Определите функции следующих белков коллагена сухожилия: Определите функции следующих белков: коллагена сухожилия, яичного альбумина, инсулина поджелудочной железы, кератина

Содержание

Основа основ, или Как выбрать правильный коллаген? » Медвестник

Кости, мышцы, сухожилия и кожа содержат соединительную ткань, которая в основном состоит из коллагена — самого распространенного типа белка в организме человека. Точные измерения показывают, что коллаген составляет до 35% всего белка в организме, т.е. человек состоит на 1/3 из него. Основная функция коллагена — это прочность и эластичность кожи, костей и гибкость суставов. С возрастом синтез коллагена в коже снижается, что приводит к потере эластичности кожи и развитию морщин. На уменьшение синтеза коллагена также влияют стресс, курение, неправильное питание, недосыпание, окислительное повреждение, солнечное излучение и ряд других факторов.

Сегодня ученым известно более 25 типов коллагена, однако 90% коллагена в организме человека относятся к 4-м основным типам: 1, 2, 3 и 5.

  • Коллаген типа 1 — составляет почти 90% коллагена, входит в состав сухожилий, органов и костей.
  • Коллаген типа 2 — входит в состав хрящей коленей, плеч и других суставов.
  • Коллаген типа 3 — это основной тип хряща ретикулярных волокон. Он обычно встречается там же, где и коллаген типа 1.
  • Коллаген типа 5 — формирует волосы и является компонентом кожи.

Самым грозным врагом коллагена является время: где-то после 35—40 лет его выработка начинает уменьшаться и процессы восстановления в коже, суставах и костях начинают страдать. Также ускоряют потерю коллагена излучение, курение и различные диетические ограничения, например питание с высоким содержанием углеводов (фаст-фуд) или низким содержанием антиоксидантов.

Коллаген — сложный белок, и для его синтеза и правильного функционирования необходимы адекватное поступление с пищей строительных материалов (аминокислот, ряда микроэлементов) и защитные факторы, нейтрализующие вредные факторы.

Рекомендуемые продукты, способствующие выработке коллагена в организме:

  • Костный бульон и различные студни, в составе которых много аминокислот, являющихся строительными компонентами коллагена.
  • Миндаль, грецкие орехи, бобовые культуры и семена, которые содержат много аминокислот.
  • Богатые витамином А продукты: морковь, абрикосы и яйца.
  • Продукты, содержащие витамин С, который участвует в синтезе коллагена: цитрусовые, сладкий перец, многие фрукты.
  • Зеленые листовые овощи: капуста (особенно брокколи), шпинат.
  • Лук и чеснок, богатые серой, которая играет важную роль при формировании хряща.
  • Яркие ягоды, например черника и голубика, обеспечивающие антиоксидантную защиту.

Правильное питание и физическая активность также имеют решающее значение для здоровья суставов. Научные исследования показали, что дополнительный прием коллагена может быть полезен для оптимального здоровья суставов и помогает укреплять кости, поддерживать здоровье кожи, волос, ногтей. Это белок показан для профилактики артрита, остепороза, возрастных нарушений и заболеваний суставов и мышц, старения кожи, морщин, целлюлита и даже — сердечно-сосудистых заболеваний и преждевременного старения.

Необходим коллаген и при высоких нагрузках на скелет, кости и мышцы — при занятиях спортом и фитнесом, в подростковом периоде, после травм и операций.

Добавки с коллагеном, как правило, состоят из следующих аминокислот, которые ученые разделяют на три категории:

  • Незаменимые аминокислоты. Этот тип аминокислот нужно получать с пищей, поскольку они не вырабатываются организмом. К числу таких аминокислот относятся лизин, серин, треонин, лейцин, валин, фенилаланин, метионин, изолейцин, гистидин и гидроксилизин.
  • Условно-незаменимые аминокислоты. Этот тип аминокислот организм обычно может вырабатывать самостоятельно, но в состоянии стресса, воздействии вредных факторов среды он не способен выработать достаточный объем данных кислот. Поэтому в данной ситуации может быть полезен прием пищевых добавок. К их числу относятся глицин, пролин, глютамин (глютаминовая кислота), аланин и тирозин.
  • Заменимые аминокислоты. Этот тип аминокислот также важен для организма, однако организм способен самостоятельно вырабатывать их. Потребление этих аминокислот в рационе питания не является обязательным, но такое потребление безвредно и помогает обеспечить организм компонентами, необходимыми для синтеза коллагена. К этим аминокислотам относятся гидроксипролин, аргинин, а также аспарагиновая кислота.

Производители коллагена используют разные источники для изготовления своего продукта. Одни компании извлекают сырье из животноводства (коровы), другие получают коллаген из рыб. California Gold Nutrition использует высококачественный коллаген из морских источников, идеально подходящий пескетарианцам, то есть тем людям, которые не употребляют мясо, но едят рыбу.

Коллагеновые добавки содержат широкий перечень аминокислот, необходимых для роста волос, поддержания здоровья кожи и сухожилий, а также здоровья костей. Коллаген отлично подойдет тем людям, которые хотят получать должный объем аминокислот только в составе добавок, без глютена и молочных продуктов.

Ситуации, при которых рекомендовано употребление добавок с коллагеном

Артрит и остеоартрит

Остеоартрит возникает в результате разрушения хряща в суставах. Исследование 2017 года с использованием животной модели показало, что добавки с коллагеном не только уменьшают воспаление суставов, но и предотвращают потерю хряща в них, а также способствуют восстановлению подвижности и объема движений.

Остеопороз

По мере старения человека его кости становятся тоньше. Люди с остеопорозом подвержены повышенному риску переломов костей, чаще всего — риску перелома бедра при случайном падении. К числу факторов риска возникновения остеопороза относятся курение и нехватка витамина D. Данному заболеванию также больше подвержены женщины в возрасте от 65 лет. Согласно результатам исследований, коллаген может помочь увеличить прочность костей, их устойчивость к переломам. Исследование 2005 года свидетельствует об увеличении прочности костей при приеме коллагена в виде добавок.

Повреждения и старение сухожилий

Сухожилия — это толстые волокнистые шнуры из коллагена. Сухожилия связывают мышцы с костями и отвечают за движение. Обеспечение прочности сухожилий играет важную роль в предотвращении травм.

Травмы сухожилий распространены среди спортсменов и любителей спорта. Согласно данным исследования 2005 года, добавки с коллагеном повышают прочность сухожилий, а исследование 2016 года показало, что они также могут помочь увеличить толщину ахиллова сухожилия.

Здоровье кожи

Прием добавок с коллагеном призван улучшить состояние кожу изнутри, снабдив ее строительными компонентами. Исследования показывают, что коллагеновые добавки имеют многочисленные достоинства для кожи. По данным исследований, пищевые коллагеновые добавки могут быть полезными людям с целлюлитом и морщинами. Они также могут улучшить рост волос и ногтей.

Профилактика целлюлита?

Целлюлит — это патологическое состояние, которое люди пытались устранить на протяжении десятилетий. В двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании 2015 года был сделан вывод, что «… долгосрочная терапия с пероральным приемом БПК (биоактивные пептиды коллагена) приводит к улучшению симптомов целлюлита и оказывает положительное влияние на здоровье кожи». В этом исследовании женщины принимали коллаген в течение минимум 6 месяцев. Улучшения были отмечены уже через 3 месяца.

Уменьшение количества лицевых морщин

По данным исследования 2014 года, прием добавок с коллагеном помогает уменьшить число морщин на коже. Кроме того, двойное слепое плацебо-контролируемое исследование, проведенное в 2014 году, показало улучшение эластичности кожи испытуемых, которые принимали 2500 мг коллагена в день в течение восьми недель, по сравнению с теми испытуемыми, которые принимали плацебо. Исследование 2012 года показало улучшение состояния морщин и снижение сухости кожи при приеме 1000 мг коллагена в течение 12 недель.

В результатах исследования 2016 года, опубликованных в Journal of Science of Food and Agriculture, содержится вывод о том, что пероральный прием коллагена «привел к значительному улучшению состояния при лицевых кожных заболеваниях, в том числе недостаточной влажности и эластичности кожи лица, наличия морщин и шероховатостей».

В исследовании 2008 года сделан вывод о том, что «добавки, содержащие коллаген, полезны при индуцированном солнечным светом повреждении кожи и фотостарении». В итогах исследования 2015 года, опубликованных в Journal of Cosmetic Dermatology («Журнал косметической дерматологии»), сообщается, что «пероральные добавки с коллагеновыми пептидами эффективно уменьшают повреждения кожи, связанные со старением».

Рост ногтей и волос

Исследование 2017 года, опубликованное в Journal of Cosmetic Dermatology,

показало, что прием добавки с 2500 мг коллагена привел к увеличению скорости роста ногтей на 12% и к снижению числа случаев сломанных ногтей на 42%. Кроме того, четверо из пяти испытуемых согласились с тем, что их общий внешний вид ногтей улучшился.

Как принимать добавки с коллагеном?

Чаще всего рекомендуется принимать 2500—5000 мг коллагена в день при дополнительном приеме витамина С, чтобы оптимизировать формирование коллагена и обеспечить антиоксидантную защиту.

На iHerb есть разнообразные формы и виды коллагена для любых жизненных ситуаций — любые дозировки, большое количество таблеток в упаковке, в жидкой форме/мягкие капсулы, порошке и т.п.

Полезно ли пить коллаген — преимущества и противопоказания.

Есть ли польза от питьевого коллагена?

Слышали, что существует коллаген в капсулах, но для чего пьют его женщины, не знаете? Мы постараемся разобраться с так называемым «питьевым белком» и понять, действительно ли он является эликсиром молодости.

Что такое коллаген?

Это структурный белок, основной компонент соединительных тканей, который содержится в наших хрящах, костях, связках, сухожилиях, мышцах. Самый распространенный, ключевой вид белка в организме обеспечивает эластичность соединительных волокон, кожных покровов. Наряду с кератином и эластином, такой белковый компонент составляет основу кожи человека. В тканях коллаген находится не в чистом состоянии, а в составе межклеточного матрикса (сложного комплекса молекул, связанных между собой), включающего также гликозаминогликаны, протеогликаны и пр.

Наша кожа на 70% состоит из коллагеновых волокон – это ее основа, «каркас». Заполняя собой межклеточное пространство и выполняя влагосохраняющую функцию, белок коллаген отвечает за упругость кожных покровов. После 25 лет уровень выработки белка-коллагена снижается, его соединения теряют свою целостность и способность возвращаться в исходное состояние. Именно в этом возрасте желательно начать прием коллагена в капсулах, а для чего он полезен женщинам после 45 лет, — рассмотрим далее.

Перед менопаузой и в ее период синтез белка снижается на 2-3%, и кожа в течение 5 лет теряет до 30% коллагена. Дряблость кожи и морщины, хруст в коленях, сбои во внутренних органах говорят о возрастных изменениях, приостановить которые сможет грамотный прием структурного белка коллагена.

До недавнего времени существовало 2 способа доставки дополнительного коллагена в кожные покровы. Один из них – использование косметических средств (крема, маски, сыворотки), который является очень популярным, но недостаточно действенным, т. к. в глубинные слои кожи коллагеновые молекулы проникнуть не могут из-за своего размера. Поэтому косметические средства помогут предотвратить потерю жидкости, но остановить возрастной процесс разрушения тканей не смогут. Доставить коллаген внутрь кожных покровов можно при помощи инъекционной методики, но она имеет высокую стоимость и чревата непредсказуемыми последствиями. Поэтому всё возрастает популярность приема коллагена в таблетках, польза которого доказана многочисленными исследованиями французских, американских, японских ученых.

Полезно ли пить коллаген?

При рациональном, полноценном питании у здорового человека необходимое количество коллагена вырабатывается собственным организмом, но случается такое, что его недостаточно. Дефицит коллагена обычно проявляется уже после 25 лет, при стрессах, гормональных сбоях, злоупотреблении алкоголем, пребыванием в солярии, употреблении в пищу большого количества сладостей, курении, а также при повышенных спортивных нагрузках, когда страдают суставы. Людям из группы риска желательно больше узнать про коллаген в капсулах: для чего полезен, как его принимать, чтобы поддерживать свое тело в тонусе. 


Определить, что в вашем организме нехватка коллагена можно по следующим симптомам:

  • Кожа стала сухой, пропал здоровый блеск, появилась «маска унылого лица», заметно провисание, не соответствующее возрасту;

  • При выполнении спортивных упражнений проявляется дискомфорт, “треск” в суставах;

  • Даже после небольшой нагрузки ощущается тяжесть в ногах и пр.

При выявлении таких признаков полезно ли пить коллаген? Однозначно, да! Это одно из наиболее фундаментальных средств, способных отдалить старение. Достаточное поступление белка в организм оказывает положительное влияние практически на все органы:
  • Кости, хрящи. Поддерживает здоровое состояние, снижая риск возникновения патологий и возрастных заболеваний.
  • Кожа, волосы, ногти. Стимулируется выработка собственного коллагена, сохраняя тонус, повышая упругость, эластичность кожных покровов. Укрепляются ногти и волосы, появляется здоровый блеск.
  • Позвоночник. Укрепляется соединительная ткань позвоночника.
  • Спортивные достижения. Повышается выносливость, снижается риск травм благодаря эффективной поддержке суставам, связкам.
  • Нормализация веса. За счет ускорения метаболизма борьба с лишними килограммами пройдет успешнее.
  • Уменьшение стрессов. Один из компонентов коллагена – глицин – помогает легче справляться с ежедневными психоэмоциональными нагрузками, а также перемещает сахар из крови в ткани, обеспечивая зарядом энергии.
  • Спокойный сон. Избавление от дневной сонливости и улучшение качество отдыха ночью.
Поэтому женщинам, особенно после 45 лет, пить коллаген полезно! Как пить коллаген читайте в этой статье.

Типы коллагена: какой выбрать?

В природе существует около 28 типов белка коллагена, которые различаются молекулярной структурой и имеют разную последовательность таких аминокислот, как глицин, аргинин, гидроксипролин и др. Для поддержания здоровья и красоты предназначаются 3 основные типы коллагеновых волокон:

I — Отвечает за водный баланс, эластичность кожных покровов, усвояемость полезных веществ. Содержится практически во всех тканях тела, включая кости, кожу, сухожилия, печень и т.д.

II — Выступает лечебно-профилактическим средством при артрите, ревматизме, разного рода воспалениях. Находится в суставах, хрящах, межпозвоночных дисках, роговице. Требует строго соблюдения дозировки при употреблении в качестве БАДов или мазей.

III — Предназначается для сохранения здоровой кожи, волос, ногтей. Отвечает за метаболизм, общее состояние организма.

Происхождение имеет значение

Повседневный рацион не может полностью удовлетворить потребность нашего организма в коллагене. Поэтому выпускается коллаген в таблетках, польза от которого не менее эффективна, чем от полученного с продуктами питания. Существует 2 вида коллагена, различных по источнику изготовления, эффективности, степени усвояемости, цене:

  • Животный. Наиболее распространенный вид. Производится методом переработки шкуры, хрящевых, суставных тканей животных, птиц. Используется в косметологии и здоровом питании. Хорошо усваивается, но плохо проникает сквозь дерму из-за большого размера молекул. Отличается простотой хранения без необходимости создания особых условий. Нуждается в строгом контроле на безопасность в случае использования тканей овец или крупного рогатого скота.

  • Морской. Получают путем соскоба эпидермиса кожи морской рыбы, прочих обитателей глубин. При употреблении внутрь легко впитывается в ЖКТ. Способствует образованию собственного коллагена. Молекула хорошо проходит через дерму. Производится по особой технологии.

Морской коллаген оказывает комплексное воздействие на увлажнение кожи и ее эластичность, а также на здоровье суставов, опорно-двигательной системы. Так называемый рыбный коллаген дает более выраженный эффект, чем животный: сокращается объем и глубина морщин, подтягивается контур лица, улучшается структура волос, быстрее заживляются ранки.

Для достижения результата необходимо пройти курс не менее 3 месяцев, хотя первые изменения будут заметны через несколько недель.

Многие женщины интересуются, полезно ли пить коллаген растительного происхождения. Запомните, такого белка не существует! Под видом коллагеновых волокон для вегетарианцев зачастую продают протеин пшеницы, но это совершенно разные продукты.

Капсулы, порошок или жидкий?

Современная промышленность предлагает несколько вариантов форм питьевого коллагена:
  • Порошок. Применяется для приготовления смесей, коктейлей.

Добавить в корзину

Купить в один клик

Добавить в корзину

Купить в один клик


  • Капсулы. Порошок в саморастворимой оболочке из желатина. 
  • Таблетки. За счет дополнительных веществ содержит небольшую долю активного компонента, поэтому требуется повышенная доза на один прием.
  • Жидкая форма. Концентрированное вещество с витаминами, минералами.
  • Конфеты и другие функциональные продукты питания и напитки, обогащенные коллагеном. Разные формы сладостей (жевательные пастилки, мармелад и пр.) с приятным вкусом и ароматом.
У каждой формы есть свои плюсы и минусы, нужно подбирать по индивидуальным предпочтениям.

Свойство

Капсулы

Порошок

Усваивание

Медленнее

Быстрее

Время растворения в ЖКТ

30 минут

Сразу после поступления

Удобство приема

Легкость приема, транспортировки

Необходима мерная ложка и жидкость для растворения

Цена

Дороже

Дешевле

Японский коллаген KWC

Если вы хотите узнать больше про морской коллаген в капсулах: для чего полезен, особенности приема, какой производитель лучше, то ознакомьтесь с ассортиментом японского производства. Биологически активные добавки, созданные на основе 18 важнейших аминокислот, предназначаются для улучшения тонуса и сохранения здоровья кожи, зубов, волос, ногтей, мышц, костей, суставов. Одним из наиболее эффективных препаратов является Японский коллаген KWC (90 г) или 30 стиков по 3 г, который обладает ярко выраженным антивозрастным действием. Препарат получают из морских рыб белых пород и применяют для:
  • содействия в синтезе собственного коллагена;
  • повышения упругости, эластичности кожных покровов;
  • повышения эффективности борьбы с целлюлитом;
  • профилактики болезней опорно-двигательной системы;
  • возвращения подвижности, уменьшения боли в суставах;
  • замедления процесса разрушения хрящей и пр.

БАД KWC Коллаген считается эффективной бьюти-добавкой для красоты и здоровья.

Что нужно принимать дополнительно?

Чтобы увеличить получаемую пользу от коллагена, необходимо запомнить перечень веществ, которые усиливают его положительное воздействие на организм:
  • Витамин C. Рекомендуется пить в комплексе с белком-коллагеном. Около 50-60 мг достаточно для ежедневного приема.
  • Половые гормоны. Для лучшего протекания гормональных процессов понадобится лецитин и магний. 
  • Витаминные комплексы. Необходимо принимать мультивитамины, чтобы уменьшить риск сбоев в усвоении и синтезе белков.

Добавить в корзину

Купить в один клик


  • Кремний. Добавки кремния стимулируют выработку собственного
Чтобы максимально насытить организм «строительным белковым материалом», рекомендуется включать в ежедневный рацион мясо, особенно отдавать предпочтение индейке. Очень полезны зеленые овощи и пряные травы, морепродукты, включая рыбу семейства лососевых, ягоды и фрукты, а также блюда на основе желатина.

Вывод

Качество питьевого коллагена определяется размером частиц, на которые разбито его длинное волокно: чем они меньше, тем лучше процесс усваивания. Полезнее всего пить гидролизованный белок-коллаген, «разрушенный» до смеси аминокислот и пептидов. Он быстро всасывается, помогая нашему организму синтезировать самый полезный – наш собственный белковый компонент.

В отличие от протеина он не способствует быстрому увеличению и росту мускулатуры, поэтому не подойдет для желающих нарастить мышечную массу в кратчайшие сроки. Зато его целесообразно употреблять в качестве средства лечения (как один из элементов терапии) и профилактики суставных, костных болезней, он подходит для укрепления всех соединительных тканей организма (сухожилий, связок, хрящей). Женщины после 25 лет дольше смогут сохранить молодость и красоту кожи, волос, ногтей. 

Белки как молекулы. Состав, структура и функции белков

Белки выполняют ведущую роль в жизни организмов, преобладая в них и количественно. В теле животных они составляют 40-50% сухой массы, в растениях – 20-35%. Это самая разнообразная группа молекул – как химически, так и функционально. Состав и структура белков определяет огромное разнообразие их функций в клетке: их так много, что невозможно перечислить и описать их все. Однако можно сгруппировать эти функции в следующие восемь категорий. Но этот список также будет неполным.

