱胶原促使血浆结块的作用。胶原的天然结构,尤其是足够发达的四级结构,是胶原具有凝聚能力的基础。胶原对血小板有凝聚作用,可形成血栓阻止流血,因而可用于制备凝血材料,比如胶原/壳聚糖复合膜的止血性能比明胶等一般材料好得多。
纤维的再形成性:经纯化的可溶性胶原,可在体外再次形成与天然胶原纤维相似的有序纤维结构。在制备可溶性胶原时,虽然已通过酶的作用除去了胶原分子的端肽,但可溶性胶原在体外的再形成过程仍然存在。可溶性胶原其免疫原性被大大减弱,又能形成纤维,获得与原有结构相似的堆砌,从而有利于细胞-基质间相互作用的过程。利用其这一性质,可制成适合于移植用的膏状注射物或海绵等。
机械性能:胶原纤维具有很高的机械强度的重要原因在于胶原的交联。胶原分子间和分子内有次级键:氢键对维持胶原的构象起重要作用,而分子内和分子间的共价交联,是赋予胶原高度化学和物理稳定性的一个重要因素,这种交联方式有3种:酰胺缩合、羟醛缩合、羟醛组氨酸交联。胶原分子间的侧向交联表现出高强度的力学行为。
研究表明:在按四分之一错列排布的原胶原分子的头、尾部重叠区段,通过赖氨酸或羟赖氨酸形成共价交联,分别在氮端尾肽的第9个残基位置(N9)和碳端尾肽的第17个残基位置(C17)。以这种方式交联起来的原胶原分子,可以形成很长的具有很好的机械强度的原纤维。制备过程中尽可能保留蛋白多糖,以维持胶原固有的卷曲。胶原的这种结构有利于组织在受到外力作用时能量的耗散,避免其破裂。
生物可降解性:天然胶原紧密的螺旋结构使得大多数蛋白酶只能打断胶原侧链,削弱胶原分子的交联。而胶原肽键只有在胶原酶的水解作用下,才会被打断。
胶原肽链的断裂造成其螺旋结构的破坏,这样胶原就可以被蛋白酶彻底水解。胶原的生物降解性可以通过在胶原分子侧链之间产生交联来减小或抑制。鞣制就是起到这样的作用。生物材料最常用的鞣制剂是戊二醛,其无毒、鞣性持久。