    1. Ферментативная (каталитическая). Ферменты имеют белковое происхождение. Это трёхмерные глобулярные (свёрнутые) белки, плотно прилегающие к молекуле для её расщепления или сборки. Такая подгонка ускоряет специфические химические реакции в клетке.
    2. Защитная. Другие глобулярные белки используют свою форму для распознавания чужеродных микроорганизмов и раковых клеток. Эти приёмные устройства формируются эндокринной и иммунной системами. Многие живые организмы выделяют белки, ядовитые для других. Токсины синтезируют ряд животных, грибов, растений, микроорганизмов. В свою очередь, некоторые организмы способны вырабатывать антитоксины, которые подавляют действие этих ядов.
    3. Транспортная. Глобулярные белки присоединяют и транспортируют мелкие молекулы и ионы. Например, транспортный белок гемоглобин переносит кислород и углекислоту с потоком крови. Мембранные транспортные белки помогают молекулам и ионам двигаться через плазмалемму. Альбумины крови транспортируют жирные кислоты, глобулины – ионы металлов и гормоны.
    4. Структурная. Белковые молекулы входят в состав всех клеточных мембран и органоидов. Из белков построены элементы цитоскелета, сократительные структуры мышечных волокон. Структурными являются кератин в волосах, фибрин в сгустках крови, коллаген в коже, связках, сухожилиях и костях. В состав связок, стенок артерий и лёгких входит также структурный белок эластин.
    5. Двигательная. Сократительные белки обеспечивают способность клеток, тканей, органов и целых организмов изменять форму, двигаться. Мышцы сокращаются за счёт движения двух видов белковых нитей: актина и миозина. Контрактильные (лат. contraho, contractum – стягивать, сокращать) протеины играют ключевую роль в цитоскелете и передвижении веществ внутри клетки. Белок тубулин также входит в состав микротрубочек веретена деления, ресничек и жгутиков эукариотических клеток.
    6. Регуляторная. Крошечные белки, называемые гормонами, служат межклеточными посланниками в теле животных. Другие белки регулируют синтез РНК на ДНК, включая и выключая гены. Кроме того белки получают информацию, действуя в качестве рецепторов клеточной поверхности (эту функцию иногда считают отдельной, называя рецепторной).
    7. Запасающая. Кальций и железо хранятся в организме в виде ионов, связанных с белками хранения. В семенах растений запасаются резервные белки, которые используются зародышем при прорастании, а затем и проростком как источник азота.
  1. Энергетическая. После расщепления до аминокислот белки могут служить источником энергии в клетке. При полном окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии. Однако белки расходуются на энергетические нужды лишь в крайних случаях, когда исчерпаны запасы углеводов и липидов.
Сравнительный размер молекул белков. Слева направо: антитело (IgG) (150 кДа), гемоглобин (66,8 кДа), гормон инсулин, фермент аденилаткиназа и фермент глютаминсинтетаза.
Автор: en:User:Gareth White, CC BY-SA 2.0

Функции белков

 

Функция Класс белка Образцы Примеры использования
Каталитическая Ферменты Карбогидразы Расщепляют полисахариды
Протеазы Разрушают белки
Полимеразы Синтезируют нуклеиновые кислоты
Киназы Фосфорилируют сахара и белки
Защитная Иммуноглобулины Антитела Маркируют чужеродные белки для элиминации (удаления)
Токсины Змеиный яд Блокирует нервные импульсы
Клеточные белки-антигены МНС-белки (главный комплекс гистосовместимости) Опознание чужеродных белков
Транспортная Циркуляционные транспортёры Гемоглобин Переносит кислород и углекислый газ крови
Миоглобин Переносит кислород и углекислый газ в скелетных мышцах и мышце сердца
Цитохромы Транспортируют электроны
Мембранные транспортные белки Натриево-калиевый насос Возбуждение мембраны
Протонный насос Хемиосмос
Транспортёр глюкозы Транспортирует глюкозу в клетки
Структурная Волокна Коллаген Образует хрящ
Кератин Формирует волосы, ногти, перья и др.
Фибрин Образует сгустки крови
Двигательная Мускулы Актин Сокращение мышечных волокон
Миозин Сокращение мышечных волокон
Регуляционная Осмотические белки Сывороточный альбумин Поддерживает осмотическую концентрацию крови
Регуляторы генов Репрессор Регулирует транскрипцию
Гормоны Инсулин Контролирует уровень глюкозы в крови
Вазопрессин Увеличивает задержку воды почками
Окситоцин Регулирует сокращение матки и выделение молока
Запасающая Ион-связывание Ферритин Хранит железо, особенно в селезёнке
Казеин Хранит ионы в молоке
Кальмодулин Связывает ионы кальция

Белки – это полимеры

Белки, или протеины – это нерегулярные (не имеющие определённой закономерности в последовательности мономеров) полимеры, состоящие из мономеров, называемые аминокислотами. Протеины, в состав молекул которых входит от пятидесяти до нескольких тысяч остатков аминокислот, называются белками. Молекулы с меньшим количеством мономеров именуются пептидами.

Общие сведения о пептидах и белках

Белок состоит из одной или нескольких длинных неразветвлённых цепей. Каждая цепь называется полипептидом и состоит из аминокислот, скреплённых пептидными связями. Термины «белок» и «полипептид» часто используются свободно, что может вызывать путаницу. Для белка, который включает только одну полипептидную цепь, оба термина являются синонимами.

В природе существуют около 500 аминокислот. В образовании белков обычно (но не всегда) участвуют только 20 из них – их называют белокобразующими. Порядок соединения мономеров в белке определяет его структуру и функции. Многие учёные считают, что аминокислоты были первыми органическими молекулами, появившимися на Земле. Возможно, океаны, которые существовали в начале истории нашей планеты, содержали большое их разнообразие.

Белокобразующие аминокислоты

Автотрофные организмы синтезируют все необходимые им аминокислоты из продуктов фотосинтеза и азотсодержащих неорганических соединений. Для гетеротрофов источником аминокислот являются продукты питания. В организме человека и животных некоторые аминокислоты могут синтезироваться из продуктов обмена веществ (в первую очередь — из других аминокислот). Такие аминокислоты называются заменимыми.

Другие же, так называемые незаменимые аминокислоты, не могут быть собраны в организме и поэтому должны постоянно поступать в него в составе белков пищи. Протеины, содержащие остатки всех незаменимых аминокислот, называются полноценными. Неполноценные белки – это те, в составе которых отсутствуют остатки тех или иных незаменимых аминокислот.

Незаменимыми аминокислотами для человека являются: триптофан, лизин, валин, изолейцин, треонин, фенилаланин, метионин и лейцин. Для детей незаменимыми являются также аргинин и гистидин.

Полипептидные цепи могут быть очень длинными и включать самые разные комбинации аминокислотных остатков. Каждый конкретный белок характеризуется строго постоянным составом и последовательностью аминокислот.

Димер мембранного белка кальсеквестрина.
Deposition authors: Wang, S., Trumble, W.R., Liao, H., Wesson, C.R., Dunker, A.K., Kang, C., CC BY 3.0

Белки, образованные только остатками аминокислот, называются простыми. Сложными являются протеины, имеющие в своём составе компонент неаминокислотной природы. Это могут быть ионы металлов (Fe2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+), липиды, нуклеотиды, сахара и др. Простыми белками являются альбумины крови, фибрин, некоторые ферменты (трипсин) и др. Сложные белки – это большинство ферментов, иммуноглобулины (антитела).

Состав аминокислот

Аминокислоты, как следует из их названия, содержат основную аминогруппу (— NH2), а также кислотную карбоксильную группу (—COOH), обе они связаны с центральным атомом углерода. Углерод дополнительно скреплен с водородом и функциональной белковой группой, называемой радикалом (R). Эти компоненты полностью заполняют все связи центрального атома углерода.

Общая структура α-аминокислот, составляющих белки (кроме пролина).
Автор: User:X-romix

Уникальный характер каждой аминокислоты определяется природой группы радикала. Обратите внимание, что если группа радикала не содержит атома водорода (Н), как в глицине, то аминокислота хиральна и может существовать в форме двух энантиомеров: d или L. В белках живых систем содержатся обычно α (L)-аминокислоты, а β (d)-аминокислоты встречаются крайне редко.

Группа радикала определяет химические свойства аминокислот – они могут быть полярными или неполярными, гидрофобными или гидрофильными. Серин с радикалом -CH2OH является полярной молекулой, Аланин, который имеет –CH3 как группу радикала – неполярен.

Существуют также основные аминокислоты (более чем с одной аминогруппой) и кислые аминокислоты (более чем с одной карбоксильной группой). Наличие дополнительной амино- или карбоксильной группы оказывает влияние на свойства аминокислоты, которые играют определяющую роль в формировании пространственной структуры белка.

В состав радикала некоторых аминокислот (например, цистеина) входят атомы серы. Все 20 аминокислот сгруппированы в пять химических классов, основанных на группе их радикала.

  1. Неполярные аминокислоты, такие как лейцин, часто имеют в качестве радикала —CH2 или —CH3.
  2. Полярные незаряженные аминокислоты, такие как треонин, с радикалом, содержащим кислород или гидроксильную группу (-OH).
  3. Заряженные аминокислоты, такие как глутаминовая кислота, с радикалом, имеющим кислоты или основания, способные к ионизации.
  4. Ароматические аминокислоты, такие как фенилаланин, имеющий группу радикала, содержащую органическое (углеродное) кольцо с чередованием одиночных и двойных связей. Они также неполярны.
  5. Аминокислоты, обладающие особыми функциями и свойствами. Например, метионин, который часто является первой аминокислотой в цепи белков, пролин, вызывающий перегибы в цепях, цистин, связывающий цепи вместе.

Каждая аминокислота влияет на форму белка по-разному, в зависимости от химической природы боковых групп. Например, части белковой цепи с многочисленными неполярными аминокислотами сворачиваются внутрь своей цепи путём гидрофобного исключения.

Белки и пептидные связи

В дополнении к группе радикала каждая аминокислота имеет положительно заряженную аминогруппу (NH3 +) на одном конце и отрицательно заряженную гидроксильную группу (COO -) на другом. Амино- и карбоксильные группы у пары аминокислот могут подвергаться реакции дегидрации (выделение молекулы воды) с образованием ковалентной связи. Ковалентная связь, скрепляющая две аминокислоты, называется пептидной. Скреплённые таким способом аминокислоты не могут свободно вращаться вокруг N-C связи. Этот факт является основным фактором образования конструкции белковых молекул.

Пептидная связь

Наличие как основной, так и кислотной групп обусловливает амфотерность (проявление как кислотных, так и основных свойств) и высокую реакционную способность аминокислот.

При соединении двух аминокислот образуется дипептид. На одном конце молекулы дипептида находится свободная аминогруппа, на другом — свободная карбоксильная группа. Благодаря этому дипептид может присоединять к себе другие аминокислоты, образуя олигопептиды. Если таким образом соединяется более 10 остатков аминокислот, то образуется полипептид.

Новаторская работа Фредерика Сангера в начале 1950-х годов доказала, что каждый вид белка имеет определённую аминокислотную последовательность. Для отщепления аминокислот он использовал химические методы, после этого определял их. Сангер преуспел в расшифровке аминокислотной последовательности инсулина. Он продемонстрировал, что все молекулы инсулина имеют одинаковый состав аминокислот.

Уровни структурной организации белков

Форма белка определяет его функцию. Один из способов изучить что-то столь же маленькое как белок – посмотреть на него при помощи коротковолнового излучения, которое представлено рентгеновскими лучами. Рентгеновские лучи пропускают через белок для получения дифракции его узора. Эта картинка кропотливо анализируется и позволяет исследователю построить трёхмерное изображение молекулы с положением каждого её атома. Первым белком, проанализированным таким образом, был миоглобин; вскоре такому же анализу был подвергнут связанный с ним белок гемоглобин.

Когда было изучено достаточное количество протеинов, стал очевиден общий принцип их строения: в каждом исследованном белке все внутренние аминокислоты, такие как лейцин, валин и фенилаланин, неполярны. Тенденция воды к исключению неполярных молекул буквально толкает такие части цепи аминокислот внутрь протеина. Неполярные аминокислоты вынуждены тесно контактировать друг с другом, оставляя мало свободного места внутри молекулы. Полярные и заряженные аминокислоты концентрируются на поверхности белка, за исключением немногих, играющих ключевые функциональные роли.

Структура белков, как правило, описывается как иерархия четырёх уровней: первичного, вторичного, третичного и четвертичного. Мы рассмотрим эту точку зрения, а затем интегрируем её с более современным подходом, вытекающим из расширяющихся знаний о белковой структуре.

Уровни организации молекул белка

Первичная структура белков

Первичная структура белка – это его аминокислотная последовательность, т. е. это цепочка из множества аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Это наиболее важная структура, так как именно она определяет форму, свойства и функции белка. На основе первичной структуры создаются другие формы молекулы.

Группы радикалов, которыми отличаются аминокислоты, не играют роли в пептидной цепи белков и протеин может включать любую последовательность аминокислот. Так как любая из 20 аминокислот может появиться в любом месте, белок, содержащий 100 мономеров, может образовать любую из 20 100 различных аминокислотных последовательностей. Это важное свойство белков позволяет им быть разнообразными, но каждый из них функционирует только при определённой аминокислотной последовательности.

Вторичная структура белка

Боковые и пептидные группы полипептидных цепей могут образовывать водородные связи. Вторичная структура белка возникает в результате связывания атомов водорода NH-групп и кислорода CO-групп. Полипептидная цепь при этом спирально закручивается. Водородные связи слабые, но благодаря их большому числу они обеспечивают стабильность этой структуры. Спиральную конфигурацию имеют, например, молекулы кератина, миозина и коллагена.

Водородные связи пептидов могут образовываться с водой. Если связей с водой будет слишком много, белки не смогут приобрести глобулярной структуры. Лайнус Полинг предположил, что пептидные группы могут взаимодействовать друг с другом, если пептид свёрнут в спираль, которую он назвал α-спиралью. Этот вид регулярного взаимодействия в пептиде формирует его вторичную структуру.

Вторичная структура инсулина

Другая форма вторичной структуры формируется между зонами пептида, расположенными в один ряд, в результате чего получается плоская молекула, собранная в складки, называемая β-листом. Части белка могут быть либо параллельными, либо антипараллельными – в зависимости от того, являются ли смежные участки пептида ориентированными в одном или в противоположном направлении.

Эти два вида вторичной структуры создают зоны белка – цилиндрические (α-спирали) и плоские (β-листы). Конечная структура белка может включать области каждого типа вторичной структуры. Например ДНК-связывающие белки обычно имеют области α-спирали, которые могут лежать поперёк ДНК и взаимодействовать непосредственно с основаниями ДНК. Белки порины, образующие отверстия в мембранах, состоят из β-листов. В гемоглобине α и β-структуры (глобины) имеют в молекуле свои зоны.

Вторичная структура белков

Третичная структура белков

Окончательная структура химически связанных белков называется третичной. Третичная структура формируется за счет образования водородных, ионных и других связей, возникающих в водной среде между разными группами атомов белковой молекулы вторичной структуры.

У некоторых белков важную роль в образовании третичной структуры играют S – S связи (дисульфидные) между остатками цистеина (аминокислоты, содержащей серу). При этом полипептидная спираль укладывается в своеобразный клубок (глобулу) таким образом, что гидрофобные аминокислотные радикалы погружаются внутрь глобулы, а гидрофильные располагаются на поверхности и взаимодействуют с молекулами воды. Третичной структурой определяются специфичность белковых молекул, их биологическая активность. Её имеют многие белки, например миоглобин (белок, который участвует в создании запаса кислорода в мышцах) и трипсин (фермент, расщепляющий белки пищи в кишечнике).

Третичная структура стабилизируется рядом сил, в том числе:

  • водородными связами между радикалами различных аминокислот;
  • электростатическим притяжением радикалов с противоположными зарядами;
  • гидрофобным исключением неполярных радикалов;
  • ковалентными дисульфидными связами.

На стадии третичной структуры по форме молекул белки можно разделить на две группы:

  • глобулярные – имеют округлую форму. Такую форму имеют глобулины и альбумины крови, фибриноген, гемоглобин;
  • фибриллярные – характеризуются вытянутой, нитевидной формой молекул. Это кератин, коллаген, миозин, эластин и др.

Четвертичная структура белка

Когда два или более полипептида связываются с образованием функционального белка, отдельные его цепи называются субъединицами. Расположение этих субъединиц и есть четвертичная структура. Субъединицы в таких белках чаще всего неполярны, поэтому они не связаны химически и отвечают за отдельные виды деятельности. Прочность четвертичной структуры обеспечивается взаимодействием слабых межмолекулярных сил.

Четвертичная структура характерна для белка гемоглобина. Вспомните, что гемоглобин состоит из двух α-цепей и двух β-цепей, а ещё в его состав входит небелковый компонент – гем.

Субъединицы располагаются в их окончательной четвертичной структуре. Это конечная структура некоторых, но не всех белков. У протеинов, которые состоят только из одной полипептидной цепи, например у фермента лизоцима, конечной структурой является третичная.

Мотивы и домены – структурные элементы белков

Ручное определение последовательности аминокислот в белке – трудоёмкая работа. Эту ситуацию изменило открытие способности хранения информации о белке молекулой ДНК. Первоначально геном человека был расшифрован вручную. Появление технологий следующего поколения привело к заметному ускорению секвенирования.

Сегодня расшифрованы более 40 000 бактериальных геномов и почти 8 000 геномов эукариот, в том числе 80 последовательностей генов млекопитающих. Так как состав ДНК имеет непосредственное отношение к последовательности аминокислот в белках, у биологов теперь есть огромная база данных строения протеинов.

Новая информация заставила задуматься о логике генетического кода и основных закономерностях структуры белка. Исследователи до сих пор рассматривают иерархическую систему из четырёх уровней как важную, но в лексикон биологов вошли и новые термины: мотив укладки и белковый домен.

Мотив укладки белковых молекул

Когда биологи обнаружили третичную структуру белка (ещё более трудоёмкая работа, чем определение последовательности аминокислот в цепи), они заметили сходные элементы, расположенные в непохожих белках. Подобные структуры называются мотивами, а иногда «сверхсекундными структурами». Термин «мотив» заимствован из искусства и относится к тематическому повторяющемуся элементу в музыке или дизайне.

Один общий мотив β-α-β образует так называемую «складку Россмана» у большого количества протеинов. Вторым часто встречающимся мотивом является β-баррель, который представляет собой β-лист, сложенный по кругу, чтобы сформировать трубку. Третий тип мотива – спираль-поворот-спираль, состоит из двух α-спиралей, разделённых изгибом. Его используют белки для связывания с молекулой ДНК.

Логику структуры мотивов укладки исследователи до сих пор не могут понять. Вероятно, если аминокислоты являются буквами в языке белков, то мотивы представляют собой повторяющиеся слова или фразы. Мотивы укладки помогли определить неизвестные функции белков, а база данных белковых мотивов используется для поиска новых неизвестных протеинов.

Мотивы укладки являются довольно консервативными и встречаются в белках, которые не имеют ни функциональных, ни эволюционных связей. Определение мотивов укладки лежит в основе физической, или рациональной классификации белков.

Белковые домены

Домены – это функциональные единицы в виде глобулы внутри более крупной структуры белков. Их можно рассматривать как субструктуры внутри третичной структуры белка. В языке белков это «абзацы». Большинство белков состоит из нескольких доменов, которые выполняют различные части функций протеинов.

Во многих структурах эти домены могут быть физически разделены. Например, так устроены факторы транскрипции – белки, которые связываются с ДНК и инициируют построение РНК по комплементарной ей ДНК. Было выяснено, что если ДНК-связывающие области поменять местами с факторами транскрипции, специфичность фактора может быть изменена без изменения его способности стимулировать транскрипцию. Эксперименты по замене доменов были проведены со многими факторами транскрипции, и они указывают, что активационные и ДНК-связывающие домены действуют отдельно.

Эти образования также могут помогать протеинам складываться. По мере того, как полипептидная цепь приобретает свою структуру, домены принимают правильную форму. Это действие может быть продемонстрировано экспериментально. Искусственное продуцирование фрагмента полипептида, который образует домен в интактном белке, показывает, что фрагмент складывается, чтобы сформировать такую же структуру, как у прототипа.

Процесс складывания, белки-шапероны

Первоначально биохимики думали, что новоиспечённые белки сворачиваются спонтанно, пробуя различные конфигурации, как гидрофобные взаимодействия с водой толкают неполярные аминокислоты внутрь белков до тех пор, пока не будет достигнута их окончательная структура. Оказалось, что эта точка зрения слишком проста. Цепи протеинов могут быть сложены многими способами, поэтому пробы и ошибки заняли бы слишком много времени. По мере того как первичная цепь складывается, приобретая финальную структуру, неполярные «липкие» внутренние участки во время промежуточных стадий обнажаются. Если эти промежуточные формы поместить в пробирку со средой, идентичной той, что внутри клетки, они прилипают к другим, и нежелательные белки-партнёры образуют клейкую массу.

Как клетки избегают того, чтобы их белки слипались в массу? Ответ на вопрос появился во время изучения необычных мутаций, которые спасают бактериальные клетки от размножения внутри них вирусов. При этом белки вирусов, произведённые внутри клетки, не могут сложиться как следует. Дальнейшее исследование помогло выяснить, что клетки содержат белки-шапероны, помогающие другим белкам складываться правильно.

Свёртывание белков

В настоящее время молекулярные биологи выявили массу белков, действующих как шапероны. Это большой класс полимеров, который можно разделить на подклассы. Представители шаперонов были найдены в каждом исследуемом организме. Некоторые из них, называемые тепловыми шоковыми белками, вырабатывается в ответ на повышение температуры тела. Высокие температуры служат фактором денатурации белков, шоковые белки-шопероны помогают белкам правильно сворачиваться и в такой ситуации.

Один из хорошо изученных классов этих белков, названных шаперонинами, был изучен у кишечной палочки (Escherichia coli). У мутантов при инактивации шаперонинов 30% бактериального белка не складывались должным образом. Шаперонины собираются в комплекс, напоминающий цилиндрический контейнер. Белки могут заходить в этот контейнер, и даже неправильно сложенные молекулы складываются там заново.

Исследователи склонны думать о белках как о фиксированных структурах, но это не относится к шаперонинам. Их гибкость поразительна. Видимо, это нужно им для выполнения своих функций. Клетки используют эти белки для складывания некоторых молекул протеинов и восстановления их неправильной структуры.

Денатурация инактивирует белки

Еще одной важной особенностью белков является то, что они проявляют свою активность лишь в узких температурных рамках и в определённом диапазоне кислотности среды.

Если условия, окружающие белок, изменяются, то он может частично потерять свою структуру или полностью развернуться. Этот процесс называется денатурацией. Белки могут быть денатурированы, когда рН, температура или ионная концентрация окружающего раствора изменена. Денатурация происходит вследствие разрыва водородных, ионных, дисульфидных и других связей, стабилизирующих пространственную структуру белковых молекул. При этом может утрачиваться их четвертичная, третичная и даже вторичная структуры.

Денатурированные белки как правило биологически неактивны. Это особенно значимо в отношении ферментов: так как почти каждая химическая реакция происходит при их помощи, жизненно важно, чтобы они функционировали нормально.

До появления морозильников и холодильников единственным способом предохранения продуктов от размножения в них микроорганизмов было хранение их внутри раствора, содержащего высокую концентрацию соли или уксуса, которые денатурировали ферменты микроорганизмов и предотвращали их рост.

Большинство ферментов функционирует в очень узком диапазоне условий окружающей среды. У каждого энзима этот диапазон специфичен. Ферменты крови, которые работают при рН около 7,4, быстро денатурируют в кислой среде желудка. И наоборот, протеолитические ферменты желудка, работающие при рН=2 или менее, разбираются в основной среде крови. Аналогично у организмов, живущих вблизи океанических гидротермальных источников, есть ферменты, которые хорошо работают только в экстремальных температурах (до 100°С). Эти организмы не могут выжить в более прохладных водах, потому что их энзимы не функционируют должным образом при относительно низких температурах.

Если нормальные показатели окружающего раствора восстанавливаются, небольшой белок, не потерявший первичной структуры, может восстановиться. Этот процесс называется ренатурацией, он происходит благодаря взаимодействию неполярных аминокислот и воды. Первоначально этот процесс был установлен для энзима рибонуклеазы, его ренатурация привела к выводу, что первичная структура определяет третичную структуру белка. Более сложные белки редко складываются вновь из-за их сложной окончательной структуры. Их денатурация носит необратимый характер.

Важно отличать денатурацию от диссоциации. Субъединицы белков с четвертичной структурой могут быть диссоциированы (разделены) без потери своей индивидуальной третичной структуры. Например, молекула гемоглобина может диссоциировать на 4 молекулы (2 α-глобина и 2 β-глобина) без денатурации свёрнутых глобиновых белков. Они легко восстанавливают свою четвертичную структуру из четырёх субъединиц.

 

 

Вам будет интересно

Способ восстановления связки или сухожилия

Область изобретения

Это изобретение находится в области устройств для медицинского ухода и относится к способам восстановления связки или сухожилия, включающим применение лоскута для восстановления связок или сухожилий.

Предшествующий уровень техники

Связки являются специализированной соединительной мягкой тканью, которая соединяет различные органы и ткани и прикрепляет кость к кости. В последнем случае связки обеспечивают стабильность суставов, будучи достаточно гибкими, чтобы позволить естественное движение костей, а также сильными и нерастяжимыми, чтобы предотвратить сопротивление приложенным силам. Сухожилия присоединяют мышцу к кости и способны выдерживать напряжение. Кроме того, сухожилия пассивно модулируют силы во время передвижения, обеспечивая дополнительную устойчивость без активной работы. Эластические свойства позволяют сухожилиям сохранять и восстанавливать энергию с высокой эффективностью. В сухожилиях и связках пучки коллагеновых волокон заключены в связующий матрикс, состоящий из протеогликановых компонентов. Эти пучки коллагеновых волокон образуют элементы, несущие нагрузку. В сухожилиях коллагеновые волокна расположены в почти параллельном порядке, что позволяет им выдерживать высокие однонаправленные нагрузки. В связках коллагеновые волокна расположены в менее параллельном порядке, что позволяет им выдерживать преобладающие растягивающие нагрузки в одном направлении и меньшие нагрузки в других направлениях.

Каждый год сотни тысяч людей страдают от растяжений, отрывов или разрывов связок, в частности, в колене, плече и голеностопном суставе, или страдают от повреждений сухожилий верхних и нижних конечностей, в частности, в плече, колене, стопе и голеностопном суставе. Одной из таких связок, часто повреждающихся при этом типе травмы, является передняя крестообразная связка (ACL) коленного сустава. ACL выступает в качестве первичного стабилизатора смещения вперед большеберцовой кости и в качестве вторичного стабилизатора вальгусно-варусного искривления колена, и часто подвержена разрыву или отрыву в результате сгибающей-вращающей-выворачивающей наружу силы, связанной со спортивными травмами и дорожно-транспортными происшествиями. Разрывы или отрывы часто приводят к: жестким ограничениям подвижности; боли и дискомфорту; и невозможности участвовать в занятиях спортом и физических упражнениях. Более 200000 человек только в США страдают от отрыва или разрыва ACL каждый год, что приводит к затратам в размере примерно 3 млрд $ на реконструктивную хирургию ACL и обширную реабилитацию.

Широко известно, что ACL имеет плохую способность к восстановлению. Когда возникает значительный отрыв или разрыв ACL в результате нестабильности сустава, требуется тотальная хирургическая замена и реконструкция. Наиболее распространенной практикой является восстановление разорванной ACL путем замены разорванной связки собственной тканью пациента, также известной как аутотрансплантат. Другие варианты замещения связок включают донорские ткани из другого организма, также известные как аллотрансплантаты, а также синтетические трансплантаты. Тем не менее, существуют различные проблемы, связанные с этими способами лечения.

Хирурги рассматривали конструкции связок, включающие коллагеновые волокна, биоразлагаемые полимеры и их составные материалы. Коллагеновые каркасы для реконструкции ACL засевали фибробластами из ACL и кожи, как описано, например, в международной заявке на патент WO 95/2550. Заявка на патент США 20020123805 от Murray, et al. описывает применение трехмерной каркасной композиции, которая включает индуктивную сердцевину, сделанную из коллагена или другого материала, для восстановления разорванной передней крестообразной связки (ACL), и способ прикрепления композиции к разорванной передней крестообразной связке (см. также заявку на патент США №20040059416). WO 2007/087353 раскрывает трехмерные каркасы для восстановления оторванной или разорванной связки. Каркас может быть изготовлен из белка, и может быть предварительно обработан материалом для восстановления, таким как гидрогель или коллаген. Заявка на патент США 20080031923 от Murray, et al. описывает приготовление коллагенового геля и геля коллаген-Матригель™, который наносится на оторванную связку для ее восстановления. Эти коллагеновые матриксы, в основном, являются монокомпонентными приспособлениями.

Было описано большое число многокомпонентных протезов связок (см., например, патенты США №№3797047;. 4187558; 4483023, 4610688 и 4792336). В патенте США №4792336 описано приспособление с рассасывающимся компонентом, содержащим сложноэфирную связь гликолевой или молочной кислоты, где остальная часть приспособления содержит нерассасывающийся компонент. Приспособление содержит множество волокон, содержащих рассасывающийся компонент, который может быть использован в виде плоской ленты при восстановления связки или сухожилия. Требуемый предел прочности получают путем увеличения конечного денье (плотности) ленты. Патент США №5061283 раскрывает двухкомпонентное приспособление, содержащее полиэтилентерефталат и блок-сополимер полиэстера/полиэфира, для применения в восстановлении связки. Патент США №5263984 описывает протез связки, который состоит из биологически рассасывающихся нитей двух плотностей. Тем не менее, в данной области до сих пор требуется способ восстановления связок и сухожилий, который повысит врастание клеток и метапластическое преобразование трансплантированной ткани, чтобы получить функционально сильную новую связку/сухожилие.

Сущность изобретения

Данное изобретение относится к способу восстановления, регенерации или реконструкции связки или сухожилия при повреждении связки/сухожилия, например, при повреждении суставной связки, который включает имплантацию в область поврежденной связки/сухожилия биосовместимого лоскута для восстановления, который поддерживает врастание клеток и образование новой ткани.

Данное изобретение относится к способу восстановления у пациента связки или сухожилия, включающему этап наложения лоскута на указанную связку или сухожилие, где лоскут является гибким и биосовместимым и содержит опорный слой, содержащий коллаген, и матриксный слой, содержащий коллаген и гиалуроновую кислоту.

В различных воплощениях данного способа опорный слой представляет собой слой из коллагенового листа.

В некоторых воплощениях этого способа опорный слой включает свиную, бычью или лошадиную перикардиальную мембрану или расщепленную свиную кожу.

В некоторых воплощениях этого способа опорный слой является проницаемым для клеток.

В различных воплощениях данного способа опорный слой содержит слой высушенной расщепленной свиной кожи (Xenoderm).

В некоторых воплощениях этого способа матриксный слой представляет собой пористый коллагеновый слой.

В некоторых воплощениях этого способа матриксный слой содержит матрикс из коллагеновых волокон.

В некоторых воплощениях этого способа коллаген матриксного слоя содержит коллаген свиного, лошадиного, бычьего или растительного происхождения.

В некоторых воплощениях этого способа гиалуроновая кислота матриксного слоя содержит природную нечеловеческую гиалуроновую кислоту.

В различных воплощениях этого способа природная гиалуроновая кислота матриксного слоя содержит природную нечеловеческую гиалуроновую кислоту, полученную путем бактериальной ферментации.

В некоторых воплощениях этого способа матрикс содержит гиалуроновую кислоту в виде волокон, порошка, геля или кремовой суспензии.

В других воплощениях этого способа матриксный слой представляет собой пористую коллагеновую составную прокладку с распределенными в ней коллагеновыми волокнами и природной гиалуроновой кислотой, диспергированной в свободном пространстве коллагеновых волокон.

В некоторых воплощениях этого способа матриксный слой также содержит одно или более чем одно соединение, выбранное среди анальгетиков, противовоспалительных агентов, антибиотиков и агентов, способствующих регенерации связки или сухожилия.

В некоторых воплощениях способа агенты, способствующие регенерации связки или сухожилия, выбраны из группы, состоящей из: факторов роста, диацереина, реина, хитозана и его производных, богатой тромбоцитами плазмы (PRP) и полимолочной кислоты. Факторы роста могут быть выбраны из группы, состоящей из (но не ограничиваясь ими): фактора роста фибробластов (FGF), трансформирующего фактора роста (TGF-β1), основного фактора роста фибробластов (bFGF), фактора роста гепатоцитов (HGF), крови, костных морфогенетических белков (BMP), остеоиндуктивного фактора (IFO), фибронектина (FN), фактора роста эндотелиальных клеток (ECGF), экстрактов прикрепления цемента (CAE), кетансерина, человеческого гормона роста (HGH), гормонов роста животных, эпидермального фактора роста (EGF), человеческого альфа-тромбина, инсулиноподобного фактора роста (IGF-I), тромбоцитарного фактора роста (PDGF, PDGF-AB), хемотаксического фактора периодонтальной связки (PDLGF) и соматотропина.

В другом воплощении агенты включают живые клетки, например фибробласты и/или стволовые клетки. Когда используются стволовые клетки, в некоторых воплощениях исключены человеческие эмбриональные стволовые клетки.

В дополнительных воплощениях этого способа лоскут также содержит третий слой, который расположен на матриксном слое таким образом, что матриксный слой размещается между опорным слоем и третьим слоем.

В некоторых воплощениях этого способа третий слой представляет собой слой из коллагенового листа.

В некоторых воплощениях этого способа третий слой включает свиную, бычью или лошадиную перикардиальную мембрану или расщепленную свиную кожу.

В некоторых воплощениях этого способа третий слой является проницаемым для клеток.

В различных воплощениях данного способа третий слой содержит слой высушенной расщепленной свиной кожи (Xenoderm).

В некоторых воплощениях этого способа лоскут имеет толщину от 0,5 до 2 мм.

В других воплощениях этого способа связка или сухожилие выбрано из группы связок, соединенных с головой, шеей, позвоночником, грудной клеткой, тазом, связок в верхних и нижних конечностях, например, плече, локте, запястье, кисти, бедре, колене, стопе и голеностопном суставе, и из группы сухожилий в верхних и нижних конечностях, в частности в плече, локте, руке, бедре, колене, стопе и голеностопном суставе.

В некоторых воплощениях этого способа связка выбрана из группы, состоящей из перстнещитовидной связки, периодонтальной связки, поддерживающей связки хрусталика, поддерживающей связки молочной железы, передней подвздошной связки, задней подвздошной связки, крестцово-бугорной связки, крестцово-остистой связки, нижней лобковой связки, верхней лобковой связки, поддерживающей связки полового члена, ладонной лучезапястной связки, дорсальной лучезапястной связки, локтевой коллатеральной связки, радиальной коллатеральной связки, акромиально-ключичной связки, клювовидно-ключичной связки, крестообразной связки, передней крестообразной связки (ACL), боковой коллатеральной связки (LCL), задней крестообразной связки (PCL), медиальной коллатеральной связки (MCL) и связки коленной чашечки.

В различных воплощениях этого способа сухожилие выбрано из группы сухожилий, состоящей из (но не ограничиваясь ими), сухожилий, соединенных с нижними и верхними конечностями, сухожилий в грудной и брюшной области, сухожилий позвоночника, включая голову и шею, сухожилий в области бедра и таза, колена, стопы и голеностопного сустава, и четырехглавого сухожилия, надколенного сухожилия, большеберцового переднего и заднего сухожилий, перонеальных сухожилий, ахиллова сухожилия, сухожилий разгибателей, сгибателей, абдукторов и аддукторов стопы и пальцев ног, сухожилий в плече, локте и кисти, сухожилий вращательной манжеты плеча, подлопаточного сухожилия, сухожилия дельтовидной и большой грудной мышцы, сухожилия двуглавой мышцы плеча, сухожилия трехглавой мышцы плеча, сухожилий разгибателей, сгибателей, абдукторов и аддукторов кисти и пальцев рук. Также включены любые другие связки и сухожилия.

В некоторых воплощениях этого способа пациент страдает от нарушения, затрагивающего связку или сухожилие, включая воспаление, аутоиммунное заболевание, инфекцию, напряжение, деформацию, разрыв, растяжение, выкручивание, перенапряжение или разрыв связки или сухожилия.

Краткое описание графических материалов

Фиг. 1 представляет вид в поперечном сечении стерилизуемого гибкого спрессованного лоскута 10 для восстановления связки или сухожилия, содержащего два слоя, опорный слой 22 и матриксный слой 30, формирующие спрессованный материал 12 для способа данного изобретения, детализируя состав матрикса лоскута, где коллаген и гиалуроновая кислота расположены в виде волокон, а опорный слой является пористым (фиг. 1А) или непористым (фиг. 1В).

На фиг. 2 представлен сбоку вид в поперечном сечении некоторых воплощений стерилизуемого гибкого спрессованного лоскута для восстановления связки или сухожилия, содержащего два или три слоя, для способа данного изобретения, на фиг. 2А подробно представлен состав матрикс лоскута, где коллаген и гиалуроновая кислота расположены в виде волокон, на фиг. 2В подробно представлен состав внутреннего матрикса лоскута, где коллаген расположен в виде волокон, а гиалуроновая кислота расположена в виде кремовой суспензии или в виде вязкоэластичного раствора, на фиг. 2С показаны опорный и третий слои, оба имеющие механический стабилизирующий элемент, на фиг. 2D показано воплощение, в котором опорный слой имеет механический стабилизирующий элемент, а на фиг. 2Е показано воплощение, в котором опорный слой имеет сложные механические стабилизирующие элементы.

На фиг. 3 показан сбоку вид в поперечном сечении воплощения стерилизуемого гибкого спресованного лоскута для восстановления связки или сухожилия, содержащего опорный, матриксный и третий слои, для способа по данному изобретению. Слой 22 представляет собой пористый опорный слой, где слой 16, возможно, является герметичным или пористым. Конфигурация матрикса напоминает выделенную область на фиг. 2Е.

На фиг. 4 показана процедура возможного наложения лоскута данного изобретения (слой А) на трансплантат, где лоскут прикреплен к трансплантату с помощью аутологичного клея с повышенным содержанием фактора роста, вводимого между трансплантатом и лоскутом, и круговых нитей. Если лоскут состоит из опорного и матриксного слоев, то он может быть наложен матриксным или опорным слоем к месту повреждения, при этом в некоторых воплощениях предпочтительно, чтобы к месту повреждения был обращен матриксный слой. В других воплощениях, если лоскут содержит опорный, матриксный и третий слои, то лоскут может быть наложен опорным или третьим слоем к месту повреждения. Иллюстративные лоскуты подробно показаны на фиг. 1А, 1В, 2А-2Е и 3.

На фиг. 5 показано дополнительное схематическое изображение трансплантата связки или сухожилия без присоединения к кости. Лоскут (слой А) по данному изобретению, например, лоскут, подробно описанный на фиг. 1А, 1В, 2А-2Е и 3, отрезают с длиной и шириной, приблизительно соответствующей размерам трансплантата. Лоскут фиксируют на трансплантате с использованием аутологичного клея с повышенным содержанием фактора роста, вводимого между трансплантатом и лоскутом и круговыми нитями.

На фиг. 6 показаны клетки-предшественники (60), которые мигрируют из фибрин-кровяного сгустка (59) в поврежденное сухожилие/связку (61) и в матрикс лоскута для восстановления (12), дифференцируясь в фибробласты (62). Фиг. 6А: вид сбоку на лоскут для восстановления сухожилия/связки; Фиг. 6В: поперечный срез процесса восстановления сухожилия/связки.

Подробное описание изобретения

Одной из проблем, с которой сталкиваются в области восстановления связок и сухожилий, является вопрос, как усилить регенерацию ткани связки или сухожилия в месте повреждения связки или сухожилия.

Термин “повреждение связки или сухожилия”, используемый в данном документе, относится к хроническому или острому состоянию, воздействующему на связку или сухожилие. Примерами повреждений связок или сухожилий являются воспаление, аутоиммунное заболевание, инфекция, напряжение, деформация, разрыв, растяжение, выкручивание, перенапряжение или разрыв связки или сухожилия.

Целью данного изобретения является обеспечение способа восстановления связок или сухожилий, который приведет к восстановлению функциональной анатомической ткани связки или сухожилия.

Термин “восстановление связки или сухожилия”, используемый в данном изобретении, означает, что повреждение связки или сухожилия, хроническое или острое состояние, воздействующее на связки или сухожилия, излечивается или по меньшей мере облегчается таким образом, что функция связки или сухожилия по меньшей мере частично восстанавливается или полностью восстанавливается.

Недостатком известных рассасывающихся протезов исключительно на основе синтетических неколлагеновых полимеров является то, что протезы не могут проявлять благотворные исцеляющие свойства биополимеров, таких как коллаген. Хорошо известно, что клетки повреждения-заживления, такие как фибробласты, имеют особое сродство к коллагену и некоторым другим биополимерам. Это свойство называется хемотаксическим эффектом коллагена.

Изобретение основано на неожиданном открытии изобретателя, что гибкий и биосовместимый лоскут, содержащий опорный слой с коллагеном и матриксный слой с коллагеном и гиалуроновой кислотой, может быть с успехом использован для восстановления связок и сухожилий и может — вместе с субхондральной кровью и ее MSC или добавленной клеточной культурой фибробластов и фибриновым клеем — представить биофабрику, которая сильно улучшает процесс восстановления связки или трансформации структуры имплантированного трансплантата связки в новую связку. То же самое относится к применению лоскута для восстановления сухожилий.

Таким образом, данное изобретение относится к способам восстановления связки или сухожилия у субъекта, такого как человек, включающим наложение такого лоскута на связку или сухожилие упомянутого субъекта.

Соответственно, в некоторых воплощениях данное изобретение относится к способу восстановления связки у субъекта, включающему наложение такого лоскута на связку указанного субъекта.

Кроме того, в различных воплощениях данное изобретение относится к способу восстановления сухожилия у субъекта, включающему наложение такого лоскута на сухожилие указанного субъекта.

Субъектом может быть человек.

Заявляемый способ является предпочтительным, поскольку он способствует более быстрой регенерации поврежденных связок и сухожилий или трансплантатов связок и сухожильных, следовательно, обеспечивает преимущество из-за более быстрого функционального и анатомического восстановления пациентов.

Кроме того, заявленный способ является предпочтительным, поскольку для этого способа восстановления связки или сухожилия не требуется клеточная культура, как это было в ранее известных способах. Тем не менее, в некоторых воплощениях способ может включать применение лоскута для восстановления, который содержит культивируемые клетки для еще более быстрого восстановления связки или сухожилия.

В некоторых воплощениях описанный здесь способ не распространяется на формирование фиброзной ткани в месте повреждения.

Таким образом, данное изобретение относится к способам восстановления у пациента связки или сухожилия, включающим этап наложения лоскута на указанную связку или сухожилие, где лоскут является гибким и биосовместимым и содержит опорный слой с коллагеном и матриксный слой с коллагеном и гиалуроновой кислотой.

Лоскут является биологически приемлемым, совместимым и простым в применении. Он имеет сравнительно быстрое время закрепления и обладает требуемыми адгезионными и когезионными свойствами. Он не является токсичным и ригидным. Кроме того, он не мешает процессу заживления или формирования ткани новой связки или сухожилия и не способствует образованию других мешающих или нежелательных тканей.

Хотя данное изобретение описано для применения у людей, в некоторых воплощениях способ согласно данному изобретению, описанному здесь, может быть применен к животным, в том числе, но не ограничиваясь ими, к млекопитающим и птицам. В различных воплощениях способ восстановления связки или сухожилия применяется для млекопитающих, таких как собаки, кошки, лошади, коровы, овцы, свиньи, обезьяны, человекообразные обезьяны, шимпанзе, человек и другие млекопитающие, у которых может потребоваться восстановление поврежденной связки или сухожилия. Тем не менее, этот список не является исчерпывающим, и этот лоскут для восстановления можно легко использовать для любого животного.

Термин “восстановление”, “заживление” или “лечение” состояния, описанного в данном документе, относится к выполнению протокола, который может включать введение одного или более чем одного лекарственного средства субъекту (человеку или иному субъекту), и/или к выполнению хирургической операции (минимально инвазивной или иной) у пациента с целью смягчения признаков или симптомов состояний, описанных в данном документе, например разрыва или другого типа повреждения связки или сухожилия. Термины также включают профилактику такого состояния, например, путем профилактики рецидива. Рецидив может возникнуть, когда разорванная или поврежденная связка или сухожилие не заживает должным образом, и сустав остается нестабильным и болезненным. Кроме того, профилактика может включать подавление образования рубцовой ткани и/или спаек, которые иногда возникают в связке в процессе заживления при другом типе повреждения. Кроме того, “лечение” не требует полного облегчения признаков или симптомов и не требует ухода.

В некоторых воплощениях лоскут для восстановления изготовлен из слоев, содержащих природные полимеры и/или синтетические полимеры. В различных воплощениях коллаген опорного слоя и/или матриксного слоя содержит коллаген животного или растительного происхождения.

В некоторых воплощениях коллаген опорного слоя и/или матриксного слоя может быть получен от животных, предпочтительно млекопитающих, таких как собаки, кошки, лошади, коровы, овцы, свиньи, обезьяны, человекообразные обезьяны, шимпанзе, или от человека. В некоторых воплощениях используется аутологичный лоскут для восстановления, где коллаген получают от субъекта, которого лечат с помощью лоскута для восстановления связки или сухожилия. Среди этих воплощений от человека может быть получен коллаген для изготовления лоскута, который позже имплантируют этому пациенту для восстановления связки или сухожилия.

Источниками коллагена являются коллагеновые ткани, которые у млекопитающих включают кожу (шкуру), сухожилия, кишечник, широкую фасцию, перикард и твердую мозговую оболочку. Одной из возможностей для получения коллагена является применение подслизистого слоя тонкого кишечника. Коллагеновый слой может быть получен из дентина и кортикальной пластины кости, например, из свиного или бычьего дентина и кортикальной пластины кости.

Например, коллаген может быть типа I, II, III, IV, V, IX или X. Предпочтительно коллаген является коллагеном I типа.

Коллаген I типа является преобладающим компонентом внеклеточного матрикса человеческой передней крестообразной связки и представляет собой пример выбора для изготовления биоинженерного каркаса. Коллаген находится преимущественно в волокнистой форме, что позволяет конструировать материалы с очень различающимися механическими свойствами за счет изменения объемной доли, ориентации волокон и степени сшивки коллагена. Биологические свойства скорости клеточной инфильтрации и деградации матрикса также могут быть изменены за счет изменения размера пор, степени сшивки и использования дополнительных соединений, таких как гликозаминогликаны, факторы роста и цитокины. В некоторых воплощениях слои на основе коллагена, описанные в данном документе, изготовлены из собственной кожи пациента, таким образом сводится к минимуму антигенность имплантата.

Цитокины представляют собой небольшие белковые молекулы клеточного сигналинга, которые секретируются многочисленными клетками. Цитокины могут быть белками, пептидами или гликопротеинами. На основе их предполагаемой функции, секретируемых клеток или мишени действия цитокины были классифицированы на лимфокины, интерлейкины и хемокины. Группа цитокинов включает, но не ограничиваясь ими, IL-2, IL-4, интерферон гамма (IFN-γ), TGF-β, IL-10, IL-13, эритропоэтин (ЕРО), тромбопоэтин (ТРО), IL-17 и IL-18.

В различных воплощениях опорный слой представляет собой слой из коллагенового листа.

В некоторых воплощениях опорный слой предпочтительно является биосовместимым, биоразлагающимся, гидрофильным, нереактивным и/или может иметь или имеет определенную структуру.

В некоторых воплощениях опорный слой из коллагенового листа может быть пористым или непористым.

Пористый в смысле данного изобретения означает, что слой является проницаемым для клеток и, таким образом, имеет отверстия, через которые клетки могут мигрировать. В некоторых воплощениях опорный слой имеет поры с диаметром от 1 мкм до 2 мм.

С другой стороны, непористые слои не содержат пор, через которые могли бы мигрировать клетки. В некоторых воплощениях непористые слои имеют поры, через которые могут мигрировать молекулы, но не клетки. Молекулы, которые могут проникать через слой, могут быть только небольшими молекулами, такими как вода или питательные вещества, например глюкоза, или, альтернативно, могут быть также более крупными молекулами, такими как белки. В других воплощениях непористые слои полностью непроницаемы. В некоторых воплощениях опорный слой из коллагенового листа является проницаемым для клеток.

Кроме того, в различных воплощениях опорный слой покрыт или пропитан агентом или агентами для повышения восстановления связки или сухожилия, такими как гиалуроновая кислота, ангиогенные факторы, факторы роста, противовоспалительные соединения, цитокины и/или ингибиторы коллагеназы. Такие агенты могут диффундировать непосредственно в организм прямо к месту восстановления и/или могут высвобождаться в течение долгого времени или постоянно оставаться в опорном слое. Для последнего эффекта агенты могут быть изготовлены в виде составов с контролируемым высвобождением, таких как составы с замедленным высвобождением или с отсроченным высвобождением.

В различных воплощениях опорный слой содержит перикардиальную мембрану или расщепленную кожу.

Перикардиальная мембрана может быть выбрана из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, перикардиальную мембрану собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека.

Расщепленная кожа может быть выбрана из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, расщепленную кожу собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека.

В различных воплощениях опорный слой содержит свиную перикардиальную мембрану или свиную расщепленную кожу. В некоторых воплощениях опорный слой содержит высушенную свиную расщепленную кожу.

Поры в коллагеновом опорном слое могут быть природного происхождения или могут быть результатом процесса, выполняемого после изготовления коллагенового слоя. Например, поры могут быть введены в опорный слой путем штамповки, перфорации и/или вырезания.

В одном воплощении опорный слой содержит перикардиальную мембрану, которая первоначально является непористой или по существу непористой, и которую подвергают процессу введения в мембрану пор. Этот процесс приводит к получению проницаемого для клеток коллагенового слоя, сделанного из перикардиальной мембраны. Например, поры могут быть введены в перикардиальную мембрану путем штамповки, перфорации и/или вырезания. В некоторых воплощениях опорный слой включает проницаемую для клеток перикардиальную мембрану, которая выбрана из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, проницаемую для клеток перикардиальную мембрану собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека. В определенном воплощении опорный слой включает проницаемую для клеток свиную перикардиальную мембрану.

В различных воплощениях опорный слой содержит слой высушенной расщепленной кожи, где расщепленная кожа может быть получена от собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека. В одном воплощении опорный слой содержит слой высушенной свиной расщепленной кожи (Xenoderm).

Таким образом, как показано на фиг. 1А и 1В, лоскут для восстановления, используемый в данном изобретении, может быть имплантируемым лоскутом 10 для восстановления связки или сухожилия, содержащим два слоя, который является биологически совместимым и физиологически рассасывающимся, и который функционирует in situ, способствуя регенерации ткани связки или сухожилия в поврежденной связке или сухожилии. Данный лоскут 10 для восстановления связки или сухожилия представляет собой гибкий спрессованный материал 12, который может быть имплантирован в место повреждения и действует, способствуя регенерации ткани связки или сухожилия. Целью лоскута 10 для восстановления связки или сухожилия является стимуляция восстановления ткани связки или сухожилия in situ, например, после артроскопического или открытого хирургического наложения пациенту лоскута 10 для восстановления связки или сухожилия на поврежденную связку и/или сухожилие. Лоскут может состоять из опорного слоя (пористого в 1А, непористого в 1 В) и матриксного слоя 30, содержащего коллагеновые волокна 36, волокна гиалуроновой кислоты 40, диацереин 46а и реин 46b.

В некоторых воплощениях лоскут 10 для восстановления связки или сухожилия является биоразлагающимся за счет взаимодействия его компонентов с коллагеназой и другими протеазами и будет поглощаться и исчезать с течением времени. В этих условиях спрессованный материал 12 лоскута 10 для восстановления связки или сухожилия полностью выполнен из материалов, которые являются биологически совместимыми и физиологически рассасывающимися, так что лоскут для восстановления связки или сухожилия может быть имплантирован пациенту навсегда и исчезнет из места имплантации в течение некоторого времени.

Как правило, матриксный слой может быть выполнен из природного или синтетического материала. Синтетические матриксы изготовлены преимущественно из полимерных материалов. Синтетические матриксы имеют преимущество тщательно определенного химического состава и структурного устройства. Некоторые синтетические матриксы не разлагаются. Хотя неразлагающиеся матриксы могут помочь в восстановлении, они не заменяются при ремоделировании и, следовательно, часто не могут быть использованы для полного восстановления связок или сухожилий. Также нежелательно оставлять навсегда инородные материалы в суставе из-за проблем, связанных с образованием частиц износа, таким образом, разлагаемые материалы являются предпочтительными. Разлагаемые синтетические матриксы могут быть сконструированы для контроля скорости деградации.

В некоторых воплощениях матриксный слой содержит коллаген и гиалуроновую кислоту и изготовлен таким образом, что он предпочтительно является сжимаемым и/или упругим и имеет некоторую устойчивость к деградации, например, синовиальной жидкостью и катаболическими ферментами воспалительного процесса. Синовиальная жидкость, как часть нормальной активности сустава, естественным образом препятствует образованию тромбов.

Матриксный слой может быть твердым материалом, таким, что его форма сохраняется, или полутвердым материалом, способным изменять форму и/или размер. Матриксный слой может быть изготовлен в виде растяжимого материала, способного сжиматься или расширяться по мере необходимости. В некоторых воплощениях матриксный слой способен абсорбировать плазму, кровь, другие жидкости организма, клетки, белки, полимеры, жидкость, гидрогель или другие материалы, которые вступают в контакт с матриксным слоем или добавляются к нему.

В других воплощениях матриксный слой представляет собой пористый коллагеновый слой. В некоторых воплощениях поры коллагенового матриксного слоя являются порами для клеток.

В некоторых воплощениях коллагеновый матриксный слой изготовлен из коллагеновых волокон или коллагена с высокой степенью сшивки.

В некоторых воплощениях матриксный слой содержит матрикс из коллагеновых волокон.

Коллаген матриксного слоя может быть выбран из коллагена животного или растительного происхождения.

В некоторых воплощениях коллаген матрикса выбран из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, коллаген собаки, кошки, лошади, коровы, овцы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы, человека или коллаген растительного происхождения.

В различных воплощениях коллаген матриксного слоя содержит коллаген свиньи, лошади, коровы или коллаген растительного происхождения.

В некоторых воплощениях коллагеновый матриксный слой содержит коллагеновый биологически приемлемый золь-гель, гель, волокнистый матрикс, губку, вспененный коллаген, структуру «пчелиных сот», гидрогель или полимерную сетку.

В различных воплощениях матрикс является простым золь-гелевым раствором, коллоидной суспензией, которая при определенных условиях переходит из жидкой формы (золь) в твердую (гель). Золь представляет собой водную суспензию коллагена, которая перешла при тепловой обработке в гель.

В различных воплощениях матриксный слой содержит коллаген, который может быть получен из коллагена I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX и/или X типа. В некоторых воплощениях матриксный слой изготовлен из коллагена I типа, коллагена II типа, коллагена IV типа, сокращенного под влиянием клеток коллагена, содержащего протеогликаны, гликозаминогликаны или гликопротеиды, и/или желатина. В различных воплощениях матриксный слой также содержит агарозу, полимеры ароматических органических кислот, фибронектин, ламинин, биологически активные факторы роста, противовоспалительные соединения, цитокины, эластин, фибрин, природные и/или синтетические полимерные волокна, изготовленные из поликислот, таких как полимолочная, полигликолевая или полиаминокислоты, поликапролактоны, полиаминокислоты, полипептидный гель, их сополимеры и их комбинации. В некоторых воплощениях матрикс содержит гелевый раствор, который может быть полимерным термообратимым гелеобразующим гидрогелем.

В различных воплощениях матриксный слой покрыт природным или неприродным полимером(ами). Покрытие содержит гель, в частности, гидрогель, выбранный из группы, состоящей из альгината натрия, гиалуроновой кислоты, сшитой гиалуроновой кислоты, сшитого альгината кальция и смеси альгината кальция и сшитой гиалуроновой кислоты.

Гиалуроновая кислота, также называемая гиалуронаном или гиалуронатом, является гликозаминогликаном. Она является природным биополимером, имеющим биологические функции в организмах от бактерий до высших животных, включая человека. У животных она является одним из главных компонентов внеклеточного матрикса. В значительной степени она способствует пролиферации и миграции клеток, а также может быть вовлечена в прогрессию некоторых злокачественных опухолей. Гиалуроновая кислота естественным образом содержится во многих тканях организма, таких как кожа, суставы и стекловидное тело. Поэтому она хорошо подходит для биомедицинских применений, ориентированных на эти ткани. Гиалуроновая кислота, которая может быть использована в данном изобретении, может иметь любую молекулярную массу, например от примерно 100 кДа до нескольких миллионов Да, предпочтительно от 500 кДа и 6000 кДа. В различных воплощениях гиалуроновая кислота матриксного слоя содержит природную гиалуроновую кислоту. В некоторых воплощениях гиалуроновая кислота матрикса выбрана из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, гиалуроновую кислоту собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы, человека, гиалуроновую кислоту растительного или микробного происхождения.

В различных воплощениях гиалуроновая кислота матриксного слоя содержит природную нечеловеческую гиалуроновую кислоту.

В некоторых воплощениях природная гиалуроновая кислота матриксного слоя содержит природную нечеловеческую гиалуроновую кислоту, полученную путем бактериальной ферментации.

Бактериальное производство гиалуроновой кислоты (НА) с участием штамма Streptococcus zooepidemicus впервые было описано в 1989 году, что привело к первой коммерциализации ферментированной НА.

Ультрачистый гиалуронат натрия, продаваемый Novozymes под названием HyaCare, производится путем ферментации нового и непатогенного штамма Bacillus subtilis, продукты из которого общепризнаны безопасными (GRAS).

В некоторых воплощениях гиалуроновая кислота может быть получена из Streptococcus zooepidemicus или Bacillus subtilis.

В различных воплощениях матрикс содержит гиалуроновую кислоту в форме волокон, порошка, раствора, геля или кремовой суспензии.

В некоторых воплощениях коллагеновый матрикс погружают в раствор гиалуроновой кислоты или геля. Таким образом, гиалуроновая кислота распределяется по матриксу.

В различных воплощениях матриксный слой содержит коллаген, сополимеризованный с гиалуроновой кислотой.

Лоскут для восстановления, используемый в способе по данному изобретению, может содержать определенное весовое соотношение коллагена и НА, которое является благоприятным для восстановления связки или сухожилия. В некоторых воплощениях весовое отношение коллагена и НА составляет от примерно 0,1:99,9 до примерно 50:50, если НА имеет молекулярную массу в диапазоне от 0,5 до 6000000 Да.

В некоторых воплощениях матриксный слой представляет собой проницаемую для клеток коллагеновую составную прокладку с распределенными в ней коллагеновыми волокнами и природной гиалуроновой кислотой, диспергированной в свободных пространствах коллагеновых волокон.

В некоторых воплощениях матриксный слой содержит коллаген, гиалуроновую кислоту и полимолочную кислоту, например, поли-L-молочную кислоту. Например, матриксный слой может представлять собой проницаемую для клеток коллагеновую составную прокладку с распределенными в ней коллагеновыми волокнами и природной гиалуроновой кислотой и полимолочной кислотой, например, поли-L-молочной кислотой, диспергированной в свободных пространствах коллагеновых волокон.

Матриксный слой также может содержать белок, лиофилизированный материал или любой другой подходящий материал. В этом контексте белок может быть синтетическим, биоабсорбируемым или белком природного происхождения. В различных воплощениях матриксный слой включает белки, выбранные из группы белков внеклеточного матрикса. Группа белков внеклеточного матрикса включает, но не ограничиваясь ими, фибрин, эластин, фибронектин и ламинин.

Лиофилизированный материал является материалом, который способен набухать, когда жидкость, гель или другая текучая среда добавляется или вступает с ней в контакт.

В различных воплощениях матриксный слой также содержит гликозаминогликан (GAG), гиалуронановые композиции, а также различные синтетические композиции.

Сополимеры коллагена и гликозаминогликана (CG) были успешно использованы в регенерации дермы и периферических нервов. Пористые природные полимеры, изготовленные в виде губчатых и волокнистых каркасов, были исследованы в качестве имплантатов для облегчения регенерации отдельных тканей опорно-двигательного аппарата, включая связки и сухожилия. Каркас, например губчатый каркас, может быть также изготовлен из сухожилия (ксенотрансплантат, аллотрансплантат, аутотрансплантат) или из связки или кожи или другой соединительной ткани, которая может быть в нативном состоянии или переработанном для облегчения врастания клеток или других биологических функций.

В различных воплощениях матриксный слой содержит сополимеры коллагена и гликозаминогликана (CG).

Гликозаминогликаны (GAG) или мукополисахариды являются полисахаридами, состоящими из остатков гексозаминов, гликозидно связанных и меняющихся более или менее постоянным образом с гексауроновой кислотой или гексозными группировками. GAG имеют животное происхождение и тканеспецифическое распределение (см, например, Dodgson et al., in Carbohydrate Metabolism and its Disorders, Dickens et al., eds., Vol. 1, Academic Press (1968)). Реакция с GAG также дает коллаген с другим ценным качеством, т.е. с невозможностью спровоцировать иммунную реакцию (внешнюю реакцию организма) у животного-хозяина.

В некоторых воплощениях матрикс содержит GAG, которые включают, но не ограничиваясь ими, те, которые содержат сульфатные группы, например гиалуроновую кислоту, гепарин, гепаринсульфат, хондроитин-6-сульфат, хондроитин-4-сульфат, дерматансульфат и кератинсульфат.

Другие GAG также могут быть пригодны для формирования матрикса, описанного в данном документе, и специалисты в данной области знают или смогут определить другие подходящие GAG с помощью не более чем рутинных экспериментов. Более подробное описание мукополисахаридов см. в Aspinall, Polysaccharides, Pergamon Press, Oxford (1970).

В некоторых воплощениях матрикс содержит по меньшей мере один или более чем один коллаген-GАG-сополимер, включая, но не ограничиваясь ими, гиалуроновую кислоту, гепарин, гепаринсульфат, хондроитин-6-сульфат, хондроитин-4-сульфат, дерматансульфат и кератинсульфат.

В некоторых аспектах изобретения матриксный слой содержит губчатую или губкоподобную структуру.

Материал, создающий губчатый каркас, может быть гидрофильными. Губчатый каркас способен к сжатию и расширению по мере необходимости. Например, губчатый каркас может быть сжат до или во время имплантации в место восстановления. Сжатый губчатый каркас позволяет губчатому каркасу расширяться в месте восстановления. Губка может быть лиофилизированной и/или сжатой в момент помещения ее в место восстановления и расширяться на месте. Расширение губчатого каркаса может произойти после контакта с кровью или другой жидкостью в месте восстановления или после внесения в место восстановления. Губчатый каркас может быть пористым. Перед имплантацией в место восстановления губчатый каркас может быть пропитан или покрыт жидким, гелевым или гидрогелевым материалом для восстановления. Покрытие или пропитывание губчатого каркаса может облегчить имплантацию в относительно неопределенную область дефекта, а также может помочь заполнению особенно большой площади дефекта. В предпочтительном воплощении губчатый каркас обрабатывают гидрогелем. Примеры каркасов и материалов для восстановления, используемых в соответствии с изобретением, можно найти в патенте США №6964685 и в заявке на патент США №№2004/0059416 и 2005/0261736, полное содержание которых включено в данное описание посредством ссылки. Все матриксные покрытия, описанные в материалах данной заявки, подробно описаны в качестве пригодных покрытий для губчатых каркасных матриксов.

В различных воплощениях коллаген образует губчатый каркас.

В различных воплощениях матриксный слой также содержит один или более чем один из следующих полимеров: природных или синтетических полимеров, рассасывающихся или нерассасывающихся полимеров.

Примеры рассасывающихся полимеров включают, но не ограничиваясь ими, поли(альфа-гидроксикислоты), сополимер полилактида с гликолидом (PLGA), полилактид (PLA), полигликолид (PG), конъюгаты полиэтиленгликоля (PEG) и поли(альфа-гидроксикислот), сложные полиортоэфиры, полиаспирины, полифосфазены, эластин, шелк, целлюлозу, крахмал, хитозан, желатин, альгинаты, циклодекстрин, полидекстрозу, декстраны, винилпирролидон, поливиниловый спирт (PVA), сополимер PVA-g-PLGA, (полиактивный) сополимер полиэтиленгликольтерефталата и полибутилентерефталата (PEGT-PBT), метакрилаты, поли(N-изопропилакриламид), полиэтиленоксид (также известный как полиоксиэтилен или РЕО), полипропиленоксид (также известный как полиоксипропилен или РРО), поли(аспарагиновую кислоту) (РАА), РЕО-РРО-РЕО (Pluronics(R), BASF), сополимеры PEO-PPO-PAA, PLGA-PEO-PLGA, сложные полифосфоэфиры, полиангидриды, полиэфирные ангидриды, полиаминокислоты, сложные полиуретанэфиры, полифосфазены, поликапролактоны, политриметилентерефталаткарбонаты, полидиоксаноны, сложные полиамидэфиры, поликетали, полиацетали, гликозаминогликаны, хондроитинсульфат, сложные эфиры гиалуроновой кислоты, полиэтиленвинилацетаты, силиконы, полиуретаны, полипропиленфумараты, полидезаминотирозинкарбонаты, полидезаминотирозинарилаты, полидезаминотирозина эфир карбонаты, полидезаминотирозин эфир арилаты, полиортокарбонаты, поликарбонаты или их сополимеры или их физические смеси или комбинации.

Термины “хитозаны” и “хитозан и его производные” относятся к группе соединений, включающей, но не ограничиваясь ими, хитозан, хитозана гидрохлорид, карбоксиметилхитозан, хитозана лактат, хитозана ацетат, хитозана глутамат, хитозана сукцинат, N-(2-гидрокси)пропил-3-триметиламмония хитозана хлорид, N-триметилен хитозана хлорид и их фармацевтически приемлемые соли.

Нерассасывающиеся полимеры могут включать, но не ограничиваясь ими, полиэтилен, делрин, силикон, полиуретан, сополимеры силикона и полиуретана, полиолефины, такие как полиизобутилен и полиизопрен, акриламиды, такие как полиакриловую кислоту и поли(акрилонитрил-акриловую кислоту), неопрен, нитрил, акрилаты, такие как полиакрилаты, поли(2-гидроксиэтилметакрилат), метилметакрилат, 2-гидроксиэтилметакрилат и сополимеры акрилатов с N-винилпирролидоном, N-виниллактамы, акриламид, полиуретаны и полиакрилонитрил, глюкоманнан гель, алкилцеллюлозы, гидроксиалкил метилцеллюлозы, вулканизированную резину и их комбинации. Примеры полиуретанов включают термопластичные полиуретаны, алифатические полиуретаны, сегментированные полиуретаны, гидрофильные полиуретаны, полиэфируретан, поликарбонат-уретан и силикон полиэфир-уретан. Вулканизированная резина, описанная в данном документе, может быть получена, например, в процессе вулканизации с использованием сополимера, полученного, как описано, например, в патенте США №5245098 Summers et al. из 1-гексена и 5-метил-1,4-гексадиена.

Другие подходящие нерассасывающиеся материалы включают, но не ограничиваясь ими, имеющие низкую или высокую степень сшивки биосовместимые гомополимеры и сополимеры гидрофильных мономеров, таких как 2-гидроксиалкилакрилаты и метакрилаты, N-винилмономеры и этиленненасыщенные кислоты и основания; полицианоакрилат, блок-сополимеры полиэтиленоксида и полипропиленгликоля, полигалактуроновую кислоту, поливинилпирролидон, поливинилацетат, полиалкиленгликоли, полиэтиленоксид, сульфированные полимеры, виниловые эфирные мономеры или полимеры, альгинат, поливиниловые амины, поливинилпиридин и поливинилимидазол.

В некоторых воплощениях описанные выше полимеры сшиты с коллагеном и/или гиалуроновой кислотой матриксного слоя.

Специалисту в данной области хорошо известно о том, что в зависимости от степени сшивки в биологически рассасывающихся полимерах время распада полимера может быть уменьшено, что позволяет контролировать скорость деградации матрикса.

В различных воплощениях матриксный слой также содержит одно или более чем одно соединение, выбранное среди анальгетиков, противовоспалительных агентов, антибиотиков и агентов, способствующих регенерации связки или сухожилия.

Эти соединения в смысле данного изобретения выбраны из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, малые молекулы, белки, РНК, ДНК, ПНК.

Таким образом, матрикс может включать терапевтические белки, включая, но не ограничиваясь ими, гормоны, цитокины, факторы роста, противовоспалительные соединения, факторы свертывания крови, антипротеазные белки, например, альфа-1-антитрипсин, ангиогенные белки, например, фактор роста сосудистого эндотелия, факторы роста фибробластов, антиангиогенные белки, например, эндостатин, ангиостатин, и другие белки, которые присутствуют в крови, костные морфогенетические белки (BMP), остеоиндуктивный фактор (IFO), фибронектин (FN), фактор роста эндотелиальных клеток (ECGF), экстракт прикрепления цемента (CAE), кетансерин, человеческий гормон роста (HGH), гормон роста животных, эпидермальный фактор роста (EGF), человеческий альфа-тромбин, трансформирующий фактор роста (TGF-бета), инсулиноподобный фактор роста (IGF-I), тромбоцитарный фактор роста (PDGF), факторы роста фибробластов (FGF, bFGF и т.д.) и хемотаксический фактор периодонтальной связки (PDLGF), соматотропин, в терапевтических целях, а также белки внеклеточного матрикса, в том числе, но не ограничиваясь ими, фибрин, эластин, фибронектин, ламинин.

Противовоспалительные соединения представляют собой химические вещества, которые уменьшают или предотвращают воспалительную реакцию в данном месте. Группа противовоспалительных соединений включает, но не ограничиваясь ими, диацереин и реин.

Диацереин 46а и реин 46b (см. фиг. 1 и 2) ингибируют продукцию и активность воспалительных цитокинов, таких как интерлейкин-1 (IL-I), IL-6, оксид азота (NO), фактор некроза опухоли-альфа (TNF-α), ADAMTS (дизинтегрин и металлопротеиназа с повторами тромбоспондина), свободные радикалы и матриксные металлопротеиназы, все из которых участвуют в воспалении и разрушении связок и сухожилий. Диацереин 46а и реин 46b также стимулируют продукцию факторов роста, таких как TGF-β, которые в свою очередь стимулируют экспрессию компонентов связки и сухожилия, таких как гиалуроновая кислота, протеогликаны, аггреканы и коллагеназа II, которые являются важными компонентами ткани связки и сухожилия. Гормон роста также будет стимулировать рост ткани связки и сухожилия.

В некоторых воплощениях матрикс содержит небольшие молекулы, выбранные из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, аспирин, парацетамол, диклофенак, ибупрофен и воду.

В некоторых воплощениях агенты, способствующие регенерации связки или сухожилия, выбраны из группы, состоящей из: факторов роста, диацереина, реина, хитозанов, богатой тромбоцитами плазмы (PRP) и полимолочной кислоты. Таким образом, в некоторых воплощениях матриксный слой содержит или состоит из коллагена, гиалуроновой кислоты и хитозана или хитозанов.

В различных воплощениях количество диацереина и/или реина в лоскуте находится в диапазоне примерно от 300 нг до 5 мг. В некоторых воплощениях количество диацереина и/или реина в лоскуте находится в диапазоне примерно от 300 нг до 75 мкг. В некоторых воплощениях количество диацереина и/или реина в матриксном слое находится в диапазоне, выбранном из группы, включающей от 300 нг до 5 мг, от 300 нг до 1 мг, от 300 нг до 750 мкг, от 300 нг до 500 мкг, от 300 нг до 250 мкг, от 300 нг до 100 мкг, от 300 нг до 75 мкг, от 300 нг до 50 мкг, от 300 нг до 25 мкг, от 300 нг до 10 мкг, от 300 нг до 5 мкг, от 300 нг до 2,5 мкг и от 300 нг до 1 мкг.

Диацереин и/или реин могут быть добавлены к матриксу в виде порошка, в виде раствора или в виде НА-геля или крема, содержащего диацереин и/или реин.

Анионные полимеры также могут быть использованы для ингибирования образования фиброза, шрамов или спаек. В некоторых воплощениях матрикс также содержит анионные полимеры. Группа анионных полимеров включает, но не ограничиваясь ими, декстрансульфат, пентозан, хитозаны.

Матриксный слой также может содержать кровь. Термин «кровь» включает цельную кровь, плазму крови, сыворотку крови и компоненты, выделенные из крови, и может быть аутологичного или гетерологичного происхождения. В некоторых воплощениях лоскут для восстановления вначале пропитывают кровью, так что матричный слой содержит кровь, а затем накладывают на поврежденную связку или сухожилие. В альтернативных воплощениях лоскут для восстановления вначале накладывают на поврежденную связку или сухожилие, а затем кровь добавляется на прикрепленный лоскут или выходит из поврежденного участка, так что матриксный слой содержит кровь. В частности, матриксный слой лоскута для восстановления может содержать сыворотку крови, которую наносят на лоскут до или после наложения лоскута на поврежденную связку или сухожилие.

Плазма крови в смысле данного изобретения включает часть крови, которая остается после отделения клеточных компонентов крови. Эта фракция соответствует примерно 55% объема крови. Плазма крови содержит воду, белки, углеводы, электролиты, жиры и липиды. Группа белков плазмы крови включает иммуноглобулины, альбумины, гормоны и факторы свертывания. Группа факторов свертывания включает фибриноген (фактор I), фибрин (фактор Ia), протромбин (фактор II), тромбин (фактор IIа), тромбопластин (также называемый тканевым фактором, TF или фактором III), проакцелерин (фактор V), проконвертин (фактор VII), антигемофильный глобулин А (фактор VIII), антигемофильный глобулин В (также называемый фактором IX или фактором Кристмаса), фактор Стюарта-Прауэра (фактор X), плазменный предшественник тромбопластина (также называемый РТА, фактором XI или фактором Розенталя), фактор Хагемана (фактор XII) и фибрин-стабилизирующий фактор (фактор XIII). Группа факторов свертывания включает неактивные и активированные варианты факторов свертывания. Специалист в данной области обозначает активированные факторы свертывания добавлением “а”, например, Iа, IIа, IIIa, VIIa, VIIIa, IXa, Xa, XIa, XIIa и XIIIa.

Сыворотка крови представляет собой жидкую фракцию крови, которая остается после свертывания крови и отделения клеточных компонентов крови. По существу, состав сыворотки крови соответствует составу плазмы крови без факторов свертывания.

В различных воплощениях лоскут также содержит третий слой, который расположен на матриксном слое таким образом, что матриксный слой размещается между опорным слоем и третьим слоем.

В некоторых воплощениях третий слой включает, но не ограничиваясь ими, поли(альфа-гидроксикислоты), сополимер полилактида с гликолидом (PLGA), полилактид (PLA), полигликолид (PG), конъюгаты полиэтиленгликоля (PEG) и поли(альфа-гидроксикислот), сложные полиортоэфиры, полиаспирины, полифосфазены, коллаген, эластин, шелк, целлюлозу, крахмал, хитозан, желатин, альгинаты, фибронектин, ламинин, эластин, фибрин или их комбинации.

В различных воплощениях третий слой содержит слой из коллагенового листа.

Коллаген в слое из коллагенового листа может быть получен от собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека, но не ограничиваясь ими.

В различных воплощениях третий слой содержит перикардиальную мембрану или расщепленную кожу, например, высушенную свиную расщепленную кожу.

Перикардиальная мембрана может быть выбрана из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, перикардиальную мембрану собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека.

Расщепленная кожа может быть выбрана из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, расщепленную кожу собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека.

В различных воплощениях третий слой содержит свиную, бычью или лошадиную перикардиальную мембрану или свиную расщепленную кожу.

Коллагеновый третий слой может быть проницаемым для клеток или непроницаемым.

В некоторых воплощениях коллагеновый третий слой является проницаемым для клеток.

Если коллагеновый третий слой содержит поры, то эти поры в коллагеновом третьем слое могут быть природного происхождения или могут быть результатом процесса, выполняемого после изготовления коллагенового слоя.

В одном воплощении третий слой содержит перикардиальную мембрану, которая по существу не имеет пор, и которую подвергают процессу введения пор в мембрану. Этот процесс приводит к получению проницаемого для клеток коллагенового слоя, изготовленного из перикардиальной мембраны. Например, поры могут быть введены в перикардиальную мембрану путем штамповки, перфорации и/или вырезания. В некоторых воплощениях третий слой включает проницаемую для клеток перикардиальную мембрану, которая выбрана из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, проницаемую для клеток перикардиальную мембрану собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека. В определенном воплощении третий слой включает проницаемую для клеток свиную перикардиальную мембрану.

В различных воплощениях третий слой содержит слой высушенной расщепленной кожи, где расщепленная кожа может быть получена от собаки, кошки, лошади, коровы, свиньи, обезьяны, человекообразной обезьяны, шимпанзе, овцы или человека. В одном воплощении третий слой содержит слой высушенной свиной расщепленной кожи (Xenoderm).

В некоторых воплощениях опорный слой и третий слой идентичны в том смысле, что они изготовлены из одного и того же материала. Это означает, что в различных воплощениях третий слой изготовлен из тех же материалов, которые описаны выше для опорного слоя.

В различных воплощениях лоскут содержит опорный слой и матриксный слой. В различных других воплощениях лоскут содержит опорный слой, матриксный слой и третий слой.

В альтернативных режимах лоскут включает опорный и матриксный слои, где опорный слой изготовлен из перикардиальной мембраны, и мембрана является непористой. В определенном воплощении данного изобретения перикардиальная мембрана является свиной перикардиальной мембраной.

В альтернативных воплощениях лоскут включает опорный и матриксный слои, где опорный слой изготовлен из перикардиальной мембраны, где мембрана является проницаемой для клеток. В определенном воплощении данного изобретения перикардиальная мембрана является свиной перикардиальной мембраной.

В некоторых воплощениях лоскут содержит опорный, матриксный и третий слои, где опорный и третий слои являются непористыми перикардиальными мембранами. В определенном воплощении данного изобретения непористые перикардиальные мембраны являются непористыми свиными перикардиальными мембранами.

В некоторых воплощениях лоскут содержит опорный, матриксный и третий слои, где опорный и третий слои являются проницаемыми для клеток перикардиальными мембранами. В определенном воплощении проницаемые для клеток перикардиальные мембраны являются проницаемыми для клеток свиными перикардиальными мембранами.

В альтернативных режимах лоскут содержит опорный, матриксный и третий слои, где опорный и третий слои являются перикардиальными мембранами, при этом либо опорный, либо третий слой является непроницаемым, а другой слой является проницаемым для клеток. В определенном воплощении данного изобретения перикардиальные мембраны являются свиными перикардиальными мембранами. В некоторых воплощениях лоскут применяют таким образом, что непористый слой обращен к месту повреждения связки или сухожилия, а в других воплощениях лоскут прикладывают к месту повреждения таким образом, что проницаемый для клеток слой обращен к месту повреждения.

При определенных обстоятельствах более выгодным может быть наложение лоскута, содержащего непористый опорный и/или третий слой, на поврежденную связку или сухожилие. Таким образом, факторы роста, секретируемые клетками, находящимися под или рядом с местом повреждения, захватываются и локально концентрируются, что приводит к усиленному росту клеток в поврежденном участке и к более быстрому восстановлению связки или сухожилия. Кроме того, соединения и клетки, неблагоприятные для восстановления связки или сухожилия, не допускаются в место повреждения.

Кроме того, лоскуты, содержащие опорный слой и матриксный слой, где опорный слой не является пористым, а лоскут прикладывается матриксом к поврежденной связке или сухожилию, имеют преимущество, так как факторы роста, доставляемые аутологичными центрифугированными фракциями сыворотки, PRP или субхондральным сгустком крови, будут в сочетании с субхондральными, синовиальными или жировыми MSC, высеянными в коллагеновом опорном или матриксном слое, улучшать процесс восстановления в месте повреждения связки и/или сухожилия или на аутологичных, алло- или ксенотрансплантатных поверхностях. Кроме того, экзогенные соединения, например, факторы роста и противовоспалительные соединения, которые были добавлены к матриксу до наложения лоскута на повреждение, высвобождаются только в поврежденную связку или сухожилие. Таким образом, в поврежденном месте концентрация экзогенных соединений увеличена по сравнению с условиями, в которых соединения могут диффундировать во все стороны. Это увеличивает пользу экзогенных соединений.

Если лоскут содержит опорный и матриксный слои, то слои лоскута могут быть спрессованы (склеены) с помощью нагревания или химических веществ или других подходящих методик прессования. В некоторых воплощениях формируют первый слой, а затем поверх него второй. Например, формируют первый матриксный слой, затем поверх него формируют опорный слой. Альтернативно, формируют первый опорный слой, затем поверх опорного слоя формируют матриксный слой.

Если лоскут содержит опорный, матриксный слой и третий слой, то слои лоскута могут быть спрессованы с помощью нагревания или химических веществ или других подходящих методик прессования. В некоторых воплощениях формируют первый слой, а затем поверх него второй, и третий слои формируют на спрессованных первом и втором слоях. Например, формируют первый матриксный слой, затем поверх матриксного слоя формируют опорный слой. На третьем этапе на матриксном слое формируют третий слой, прослаивая матриксный слой опорным слоем. Альтернативно, формируют первый опорный/третий слой, затем поверх опорного/третьего слоя формируют матриксный слой, а затем третий/опорный слой поверх матриксного слоя с другой стороны опорного/третьего слоя. В других воплощениях три слоя укладывают друг на друга, и лоскут прессуют в одном этапе.

Имплантируемый спрессованный лоскут для восстановления связки или сухожилия представляет собой хирургическое приспособление, которое является биосовместимым. В некоторых воплощениях лоскут является физиологически рассасывающимся. В различных воплощениях лоскут предназначается для восстановления связки или сухожилия in situ.

В некоторых воплощениях лоскут адаптирован так, что он в некоторых воплощениях позволяет клеткам мигрировать из места повреждения в матриксный слой. Матриксный слой является коллагеновым слоем и может быть стоком для диффузии аутологичных стволовых клеток и других компонентов крови в месте повреждения. Матриксный слой может включать химические компоненты, которые способствуют восстановлению связки и/или сухожилия в присутствии аутологичных стволовых клеток субхондрального, синовиального, жирового или гемопоэтического происхождения. Таким образом, в некоторых воплощениях лоскут устанавливается на месте повреждения так, что матриксный слой обращен к поврежденному участку. Кроме того, возможно, матриксный слой может быть закрыт опорным и/или третьим слоем, так что клетки не могут пройти к матриксу, но могут пройти другие малые соединения, такие как вода, газ и малые молекулы. Таким образом, данное изобретение предлагает способ, способствующий заживлению/росту тканей in situ для восстановления пораженной связки или сухожилия.

В некоторых воплощениях спрессованный лоскут для восстановления связки или сухожилия 12 имеет третий слой, который, возможно, является герметичным или пористым, слой 16, и пористый опорный слой 22 (см фиг. 2А-2С и 3). В другом предпочтительном воплощении спрессованный лоскут для восстановления связки или сухожилия 12 включает только два слоя, опорный слой 22 и матриксный слой 30 (см. фиг. 2D и 2Е). В различных воплощениях опорный слой должен быть обращен лицевой поверхностью к связке или сухожилию в месте повреждения. В различных воплощениях третий слой должен быть обращен лицевой поверхностью к связке или сухожилию в месте повреждения. В других воплощениях матриксный слой двухслойного лоскута обращен лицевой поверхностью к связке или сухожилию в месте повреждения (см. также фиг. 4 и 5). Третий слой 16 и/или опорный слой 22 из трехслойного лоскута для восстановления могут быть изготовлены из листового коллагена (см. Angele et al., патент США №. 6737072, содержание которого включено в данный документ посредством ссылки). Примером удовлетворительного коммерчески доступного источника листового коллагена является: XENODERM(tm), mbp GmbH, Германия. В некоторых воплощениях матриксный слой 30 предоставляет коллагеновый субстрат, в котором захватываются мезенхимальные стволовые клетки или стволовые клетки связки или сухожилия, а также опорную среду для роста клеток, на которой они будут расти и дифференцироваться в присутствии других природных компонентов матриксного слоя 30.

В различных воплощениях матриксный слой 30 представляет собой пористую коллагеновую составную прокладку с распределенными в ней коллагеновыми волокнами 36 и природными волокнами гиалуроновой кислоты 40. Природная НА может быть предоставлена в матриксе 30 в виде природных волокон НА 40, как показано на фиг. 2А, или в виде порошка НА 40а в геле или кремовой суспензии 42, диспергированной в свободных пространствах коллагеновых волокон 36, как на фиг. 2В.

В некоторых воплощениях матриксный слой 30 (см. фиг. 2В) также включает один или более чем один тканевой гормон роста и/или противовоспалительные соединения 46. В некоторых воплощениях противовоспалительными соединениями являются диацереин 46а и реин 46b. В воплощении, показанном на фиг. 2В, суспензия 42 также содержит реин 46b и/или диацереин 46а. В различных воплощениях матриксный слой 30 также включает композиции хитозана и/или композиции полимолочной кислоты.

В различных воплощениях способа данного изобретения лоскут для восстановления сконфигурирован таким образом, что аутологичные мезенхимальные стволовые клетки 60, полученные из источника, внешнего по отношению к лоскуту для восстановления 10, диффундируют в лоскут 10 через пористый опорный слой 22 и в матриксный слой 30, где они поддерживаются волокнистыми компонентами (коллагеновыми волокнами 36 и/или НА-волокнами 40а) матрикса 30 (например, фиг. 2А-2Е, 3, 6А и 6В). В различных воплощениях матриксные волокна 40 и 40а могут обеспечить опорную среду для стволовых клеток, чтобы они росли и дифференцировались в клетки связки или сухожилия. Экзогенные факторы 46, такие как диацереин, вызывают понижающую регуляцию воспалительных параметров (например, цитокинов: IL-1, TNF-α и свободные радикалы), которые способствуют воспалению. В некоторых воплощениях в матриксном слое присутствует один или более чем один гормон роста. Этот один или более чем один гормон роста может стимулировать продукцию ткани связки и/или сухожилия.

В различных воплощениях лоскут для восстановления может содержать опорный, матриксный и третий слои, где опорный слой содержит слой перфорированной расщепленной кожи, например, слой свиной расщепленной кожи (Xenoderm), а третий слой содержит слой неперфорированной расщепленной кожи, например, слой свиной расщепленной кожи (Xenoderm). Альтернативно, опорный и третий слои включают слой перфорированной расщепленной кожи, например, слой свиной расщепленной кожи (Xenoderm). В некоторых воплощениях опорный и третий слои состоят из слоя расщепленной кожи. В некоторых воплощениях матриксный слой может содержать коллаген, гиалуроновую кислоту и полимолочную кислоту, например, поли-L-молочную кислоту. Например, матриксный слой может представлять собой проницаемый для клеток коллагеновую составную прокладку с распределенными в ней коллагеновыми волокнами и природной гиалуроновой кислотой и полимолочной кислотой, например, поли-L-молочной кислотой, диспергированными в свободных пространствах коллагеновых волокон. В некоторых воплощениях матриксный слой может содержать дополнительные соединения, описанные в данном документе, например, факторы роста, хитозан, реин и диацереин.

Как правило, лоскут для восстановления по данному изобретению усиливает восстановление сухожилия и связки, укрепляет и способствует интеграции аутологичных трансплантатов связки и сухожилия. В некоторых воплощениях матриксный слой используется в качестве опорной структуры для экзогенного добавления, прикрепления, встраивания, внедрения или посева на место лечения таких клеток как фибробласты, клетки сухожилия, их предшественники, мезенхимальные клетки, клетки связок или сухожилий, стволовые клетки различного происхождения,. Эти клетки добавляют в соответствии с изобретением, чтобы увеличить или обеспечить стимуляцию для усиления процесса восстановления, в область поврежденной связки или сухожилия или в область трансплантата связки и/или сухожилия. Подходящие клетки, которые будут использованы в данном изобретении, представляют собой клетки, которые являются аутологичными или гетерологичными, например аллогенными или ксеногенными клетками, клеточными линиями и/или прокариотическими клетками. Как правило, клетки, добавленные экзогенно к матриксному слою или к коллагеновому каркасу, получают коммерческим путем или выделяют из связок или сухожилий, культивированных in vitro с помощью способов, известных в данной области.

В одном воплощении способ включает добавление in vitro и ex vivo клеток-предшественников, зрелых фибробластов, клеток связок или сухожилий или других клеток в приспособление согласно изобретению, путем прикрепления, встраивания, внедрения или посева клеток в коллагеновый каркас, матриксный слой или опорный/третий слой. Культивируемые клетки добавляют в матриксный слой как таковой или прикрепляют к опорному слою и/или третьему слою до, во время или даже после хирургической операции. Экзогенно добавленные клетки могут вызывать продукцию или продуцировать белки и матриксные компоненты, соответствующие новым связкам или новым сухожилиям, или могут вызвать миграцию нативных клеток из неповрежденной связки или сухожилия в место повреждения.

В различных воплощениях лоскут имеет толщину 0,1-10 мм, 0,5-2 мм, 0,5-1 мм или 0,75-1,25 мм.

Если лоскут включает спрессованные опорный и матриксный слои, то лоскут может быть наложен так, чтобы матриксный слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связке. В альтернативном варианте лоскут может быть наложен так, чтобы опорный слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связке. При этом такие же варианты наложения лоскута раскрыты и для наложения на поврежденные сухожилия.

Если лоскут включает спрессованные опорный, матриксный и третий слои, то лоскут может быть наложен так, чтобы третий слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связке. В альтернативном варианте лоскут может быть наложен так, чтобы опорный слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связки. При этом такие же варианты наложения лоскута раскрыты и для наложения на поврежденные сухожилия.

В некоторых воплощениях лоскут содержит проницаемый для клеток коллагеновый опорный слой и матриксный слой, и лоскут может быть наложен так, чтобы опорный слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связке. В альтернативных воплощениях лоскут включает проницаемый для клеток коллагеновый опорный слой и матриксный слой, и лоскут может быть наложен так, чтобы матриксный слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связке. В других воплощениях лоскут содержит проницаемый для клеток коллагеновый третий слой, проницаемый для клеток коллагеновый опорный слой и матриксный слой, и лоскут может быть наложен так, чтобы третий слой или опорный слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связке. В других воплощениях лоскут содержит проницаемый для клеток коллагеновый третий слой, непористый коллагеновый опорный слой и матриксный слой, и лоскут может быть наложен так, чтоб третий слой или опорный слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связке. В других воплощения лоскут содержит непористый коллагеновый третий слой, непористый коллагеновый опорный слой и матриксный слой, и лоскут может быть наложен так, чтобы третий слой или опорный слой был обращен лицевой поверхностью к поврежденной связке. Эти варианты наложения лоскута так же подходят для наложения на поврежденные сухожилия.

В некоторых воплощениях опорный слой покрыт гликозаминогликанами (GAG) или мукополисахаридами, описанными в данном документе. В некоторых воплощениях опорный слой покрыт гиалуроновой кислотой, описанной в данном документе.

В других воплощениях, если лоскут содержит третий слой, то этот третий слой покрыт гликозаминогликанами (GAG) или мукополисахаридами, описанными в данном документе. В различных воплощениях третий слой покрыт гиалуроновой кислотой, описанной в данном документе.

В некоторых воплощениях лоскут разработан таким образом, что он является полностью биорассасывающимся. Следовательно, после имплантации лоскут автоматически разрушается с течением времени. Специалист в данной области способен разработать лоскут так, чтобы он разрушался в ходе заживления связки или сухожилия или после того, как достигается заживление связки или сухожилия.

В различных воплощениях лоскут не является биорассасывающимся, и он должен быть удален после того, как связка или сухожилие восстановится.

Способы в соответствии с данным изобретением подходят для восстановления связки и/или сухожилия.

В различных воплощениях связка выбрана из группы связок, но не ограничиваясь ими, соединенных с нижней и верхней конечностями, головой и шеей, например, плечом, локтем, запястьем, кистью, бедром, коленом, голеностопным суставом и позвоночником.

В некоторых воплощениях связка выбрана из группы, состоящей из, но не ограничиваясь ими, перстнещитовидной связки, периодонтальной связки, поддерживающей связки хрусталика, поддерживающей связки молочной железы, передней подвздошной связки, задней подвздошной связки, крестцово-бугорной связки, крестцово-остистой связки, нижней лобковой связки, верхней лобковой связки, поддерживающей связки полового члена, ладонной лучезапястной связки, дорсальной лучезапястной связки, локтевой коллатеральной связки, радиальной коллатеральной связки, акромиально-ключичной связки, клювовидно-ключичной связки, крестообразной связки, передней крестообразной связки (ACL), боковой коллатеральной связки (LCL), задней крестообразной связки (PCL), медиальной коллатеральной связки (MCL) и связки коленной чашечки.

В различных воплощениях сухожилие выбрано из группы сухожилий, состоящей из, но не ограничиваясь ими, сухожилий, соединенных с нижними и верхними конечностями, таких как сухожилия в локте, кисти, колене, стопе и голеностопном суставе, и сухожилий плеча, бедра и позвоночника, грудных и брюшных сухожилий.

В различных воплощениях сухожилие выбрано из группы сухожилий, состоящей из, но не ограничиваясь ими, ахиллова сухожилия, сухожилия двуглавой мышцы плеча, сухожилия трехглавой мышцы плеча, сухожилия длинного разгибателя и перонеального сухожилия, большеберцового переднего и заднего сухожилий, подлопаточного сухожилия, сухожилий вращательной манжеты плеча, четырехглавого сухожилия и надколенного сухожилия. Все сухожилия, имеющиеся в руке и ноге, могут быть включены. Способ по данному изобретению может быть применен к пациенту, который страдает от нарушения, затрагивающего связку и/или сухожилие, включая, но не ограничиваясь ими, воспаление, аутоиммунное заболевание, инфекцию, напряжение, деформацию, разрыв, растяжение, выкручивание, перенапряжение или разрыв связки и/или сухожилия.

В некоторых воплощениях перед наложением на поврежденную связку и/или сухожилие лоскута для восстановления место повреждения сайт готовят для наложения лоскута.

В некоторых воплощениях до или после наложения на поврежденную связку или сухожилие лоскут для восстановления пропитывают кровью, чтобы захватить аутологичные мезенхимальные стволовые клетки (MSC) в лоскут и высвободить факторы роста в месте повреждения. Эти плюрипотентные MSC в присутствии коллагенового лоскута будут дифференцироваться в фибробласты и позже в зрелые клетки связки или сухожилия для восстановления места повреждения связки или сухожилия или трансформации ткани трансплантата связки или сухожилия.

После того, как место повреждения подготовлено, могут быть проведены дальнейшие процедуры.

В некоторых воплощениях для того, чтобы зафиксировать лоскут для восстановления на поврежденной связке или сухожилии, лоскут может быть закреплен на связке или сухожилии с помощью хирургического шва. В некоторых воплощениях лоскут крепится к поврежденной связке или сухожилию путем наложения швов и/или связывания лоскута с поврежденной связкой/сухожилием с помощью шва и/или за счет добавления клея к месту фиксации на поврежденной связке или сухожилии.

Шов может быть сделан с помощью материала, выбранного среди, но не ограничиваясь ими, диметилсилоксана, политетрафторэтилена (PTFE), в частности конденсированного PTFE (cPTFE) или расширенного PTFE (ePTFE), полиэтилена, полимолочной кислоты, полидиоксанона, капролактона, полигликолевой кислоты, полиэфира коллагена и полимеров на основе акрила, например, эфиров акриловой кислоты или метакриловой кислоты. Конкретными подходящими полимерами являются, например, смешанные полимеры полипропилена (РР) и полиглекапрона, полимеры поли-п-диоксанона, полиэфир, поливинилиденфторид (PVDF), полипропилен (РР), в частности конденсированный РР (сРР), политетрафторэтилен (PTFE), полиметилметакрилат (РММА), полиэтилентерефталат, полиэфиркетон (РЕК) и полиэфирэфиркетон (РЕЕК).

Хирургический шовный материал может быть биосовместимым.

В различных воплощениях лоскут для восстановления крепится к поврежденной связке или сухожилию путем сшивания лоскута со связкой или сухожилием. Как правило, биологически рассасывающиеся хирургические швы используются для фиксации лоскута. Хирургический шовный материал может быть изготовлен из полимолочной кислоты, полидиоксанона и капролактона, полигликолевой кислоты и коллагена.

В некоторых воплощениях лоскут для восстановления содержит факторы роста, противовоспалительные соединения и/или антитела, которые могут иметь рекомбинантное происхождение и/или могут быть выделены из крови, например, аутологичной крови. Следовательно, в некоторых воплощениях лоскут содержит, например, TGF-βI и/или один или более чем один фактор роста, описанный в данном документе.

В некоторых воплощениях для того, чтобы зафиксировать лоскут для восстановления на поврежденной связке или сухожилии, лоскут может быть прикреплен к связке или сухожилию с помощью клея и/или лазерного шва и/или привязан с помощью хирургического шва.

Клей и/или хирургический шовный материал может быть биосовместимым.

Клей может быть выбран из группы, включающей, но не ограничиваясь ими, желатин, альгиновую кислоту, агарозу, крахмал, фибрин, коллаген, ламинин, эластин, фибронектин, протеогликаны и/или гликозаминогликаны, например, гепарансульфат, хондроитинсульфат и/или кератансульфат, казеин, декстраны, кармеллозу, пектин, карраген и ксантан.

Например, способ в соответствии с данной системой может включать изготовление и применение фибринового клея/фибриновой клеевой композиции в поврежденном месте. Фибриновый клей/фибриновая клеевая композиция может смешиваться с биологическими жидкостями, формируя собственно жидкое фибриновое клеевое вещество.

В различных воплощениях способ по данному изобретению может также включать этап нанесения клея, например, фибринового клея, на поврежденную связку или сухожилие до и/или после наложения лоскута для восстановления, и/или этап нанесения клея, например фибринового клея, на лоскут. В некоторых воплощениях, если лоскут включает опорный слой и матриксный слой, то клей, например, фибриновый клей, может быть нанесен на опорный и/или матриксный слой до и/или после наложения лоскута на поврежденную связку или сухожилие. В различных воплощениях, если лоскут включает опорный слой, матриксный слой и третий слой, то клей, например, фибриновый клей, может быть нанесен на опорный и/или третий слой до и/или после наложения лоскута на поврежденную связку и/или сухожилие.

В некоторых воплощениях клей представляет собой фибрин или фибриновую композицию. Фибриновая композиция может содержать фибрин и дополнительные компоненты. Дополнительные компоненты могут представлять собой факторы роста, противовоспалительные соединения и/или антитела. В некоторых воплощениях дополнительные компоненты, например, факторы роста, противовоспалительные соединения и/или антитела, являются рекомбинантными и/или выделены из крови. Следовательно, в некоторых воплощениях по меньшей мере один компонент фибриновой клеевой композиции выделен из крови или сыворотки крови, т.е. из сыворотки крови, восстановленной после центрифугирования, включая несколько факторов роста, таких как TGF-βI и/или один или более чем один фактор роста, описанный в данном документе. В различных воплощениях фибриновая клеевая композиция содержит по меньшей мере один аутологичный фактор роста, выделенный из аутологичной крови. Фибриновая клеевая композиция может также стимулировать дифференцировку стволовых клеток на границе лоскута и поврежденной связки и/или сухожилия.

В некоторых воплощениях клей, например фибриновый клей, наносят на месте повреждения с последующим размещением гибкого спрессованного лоскута для восстановления на месте повреждения над клеем в месте повреждения. Клей, например фибриновый клей, также может быть свободно нанесен после размещения лоскута для восстановления на месте повреждения для дальнейшего приклеивания лоскута для восстановления к месту повреждения. Например, клей может быть введен так, чтобы он достигал покрытого места повреждения. Кроме того, лоскут может быть дополнительно зафиксирован с помощью хирургического шва. После того, как этот этап проведен, хирургические этапы завершают, и лоскут для восстановления связки/сухожилия продолжает выполнять свое назначение заживления in situ.

В некоторых воплощениях лоскут накладывают на связку или сухожилие in situ. Следовательно, в некоторых воплощениях лоскут может быть наложен на связку или сухожилие при эндоскопической процедуре, например, при артроскопической операции.

Альтернативно, трансплантат связки/сухожилия берут от пациента, затем лоскут накладывают, как описано выше, и после этого трансплантат вводят в хирургически подготовленное место.

Также объектом изобретения является лоскут для восстановления связки и/или сухожилия, описанный в данном документе.

Также объектом изобретения является лоскут для восстановления связки и/или сухожилия, описанный в данном документе, для применения в лечении поврежденной связки и/или сухожилия.

Все процедуры и приспособления, описанные в данном документе в связи с восстановлением связки, также относятся к процедурам, касающимся восстановления сухожилия, и наоборот.

Примеры

Пример 1: Изготовление лоскута для восстановления

Лист коллагена 22 (Xenoderm — свиной коллаген типа 1 и 3) использовали в качестве опорного слоя 22. Опорный слой имел механические свойства, обеспечивающие устойчивость к напряжению сдвига и растяжения, и рассасывался в течение примерно 6 недель. Листу коллагена 22 придавали форму, а затем загружали суспензией коллагена-НА, к которой добавляли раствор диацереина или порошок диацереина, чтобы получить в количестве 0,3-75 мкг сухой массы в лоскуте после лиофилизации и стерилизации. Результатом была двухслойная коллагеновая прокладка с опорным слоем, которую помещали на поврежденное место связки/сухожилия. После изготовления и перед стерилизацией прокладки помещали под механический пресс, чтобы получить толщину 0,5-2 мм. Концентрация НА в лиофилизированном конечном продукте составляла примерно от 0,1% до 2%. НА была природной НА, т.е. НА ферментативного происхождения, не модифицированной химически.

Пример 2: Получение перикардиальной мембраны

1. Извлечение сырьевого материала бычьего происхождения

Мешок бычьего сердца (перикард), используемый в качестве исходного материала, после обычной проверки мяса официальным ветеринаром на скотобойне сначала отделяли от прикрепленных частей органа и грубо удаляли жир и соединительную ткань. Таким образом получали пластинчатые куски, каждый размером примерно 30 см × 15 см и весом примерно один килограмм. Затем полученный таким образом бычий перикард транспортировали в сумке-холодильнике, загруженной льдом, из скотобойни к месту производства и, в зависимости от количества извлеченного исходного материала, временно сохраняли там при температуре ниже -20°C до дальнейшей обработки.

2. Жидкостная химическая обработка

Необработанные куски перикарда вначале по отдельности промывали очищенной водой, как правило, замачивали в проточной воде, чтобы удалить прилипшую кровь и водорастворимые белковые части. После замачивания удаляли все макроскопически видимые остатки жировой ткани и базальной мембраны. Затем проводили обработку с 2% водным раствором гидроксида натрия при комнатной температуре. Куски перикарда (5000 г) оставляли в щелочной ванне (37,5 литров) всего на 16 часов. После его извлечения проводили процесс промывания в течение примерно 10 минут в деминерализованной воде, и этот процесс повторяли до тех пор, пока рН сточной воды после промывания не снижалась до уровня ниже 8. Это достигалось примерно через 1 час. Если все еще были видны какие-либо базальные мембраны и жировые остатки, то они удалялись на этом этапе процесса. Сильно набухшие куски перикарда переносили в 37,5 л 10% водного солевого раствора для регулировки набухшего состояния (частичное исчезновение набухания), что необходимо для дальнейших этапов процесса. Обработку NaCl проводили при комнатной температуре, затем следовал процесс промывания деминерализованной водой. Затем, чтобы удалить из перикардиального материала любые мешающие ионы тяжелых металлов и любые возможные включения извести, материал обрабатывали 37,5 л раствора EDTA, доведенного до слабощелочного и имеющего концентрацию 0,3 г в 100 мл. Затем материал промывали деминерализованной водой, как и на предыдущих этапах процесса, чтобы удалить избыток комплексообразующего агента и в то же время довести значение рН до 8,5. Затем проводили однократную обработку 37,5 л ацетатного буфера (рН 4,8; состав на 100 мл: 59 частей по объему раствора 0,01 моль ацетата натрия плюс 3 Н2O в 100 мл, и 41 часть по объему 0,01 моль уксусной кислоты в 100 мл) с целью буферизации всех остатков, если таковые имеются, оставшихся в перикардиальной ткани, и чтобы подготовить слабокислую среду для последующей операции отбеливания. Любые избыточные буферные вещества удаляли, как описано выше, путем промывания деминерализованной водой.

3. Окислительное отбеливание

После жидкостной химической обработки куски перикарда подвергали операции окислительного отбеливания, занимающей один час, в 37,5 л 1,5% раствора перекиси водорода. Процесс отбеливания, как и предшествующие этапы процесса, проводили при комнатной температуре. Таким образом, с одной стороны, обеспечивается эффективность операций по очистке, а с другой стороны, можно избежать повреждения коллагеновой ткани.

4. Отмывка

Затем материал промывали деминерализованной водой в соответствии с обычным режимом, чтобы удалить любой избыток реагента.

5. Обезжиривание

Промытые куски бычьего перикарда помещали в такое количество ацетона, чтобы ткань бычьего перикарда была полностью покрыта ацетоном. Растворитель меняли три раза в течение 8 часов. Затем куски бычьего перикарда, обезвоженные таким образом, переносили в аппарат Сокслета и экстрагировали ацетоном в течение примерно 8 часов. После экстракции куски перикарда сушили на воздухе и затем регидратировали деминерализованной водой в сосуде для транспортировки.

6. Лиофилизация

Сушку осуществляли в автоматизированном аппарате для лиофилизации. Если подробно, то лиофилизацию проводили следующим образом:

Снижение температуры до +1°C, снижение температуры до -40°C, включение вакуума, нагревание лотков до +40°C и высушивание в полном вакууме.

7. Стерилизация

Стерилизацию осуществляли путем радиационной стерилизации с 2,5 Мрад.

Пример 3: Культивирование фибробластов на гибком и биосовместимом лоскуте для восстановления

Для того чтобы определить жизнеспособность клеток при культивировании фибробластов на лоскуте для восстановления по данному изобретению, использовали клеточную линию человеческих дермальных фибробластов WS 1. Эту линию клеток выращивали в стандартных условиях (37°C, 5% СO2) в среде Игла в модификации Дульбекко (DMEM) с 10% фетальной телячьей сывороткой (FCS).

Фибробласты переносили на лоскут для восстановления по данному изобретению и на контрольный материал и культивировали в течение периода времени до 5 недель в стандартных условиях (37°C, 5% СO2) в среде DMEM. Для определения скорости пролиферации клеток использовали анализ WST 1. Этот анализ представляет собой колориметрический анализ для измерения активности клеточных ферментов, которые восстанавливают краситель тетразолий, WST 1, до его нерастворимого формазана, давая фиолетовый цвет. Кроме того, образцы среды анализировали с помощью ELISA, чтобы определить в них концентрацию проколлагена I типа. Жизнеспособность клеток анализировали один раз в неделю под флуоресцентным микроскопом путем окрашивания живых/мертвых клеток.

Для тестирования in vitro лоскута для восстановления по данному изобретению фибробласты высевали на его поверхности. Клетки инкубировали в стандартных условиях культивирования в течение 14 дней в бессывороточной среде. Через 3, 7 и 14 дней определяли жизнеспособности клеток и скорость синтеза de novo коллагена I типа. Второй коллагеновый лоскут, а также монослойная культура в планшете для культивирования клеток служили контролями.

Результаты показали, что лоскут для восстановления по данному изобретению является подходящим для заселения клеток. Во время инкубации фибробласты могли выживать на лоскутах и синтезировать проколлаген I типа. Окрашивание живых/мертвых фибробластов привело к значительной доле живых клеток на лоскутах. Кроме того, зарастание поверхности может быть определено специфически для лоскута для восстановления по данному изобретению. По сравнению с контрольным монослоем фибробласты, растущие на лоскуте для восстановления по данному изобретению, продемонстрировали увеличение метаболической активности, а также повышенные уровни концентрации проколлагена I типа через 14 дней инкубации.

Хотя приведенное выше описание содержит много особенностей, их не следует истолковывать как ограничивающие объем данного изобретения, а скорее как примеры одного или другого предпочтительного воплощения. Возможны многие другие вариации, которые будут очевидны специалисту в данной области. Соответственно, объем изобретения должен определяться объемом прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентами, а не только воплощениями. Все документы, процитированные в данном документе, включены в него во всей их полноте посредством ссылки. Изобретения, иллюстративно описанные в данном документе, могут соответствующим образом быть осуществлены на практике в отсутствие какого-либо элемента или элементов, ограничения или ограничений, конкретно не раскрытых в данном документе. Так, например, термины “содержащий”, “включающий” и т.д. должны читаться широко и без ограничений. Кроме того, термины и выражения, используемые в данном описании, были использованы в качестве терминов описания, а не ограничения, и в использовании таких терминов и выражений нет намерения исключить какие-либо эквиваленты показанных и описанных характеристик или их частей, но нужно понимать, что в объеме заявленного изобретения возможны различные модификации. Таким образом, хотя данное изобретение было конкретно раскрыто в предпочтительных воплощениях, следует понимать, что специалисты в данной области могут прибегать к выборочным характеристикам, модификациям и вариациям воплощенных изобретений, раскрытым в данном описании, и что такие модификации и вариации считаются входящими в объем данного изобретения. Изобретение было описано в данном документе в широком и общем смысле. Каждый из более узких видов и подродовых группировок, входящих в общее раскрытие, также составляет часть данного изобретения. Это включает общее описание изобретения с оговоркой или отрицательным ограничением, удаляющим любой предмет из рода, независимо от того, является ли удаленный материал специфически приведенным в данном документе. Кроме того, если признаки или аспекты изобретения описаны в терминах групп Маркуша, то специалистам в данной области будет понятно, что изобретение тем самым также описано в терминах любого отдельного члена или подгруппы членов группы Маркуша. Другие воплощения данного изобретения станут очевидны из прилагаемой формулы изобретения.













Химия жизни Основные понятия химии Атом Химическая

Химия жизни

Основные понятия химии Атом Химическая связь Вещество Химический элемент Молекула

Химические элементы клетки O C Ca Cl H Na N P S K Макроэлементы > 0, 01% Zn Fe I Br Co Mn Cu Mo F Se Микроэлементы

Вещества Неорганические Органические -Соединения, не содержащие углерод (есть исключения) -Соединения, в состав которых входит углерод (есть исключения)

Неорганические вещества клетки

Вода 60%-95% массы клетки Почему так много?

Молекула воды – диполь И что из этого?

Вода Хороший растворитель все реакции в клетке идут в водном растворе

Вода Большая теплоёмкостьпредохраняет клетку от резких колебаний температуры

Вода Большая теплота испаренияотдача организмом большого количества тепла сопровождается минимальными потерями воды

Вода Большая теплота плавлениядля таяния льда необходимо большое количество энергии – при замерзании вода отдаёт большое количество тепла уменьшается вероятность замерзания содержимого клеток

Вода Вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твёрдом

Вода Большое поверхностное натяжение

Вода Н 2 О (70 -80% массы клетки): • Хороший растворитель: все реакции в клетке идут в водном растворе • Придаёт клетке упругость и объём • Теплоёмкость – предохраняет клетку от резких колебаний температуры • Теплопроводность – возможность равномерного распределения теплоты между тканями

Минеральные соли: • Ионные соединения: • Катионы: K+, Na+, Mg+ и др. • Анионы: HSO 4 -, HCO 3 -, Cl – , HPO 42 • В растворённом виде являются необходимой средой для химических и физических процессов в клетке

Органические вещества клетки

Органические вещества клетки Белки Углеводы Нуклеиновые кислоты Жиры Макромолекулы

Мономер – это небольшая молекула, которая может образовать химическую связь с другими мономерами и составить полимер. Полимер – сложная молекула, состоящая из повторяющихся участков

Белки – полимеры, мономерами которых являются аминокислоты

Аминокислота

Аминокислоты, входящие в состав белков

Образование пептидной связи

Незаменимые аминоксилоты – необходимые аминокислоты, которые не могут быть синтезированы в организме. Поэтому их поступление в организм с пищей необходимо Лиза Метнула Фен в Трибуну, Трезвый Лейтенант Валялся в Изоляторе с Аргентинским Гитаристом

Уровни организации белковой молекулы • Первичная структура – цепочка аминокислот • Вторичная структура – спирально скрученная цепочка аминокислот • Третичная структура – спираль, скрученная в клубок • Четвертичная структура – несколько третичных структур, собранных вместе

Уровни организации белковой молекулы

Связи, поддерживающие вторичную структуру белка

Денатурация – потеря белками их естественных свойств вследствие нарушения пространственной структуры их молекул

Содержание белков в клетке 10 -20 % от сырой массы клетки 50 -80 % от сухой массы клетки В организме человека массой 70 кг содержится 10 кг белка Почему так много?

Ферменты – биологические катализаторы «Ключ — Замок»

https: //www. youtube. com/watch? v=de. FQh. Purj-k https: //www. youtube. com/watch? v=Nd. MVRL 4 oa. Uo – песенки про энзимы

? ? ? Известно, что даже незначительные изменения условий в клетке (t или p. H среды), могут серьёзно повлиять на течение биохимических процессов в ней, почему?

Защитные белки: Антитела (иммуноглобулины) Интерфероны

Соматотропин Гигантизм Карликовость Акромегалия

Определите функции белков: Фиброин паутины Коллаген сухожилий Рубиско Яичный альбумин Ботулотоксин Глюкагон Тромбин крови Кератин волос Пепсин Липаза Миоглобин

Углеводы

Углеводы «Сахара» (моносахариды, олигосахариды) Малые молекулы Сладкие Легко растворяются в воде Кристаллизуются Полисахариды Макромолекулы Несладкие Нерастворимы / плохо растворимы в воде Не кристаллизуются

Триозы Тетрозы Эритроза Пентозы Моносахариды Гексозы

Сахароза Олигосахариды Остаток галактозы Остаток глюкозы Лактоза

Лактозная непереносимость

Крахмал

Структура молекулы крахмала

Гликоген

Your next T-shirt?

Целлюлоза

Гликоген Целлюлоза Крахмал

Энергетическая Структурная Функции углеводов Рецепторная Запасающая Защитная

Нерастворимы в воде! Липиды: • Высокомолекулярные органические вещества, основу которых составляют высшие жирные кислоты или высокомолекулярные спирты

Название класса Состав и строение Триглицериды (животные жиры, растительные масла) Сложные эфиры глицерина и остатков ВЖК Воски (пчелиный, растительный) Сложные эфиры ВЖК и высокомолекулярных спиртов Стериды / Стеролы (холестерол, кортикостерон, тестостерон, эстрадиол) Высокомолекулярные спирты Фосфолипиды Триглицериды, в молекуле которых одна молекула ВЖК заменена на остаток фосфорной кислоты Гликолипиды Соединения липидов с углеводами Липопротеины Соединения липидов с белками

Жиры – сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот Сложный эфир производное карбоновых или минеральных кислот, в которых гидроксильная группа -OH заменена на спиртовой остаток

Функции липидов

Жиры обладают высокой энергоёмкостью за счёт длинных радикалов Жиры Углеводы Белки

Жиры и масла служат резервом энергии

Фосфолипиды – основа клеточных мембран

Липиды — гормоны

Защита: Терморегуляция (подкожный жир) Восковой налёт у растений Механическая защита (жировые капсулы вокруг органов)

Функции липидов: • • Энергетическая (1 г – 38, 9 к. Дж) Запасательная Защитная Строительная: входят в состав клеточных мембран • Регуляторная: гормоны (стероиды, простогландины)

Нуклеиновые кислоты Полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды ДНК РНК (дезоксирибонуклеиновая (рибонуклеиновая кислота)

Кто открыл ДНК? • Изучал химический состав клеток • Из лейкоцитов выделил соединение, богатое фосфором Фридрих Мишер (1844 -1895 гг. ) • Это был новый класс органических соединений – нуклеины (в последствии – нуклеиновые кислоты)

Открытие структуры ДНК Розалинда Франклин (1920 -1958) Рентгенограмма двойной спирали ДНК

В составе ДНК количество пуриновых оснований = количеству пиримидиновых А=Т Г=Ц Эрвин Чаргафф (1905 -2002)

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ 1962 по физиологии и медицине за открытие структуры ДНК

Джеймс Уотсон в Москве Лето 2008

Состав нуклеотида

Азотистые основания

Углеводный компонент

Полинуклеотид

Структура ДНК

Принцип комплементарности взаимное соответствие молекул или их фрагментов

Принцип комплементарности

Строение ДНК • В ДНК две полинуклеотидные цепи • Цепи закручены в спирали по 10 пар оснований на виток • Цепи закручены вокруг друга, образуют двойную спираль • Цепи удерживаются водородными связями между азотистыми основаниями • Цепи комплементарны другу • В структуре ДНК заложена возможность воспроизводить себе подобных

Рибонуклеиновые кислоты (РНК) • Рибосомальные (90%) • Транспортные (10 %) • Информационные (матричные) (0, 5 -1%)

Функции Реализация наследственной информации Хранение наследственной информации (Вирусы) Хранение наследственной информации

Страница не найдена |

Страница не найдена |

404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

       

       

     12

       

     12

       

      1

3031     

     12

       

15161718192021

       

25262728293031

       

    123

45678910

       

     12

17181920212223

31      

2728293031  

       

      1

       

   1234

567891011

       

     12

       

891011121314

       

11121314151617

       

28293031   

       

   1234

       

     12

       

  12345

6789101112

       

567891011

12131415161718

19202122232425

       

3456789

17181920212223

24252627282930

       

  12345

13141516171819

20212223242526

2728293031  

       

15161718192021

22232425262728

2930     

       

Архивы

Метки

Настройки
для слабовидящих

Коллаген: волокнистые белки матрицы — молекулярная клеточная биология

Коллаген является основным нерастворимым волокнистым белком во внеклеточном матриксе и в соединительная ткань. Фактически, это самый распространенный белок в организме животного. Королевство. Существует как минимум 16 типов коллагена, но 80-90 процентов коллагена в организме состоит из типов I, II и III (). Эти молекулы коллагена упаковываются вместе, образуя длинные тонкие фибриллы аналогичная структура (см.). Тип IV, напротив, образует двумерную сеть; несколько других типов связаны с коллагенами фибриллярного типа, связывая их друг с другом или с другой матрицей компоненты.Одно время считалось, что все коллагены секретируются фибробласты в соединительной ткани, но теперь мы знаем, что многочисленные эпителиальные клетки производят определенные типы коллагенов. Различные коллагены и структуры, которые они образуют все служат одной и той же цели, помогая тканям выдерживать растяжение.

Основная структурная единица коллагена — тройная спираль

Потому что его изобилие в тканях, богатых сухожилиями, таких как хвост крысы, делает волокнистые коллаген I типа легко выделить, он был впервые охарактеризован.Его фундаментальная структурная единица — длинный (300 нм), тонкий (диаметр 1,5 нм) белок состоящий из трех спиральных субъединиц: двух цепочек α1 (I) и одной α2 (I). * Каждая цепь содержит ровно 1050 аминокислот, намотанных друг на друга в характерная правая тройная спираль (). В конечном итоге было показано, что все коллагены содержат трехцепочечные спиральные сегменты аналогичного строения; уникальные свойства каждый тип коллагена в основном обусловлен сегментами, которые прерывают тройную спираль и это складывается в другие виды трехмерных структур.

Рисунок 22-11

Структура коллагена. (а) Основная структурная единица — трехцепочечная спиральная молекула. Каждая трехцепочечная молекула коллагена имеет длину 300 нм. (б) В Волокнистый коллаген, молекулы коллагена упаковываются бок о бок. Смежные молекулы смещены (подробнее …)

Тройная спиральная структура коллагена возникает из необычного обилия три аминокислоты: глицин, пролин и гидроксипролин. Эти аминокислоты делают вверх характерный повторяющийся мотив Gly-Pro-X, где X может быть любой аминокислотой.Каждая аминокислота выполняет определенную функцию. Боковая цепь глицина, атом H, представляет собой единственный, который может уместиться в тесном центре трехцепочечной спирали. Водородные связи, связывающие пептидную связь NH остатка глицина с пептидом карбонильная (C = O) группа в соседнем полипептиде помогает удерживать три цепи вместе. Фиксированный угол C — N связь пептидил-пролин или пептидил-гидроксипролин позволяет каждой полипептидной цепи сворачиваться в спираль с такой геометрией, что три полипептидные цепи могут скручиваются вместе, образуя трехцепочечную спираль.Интересно, что хотя жесткие пептидил-пролиновые связи нарушают упаковку аминокислот в α helix, они стабилизируют жесткую трехцепочечную спираль коллагена.

Коллагеновые фибриллы образуются боковыми взаимодействиями тройных спиралей

Многие трехцепочечные молекулы коллагена типа I упаковываются вместе, образуя фибриллы диаметром 50 — 200 нм. В фибриллы, соседние молекулы коллагена смещены друг от друга на 67 нм, примерно четверть их длины (). Этот шахматный массив создает полосатый эффект, который можно видно на электронных микрофотографиях окрашенных фибрилл коллагена; характеристика узор полос повторяется примерно через каждые 67 нм ().Уникальные свойства волокнистой коллагены — типы I, II, III и V — обусловлены способностью стержневой тройки спирали, чтобы сформировать такие параллельные взаимодействия.

Короткие сегменты на обоих концах коллагеновых цепей имеют особое значение. в образовании фибрилл коллагена (см.). Эти сегменты не предполагают трехспиральной конформации и содержат необычную аминокислоту гидроксилизин (видеть ). Ковалентный альдол образуются поперечные связи между двумя остатками лизина или гидроксилизина на С-конце одной молекулы коллагена с двумя подобными остатками на N-конце соседняя молекула ().Эти поперечные связи стабилизируют упаковку молекул коллагена бок о бок и генерируют прочную фибриллу.

Рисунок 22-12

Стабилизируются параллельные взаимодействия коллагеновых спиралей. альдольной сшивкой между двумя сторонами лизина (или гидроксилизина) цепи. Внеклеточный фермент лизилоксидаза катализирует образование альдегидные группы.

Коллагеновые фибриллы типа I обладают огромной прочностью на разрыв; то есть такой коллаген можно растягивать, не ломаясь. Эти фибриллы диаметром примерно 50 нм и длиной несколько микрометров, упакованы бок о бок параллельными пачками, называется коллагеновых волокон, — в сухожилиях, где они соединяют мышцы. с костями и должен выдерживать огромные силы ().Грамм на грамм, коллаген I типа сильнее, чем сталь.

Рисунок 22-13

Электронная микрофотография плотной соединительной ткани цыпленка. сухожилие. Большая часть ткани занята параллельными фибриллами коллагена I типа, около 50 нм в диаметре, если смотреть здесь в поперечном сечении. Сотовый содержание ткани очень низкое. [От Д. А. (подробнее …)

Сборка коллагеновых волокон начинается в ER и завершается за пределами Клетка

Биосинтез и сборка коллагена следует нормальному пути для секретируемого белок (см.).Коллаген цепи синтезируются в виде более длинных предшественников, называемых проколлагена; растущие пептидные цепи ко-трансляционно транспортируется в просвет грубого эндоплазматического ретикулума (ER). В ER цепь проколлагена подвергается серии процессингов. реакции (). Во-первых, как и в случае с другие секретируемые белки, гликозилирование проколлагена происходит в грубом ER и Аппарат Гольджи. Остатки галактозы и глюкозы добавляются к гидроксилизину. остатки, и длинные олигосахариды добавляются к определенным остаткам аспарагина в С-концевой пропептид , сегмент на С-конце Молекула проколлагена, отсутствующая в зрелом коллагене.(N-концевой конец также имеет пропептид.) Кроме того, специфические остатки пролина и лизина в середина цепей гидроксилирована мембраносвязанными гидроксилазами. Наконец, внутрицепочечные дисульфидные связи между N- и C-концевыми пропептидными последовательностями выровняйте три цепи до образования тройной спирали в ER. Центральный части цепочки застегиваются на молнию от C- до N-конца, чтобы сформировать тройную спираль.

Рисунок 22-14

Основные события в биосинтезе волокнистых коллагенов.Модификации полипептида проколлагена в эндоплазматическом ретикулуме включают гидроксилирование, гликозилирование и дисульфидную связь. формирование. Межцепочечные дисульфидные связи между С-концом пропептиды (подробнее …)

После обработки и сборки проколлагена I типа он секретируется во внеклеточное пространство. Во время или после экзоцитоза внеклеточные ферменты, проколлагеновые пептидазы, удаляют N-концевой и C-концевой пропептиды. Получающийся в результате белок, часто называемый тропоколлагеном . (или просто коллаген ), почти полностью состоит из трехцепочечная спираль.Удаление обоих пропептидов позволяет коллагену молекулы полимеризуются в нормальные фибриллы во внеклеточном пространстве (см. ). Потенциально катастрофической сборки фибрилл внутри клетки не происходит, поскольку пропептиды ингибируют образование фибрилл и потому, что лизилоксидаза, которая катализирует образование реактивных альдегидов — внеклеточный фермент (см.). Как отмечалось выше, эти альдегиды спонтанно образуют особые ковалентные поперечные связи между двумя тройные спиральные молекулы, которые стабилизируют шахматный массив, характерный для молекулы коллагена и способствует прочности фибрилл.

Посттрансляционная модификация проколлаген имеет решающее значение для образования зрелых молекул коллагена и их сборка в фибриллы. Дефекты в этом процессе имеют серьезные последствия, так как часто бывали древние мореплаватели. Например, активность обоих пролилгидроксилазам необходим важный кофактор, аскорбиновая кислота (витамин С). В клетках, лишенных аскорбата, как при болезни цинга, Цепи проколлагена недостаточно гидроксилированы для образования стабильной тройной спирали при нормальной температуре тела (), и они не могут образовывать нормальные фибриллы.Как следствие, негидроксилированные цепи проколлагена разрушаются внутри клетки. Без структурная опора коллагена, кровеносных сосудов, сухожилий и кожи становится хрупкой. Запасы свежих фруктов обеспечивают достаточное количество витамина С для переработки проколлагена. должным образом.

Рисунок 22-15

Денатурация коллагена, содержащего нормальное содержание гидроксипролин и аномальный коллаген, не содержащий гидроксипролин. Без водородных связей между остатками гидроксипролина коллаген спираль нестабильна и теряет большую часть своего спирального содержимого (больше…)

Мутации в коллагене раскрывают аспекты его структуры и Биосинтез

Коллагеновые фибриллы типа I используются в качестве арматурные стержни в конструкции кости. Определенные мутации в гены α 1 (I) или α 2 (I) приводят к несовершенный остеогенез, или болезнь хрупкости костей. Большинство тяжелый тип — аутосомно-доминантное смертельное заболевание, приводящее к смерти в утробе матери. или вскоре после рождения. Более легкие формы вызывают тяжелое заболевание, вызывающее увечья. В качестве Можно ожидать, что многие случаи несовершенного остеогенеза связаны с делециями весь или часть очень длинного гена α 1 (I).Однако сингл замены аминокислот достаточно, чтобы вызвать определенные формы этого заболевания. Как мы видели, глицин должен находиться в каждой третьей позиции для тройной коллагеновой спираль для формирования; мутации глицина практически любой другой аминокислотой вредны, образуют плохо сформированные и нестабильные спирали. Поскольку тройка спираль образуется от С- к N-концу, мутации глицина около С-конец цепи α 1 (I) обычно более опасен. чем те, которые находятся рядом с N-концом; последние допускают значительные области тройного спираль, чтобы сформировать.Мутантно развернутые цепи коллагена не покидают грубую ЭП фибробласты (клетки, которые производят большую часть коллагена типа I), или они покидают его медленно. По мере того, как ЭПР расширяется и расширяется, секреция других белков (например, коллаген III типа) этими клетками также замедляется.

Поскольку каждая молекула коллагена типа I содержит два α 1 (I) и одна цепь α 2 (I), мутации в Цепи α 2 (I) гораздо менее опасны. Чтобы понять это точка, учтите, что в гетерозиготе, экспрессирующей один дикий тип и один мутант α 2 (I) белок, 50 процентов молекул коллагена будет иметь аномальную цепочку α 2 (I).Напротив, если мутация находится в цепи α 1 (I), 75 процентов коллагена молекулы будут иметь одну или две мутантные цепи α 1 (I). В Фактически, даже низкая экспрессия мутантного гена α 1 (I) может быть вредны, потому что мутантные цепи могут нарушать функцию дикого типа α 1 (I) в сочетании с ними. Чтобы изучить такие мутации, экспериментаторы сконструировали мутант α 1 (I) ген коллагена с заменой глицина на цистеин около С-конца.Этот мутантный ген был использован для создания линий трансгенных мышей с нормальным гены коллагена. Высокий уровень экспрессии мутантного трансгена был летальным, и экспрессия со скоростью 10 процентов от нормальной α 1 (I) гены вызвали серьезные аномалии роста.

Коллагены образуют разнообразные структуры

Коллагены различаются по своей способности образовывать волокна и организовывать волокна в сети. Например, тип II является основным коллагеном в хрящах. Его фибриллы имеют меньший диаметр, чем тип I, и в вязком протеогликановая матрица.Такие жесткие макромолекулы придают прочность и сжимаемость к матрице и позволяет ей противостоять большим деформациям в форма. Это свойство позволяет суставам поглощать удары.

Фибриллы типа II сшиваются с протеогликанами в матриксе по типу IX, a коллаген другой структуры (). Коллаген IX типа состоит из двух длинных тройных спиралей. связаны гибким перегибом. Глобулярный N-концевой домен простирается от композитные фибриллы, как и молекула гепарансульфата, тип больших, высокоэффективных заряженный полисахарид (обсуждается позже), связанный с α 2 (IX) цепь на гибком изгибе.Эти выступающие Считается, что неспиральные домены прикрепляют фибриллы к протеогликанам и другим компоненты матрицы. Прерывистая трехспиральная структура типа IX коллаген препятствует его сборке в фибриллы; вместо этого эти три коллагены связаны с фибриллами, образованными из других типов коллагена, и, таким образом, являются назвал фибрилло-ассоциированными коллагенами (см.).

Рисунок 22-16

Взаимодействие волокнистых и неволокнистых коллагенов. (а) Ассоциация коллагена типов II и IX в хрящевой матрице.Тип II образует фибриллы, сходные по структуре с типом I, с аналогичной структурой. Периодичность 67 нм, но меньше по диаметру. Тип IX содержит два длинный (подробнее …)

Рисунок 22-24

Структуры различных гликозаминогликанов, полисахарид компоненты протеогликанов. Каждый из четырех классов гликозаминогликанов образован полимеризация конкретного дисахарида и последующие модификации включая добавление сульфата (подробнее …)

Во многих соединительных тканях коллаген типа VI связан со сторонами типа I фибриллы и могут связывать их вместе с образованием более толстых коллагеновых волокон ().Коллаген типа VI — это необычен тем, что молекула состоит из относительно коротких трехспиральных участков длиной около 60 нм, разделенных глобулярными доменами длиной около 40 нм. Фибриллы чистых коллаген типа VI, таким образом, создает впечатление бусинок на нитке.

В некоторых местах несколько компонентов ВКМ организованы в базальную пластинку, тонкую пластинчатую состав. Коллаген IV типа образует основную фиброзную двумерную сеть все базальные пластинки. Три цепи коллагена IV типа образуют тройную спираль длиной 400 нм. с большими глобулярными доменами на C-концах и меньшими неизвестными структура на N-концах.Винтовой сегмент необычен тем, что Gly-X-Y последовательности прерываются примерно 24 раза сегментами, которые не могут образовать тройную спираль; эти неспиральные области придают молекуле гибкость (). Боковая ассоциация N-концевые области четырех молекул типа IV дают характерный тетрамерный единица, которую можно наблюдать в электронный микроскоп (). Тройные спиральные области из нескольких затем молекулы связываются латерально, подобно образованию фибрилл. среди волокнистых коллагенов с образованием разветвленных нитей различной, но тонкой диаметры.Эти взаимодействия, вместе с взаимодействиями между С-концом глобулярные домены и тройные спирали в соседних молекулах IV типа генерируют нерегулярная двумерная волокнистая сеть (). Обсудим другие компоненты базального lamina и функции этой специализированной матричной структуры в следующем раздел.

Рисунок 22-17

Структура и сборка коллагена IV типа. (а) Принципиальная схема трехспиральной молекулы длиной 400 нм типа Коллаген IV. Эта молекула имеет неколлагеновый домен на N-конец и большой глобулярный домен на C-конце; тройка спираль прервана (подробнее…)

РЕЗЮМЕ

  • Все 16 типов коллагена содержат повторение последовательности Gly-Pro-X и сворачивание в характеристику трехспиральная структура.
  • Различные коллагены различаются по способность их спиральных и неспиральных областей объединяться в фибриллы, чтобы формировать листы или сшивать различные типы коллагена.
  • Коллаген в основном фибриллярный и состоит из молекулы типа I. Двумерная сеть коллагена IV типа — это уникальна для базальной пластинки.
  • Молекулы коллагена волокнистого типа (например, типы I, II и III) собираются в фибриллы, которые стабилизируются ковалентные альдольные сшивки (см.).
  • Цепи проколлагена модифицированы и собраны в тройную спираль в ЭР (см.). Формированию спирали способствует дисульфидные связи между N- и C-концевыми пропептидами, которые выравнивают полипептидные цепи в регистре. Обычно пропептиды удаляются. после секреции, а затем образуются фибриллы коллагена во внеклеточной Космос.
  • Волокнистый коллаген имеет специфическую структурную требования и очень восприимчив к мутации, особенно в глицине остатки. Поскольку мутантные цепи коллагена могут влиять на функцию дикого типа, такие мутации имеют доминантный фенотип.
*

В номенклатуре коллагена тип коллагена указан римскими цифрами и заключен в круглые скобки.

Коллаген — Физиопедия

Оригинальный редактор — Ваше имя будет добавлено сюда, если вы создали исходный контент для этой страницы.

Ведущие участники Люсинда Хэмптон и Ким Джексон

Коллаген — это основной белок кожи, сухожилий, связок, хрящей, костей и соединительной ткани.

Коллаген является неотъемлемой частью структуры различных тканей нашего тела. является основным нерастворимым волокнистым белком внеклеточного матрикса и соединительной ткани.

  • Это самый распространенный белок в животном мире.
  • Существует как минимум 16 типов коллагена, но 80-90 процентов коллагена в организме состоит из типов I, II и III
  • Он отвечает за выполнение множества важных биологических функций.
  • Наиболее известен структурной ролью, которую играет в организме.
  • Он присутствует в больших количествах в соединительной ткани и обеспечивает прочность на разрыв костей, сухожилий и связок, а также эластичность кожи. Он часто работает в сочетании с другими важными белками, такими как кератин и эластин. [1] [2]
  • Производство коллагена снижается с возрастом и воздействием таких факторов, как курение и ультрафиолетовое излучение.
  • Коллаген может использоваться в коллагеновых повязках для привлечения новых клеток кожи к участкам ран.
  • Косметические лосьоны, которые утверждают, что повышают уровень коллагена, вряд ли смогут сделать это, поскольку молекулы коллагена слишком велики, чтобы впитаться через кожу [3] .

Функция [редактировать | править источник]

Коллаген — твердый, нерастворимый и волокнистый белок, который составляет одну треть белка в организме человека.

  • В большинстве коллагенов молекулы упакованы вместе, образуя длинные тонкие фибриллы. Они действуют как опорные конструкции и якоря клетки друг к другу. Придают коже прочность и эластичность.
  • Коллагены в организме человека сильные и гибкие.
  • Фибриллы коллагена
  • типа 1 особенно подвержены растяжению. Грамм на грамм, они прочнее стали. [3]

На данный момент идентифицировано около 30 различных типов коллагена.Наиболее распространенным типом коллагена, присутствующим в организме человека, является коллаген типа I, при этом также учитываются значительные количества коллагена типа II, III и IV.

  • Коллаген I- обнаружен в костях, сухожилиях и органах
  • Коллаген II — обнаружен в основном в хрящах
  • Коллаген III — обнаружен в основном в ретикулярных волокнах (тонкая волокнистая соединительная ткань, образующая сети, составляющие опорную ткань многих органов).
  • Коллаген IV — обнаружен в базальной мембране клеточных мембран (тонкий неклеточный слой, расположенный между эпителиальными клетками и соединительной тканью, которая их поддерживает, состоит из коллагена и других белков и выполняет множество функций, включая поддержку и фильтрацию) [4]
  • Коллаген V- содержится в волосах, ногтях [2]

Синтез и структура коллагена [править | править источник]

  1. Производство коллагена начинается с проколлагена — вещества, секретируемого вашими клетками.Он проходит обработку в двух частях вашей клетки: эндоплазматическом ретикулуме и теле Гольджи.
  2. Для всего этого процесса нужен витамин С.
  3. Структура коллагенового белка — это то, что придает ему уникальную силу, в которой нуждается ваше тело. Это тройная спираль — три цепи, вьющиеся друг в друга.
  4. В каждой из трех цепей, составляющих коллаген, 1050 аминокислот. И они удерживаются вместе с атомами водорода — мельчайшим атомом.
  5. Глицин — это аминокислота, занимающая середину структуры тройной спирали, потому что она единственная, которая может поместиться.Глицин — это аминокислота, которая имеет один атом водорода в качестве боковой цепи. Это простейшая аминокислота.
  6. Эти длинные волокна существуют не просто как отдельные белковые нити. Коллаген может объединяться, образуя поперечно-полосатые горизонтальные пласты. [5]

NB Чем старше вы становитесь, тем меньше вырабатывается коллагена. А то, что вы делаете, не такое качественное, как коллаген вашей молодости. Это влияет на внешний вид кожи, поддержание здоровья суставов и многое другое. [5]

Заболевания, связанные с коллагеном [править | править источник]

Есть много типов заболеваний, связанных с коллагеном.Эти нарушения обычно возникают в результате неправильного сворачивания этих молекул, а иногда и из-за определенной аминокислотной замены. Это включает:

Коллаген — Физиопедия

Оригинальный редактор — Ваше имя будет добавлено сюда, если вы создали исходный контент для этой страницы.

Ведущие участники Люсинда Хэмптон и Ким Джексон

Коллаген — это основной белок кожи, сухожилий, связок, хрящей, костей и соединительной ткани.

Коллаген является неотъемлемой частью структуры различных тканей нашего тела. является основным нерастворимым волокнистым белком внеклеточного матрикса и соединительной ткани.

  • Это самый распространенный белок в животном мире.
  • Существует как минимум 16 типов коллагена, но 80-90 процентов коллагена в организме состоит из типов I, II и III
  • Он отвечает за выполнение множества важных биологических функций.
  • Наиболее известен структурной ролью, которую играет в организме.
  • Он присутствует в больших количествах в соединительной ткани и обеспечивает прочность на разрыв костей, сухожилий и связок, а также эластичность кожи. Он часто работает в сочетании с другими важными белками, такими как кератин и эластин. [1] [2]
  • Производство коллагена снижается с возрастом и воздействием таких факторов, как курение и ультрафиолетовое излучение.
  • Коллаген может использоваться в коллагеновых повязках для привлечения новых клеток кожи к участкам ран.
  • Косметические лосьоны, которые утверждают, что повышают уровень коллагена, вряд ли смогут сделать это, поскольку молекулы коллагена слишком велики, чтобы впитаться через кожу [3] .

Функция [редактировать | править источник]

Коллаген — твердый, нерастворимый и волокнистый белок, который составляет одну треть белка в организме человека.

  • В большинстве коллагенов молекулы упакованы вместе, образуя длинные тонкие фибриллы. Они действуют как опорные конструкции и якоря клетки друг к другу.Придают коже прочность и эластичность.
  • Коллагены в организме человека сильные и гибкие.
  • Фибриллы коллагена
  • типа 1 особенно подвержены растяжению. Грамм на грамм, они прочнее стали. [3]

На данный момент идентифицировано около 30 различных типов коллагена. Наиболее распространенным типом коллагена, присутствующим в организме человека, является коллаген типа I, при этом также учитываются значительные количества коллагена типа II, III и IV.

  • Коллаген I- обнаружен в костях, сухожилиях и органах
  • Коллаген II — обнаружен в основном в хрящах
  • Коллаген III — обнаружен в основном в ретикулярных волокнах (тонкая волокнистая соединительная ткань, образующая сети, составляющие опорную ткань многих органов).
  • Коллаген IV — обнаружен в базальной мембране клеточных мембран (тонкий неклеточный слой, расположенный между эпителиальными клетками и соединительной тканью, которая их поддерживает, состоит из коллагена и других белков и выполняет множество функций, включая поддержку и фильтрацию) [4]
  • Коллаген V- содержится в волосах, ногтях [2]

Синтез и структура коллагена [править | править источник]

  1. Производство коллагена начинается с проколлагена — вещества, секретируемого вашими клетками.Он проходит обработку в двух частях вашей клетки: эндоплазматическом ретикулуме и теле Гольджи.
  2. Для всего этого процесса нужен витамин С.
  3. Структура коллагенового белка — это то, что придает ему уникальную силу, в которой нуждается ваше тело. Это тройная спираль — три цепи, вьющиеся друг в друга.
  4. В каждой из трех цепей, составляющих коллаген, 1050 аминокислот. И они удерживаются вместе с атомами водорода — мельчайшим атомом.
  5. Глицин — это аминокислота, занимающая середину структуры тройной спирали, потому что она единственная, которая может поместиться.Глицин — это аминокислота, которая имеет один атом водорода в качестве боковой цепи. Это простейшая аминокислота.
  6. Эти длинные волокна существуют не просто как отдельные белковые нити. Коллаген может объединяться, образуя поперечно-полосатые горизонтальные пласты. [5]

NB Чем старше вы становитесь, тем меньше вырабатывается коллагена. А то, что вы делаете, не такое качественное, как коллаген вашей молодости. Это влияет на внешний вид кожи, поддержание здоровья суставов и многое другое. [5]

Заболевания, связанные с коллагеном [править | править источник]

Есть много типов заболеваний, связанных с коллагеном.Эти нарушения обычно возникают в результате неправильного сворачивания этих молекул, а иногда и из-за определенной аминокислотной замены. Это включает:

Коллаген — Физиопедия

Оригинальный редактор — Ваше имя будет добавлено сюда, если вы создали исходный контент для этой страницы.

Ведущие участники Люсинда Хэмптон и Ким Джексон

Коллаген — это основной белок кожи, сухожилий, связок, хрящей, костей и соединительной ткани.

Коллаген является неотъемлемой частью структуры различных тканей нашего тела. является основным нерастворимым волокнистым белком внеклеточного матрикса и соединительной ткани.

  • Это самый распространенный белок в животном мире.
  • Существует как минимум 16 типов коллагена, но 80-90 процентов коллагена в организме состоит из типов I, II и III
  • Он отвечает за выполнение множества важных биологических функций.
  • Наиболее известен структурной ролью, которую играет в организме.
  • Он присутствует в больших количествах в соединительной ткани и обеспечивает прочность на разрыв костей, сухожилий и связок, а также эластичность кожи. Он часто работает в сочетании с другими важными белками, такими как кератин и эластин. [1] [2]
  • Производство коллагена снижается с возрастом и воздействием таких факторов, как курение и ультрафиолетовое излучение.
  • Коллаген может использоваться в коллагеновых повязках для привлечения новых клеток кожи к участкам ран.
  • Косметические лосьоны, которые утверждают, что повышают уровень коллагена, вряд ли смогут сделать это, поскольку молекулы коллагена слишком велики, чтобы впитаться через кожу [3] .

Функция [редактировать | править источник]

Коллаген — твердый, нерастворимый и волокнистый белок, который составляет одну треть белка в организме человека.

  • В большинстве коллагенов молекулы упакованы вместе, образуя длинные тонкие фибриллы. Они действуют как опорные конструкции и якоря клетки друг к другу.Придают коже прочность и эластичность.
  • Коллагены в организме человека сильные и гибкие.
  • Фибриллы коллагена
  • типа 1 особенно подвержены растяжению. Грамм на грамм, они прочнее стали. [3]

На данный момент идентифицировано около 30 различных типов коллагена. Наиболее распространенным типом коллагена, присутствующим в организме человека, является коллаген типа I, при этом также учитываются значительные количества коллагена типа II, III и IV.

  • Коллаген I- обнаружен в костях, сухожилиях и органах
  • Коллаген II — обнаружен в основном в хрящах
  • Коллаген III — обнаружен в основном в ретикулярных волокнах (тонкая волокнистая соединительная ткань, образующая сети, составляющие опорную ткань многих органов).
  • Коллаген IV — обнаружен в базальной мембране клеточных мембран (тонкий неклеточный слой, расположенный между эпителиальными клетками и соединительной тканью, которая их поддерживает, состоит из коллагена и других белков и выполняет множество функций, включая поддержку и фильтрацию) [4]
  • Коллаген V- содержится в волосах, ногтях [2]

Синтез и структура коллагена [править | править источник]

  1. Производство коллагена начинается с проколлагена — вещества, секретируемого вашими клетками.Он проходит обработку в двух частях вашей клетки: эндоплазматическом ретикулуме и теле Гольджи.
  2. Для всего этого процесса нужен витамин С.
  3. Структура коллагенового белка — это то, что придает ему уникальную силу, в которой нуждается ваше тело. Это тройная спираль — три цепи, вьющиеся друг в друга.
  4. В каждой из трех цепей, составляющих коллаген, 1050 аминокислот. И они удерживаются вместе с атомами водорода — мельчайшим атомом.
  5. Глицин — это аминокислота, занимающая середину структуры тройной спирали, потому что она единственная, которая может поместиться.Глицин — это аминокислота, которая имеет один атом водорода в качестве боковой цепи. Это простейшая аминокислота.
  6. Эти длинные волокна существуют не просто как отдельные белковые нити. Коллаген может объединяться, образуя поперечно-полосатые горизонтальные пласты. [5]

NB Чем старше вы становитесь, тем меньше вырабатывается коллагена. А то, что вы делаете, не такое качественное, как коллаген вашей молодости. Это влияет на внешний вид кожи, поддержание здоровья суставов и многое другое. [5]

Заболевания, связанные с коллагеном [править | править источник]

Есть много типов заболеваний, связанных с коллагеном.Эти нарушения обычно возникают в результате неправильного сворачивания этих молекул, а иногда и из-за определенной аминокислотной замены. Это включает:

Коллаген — Физиопедия

Оригинальный редактор — Ваше имя будет добавлено сюда, если вы создали исходный контент для этой страницы.

Ведущие участники Люсинда Хэмптон и Ким Джексон

Коллаген — это основной белок кожи, сухожилий, связок, хрящей, костей и соединительной ткани.

Коллаген является неотъемлемой частью структуры различных тканей нашего тела. является основным нерастворимым волокнистым белком внеклеточного матрикса и соединительной ткани.

  • Это самый распространенный белок в животном мире.
  • Существует как минимум 16 типов коллагена, но 80-90 процентов коллагена в организме состоит из типов I, II и III
  • Он отвечает за выполнение множества важных биологических функций.
  • Наиболее известен структурной ролью, которую играет в организме.
  • Он присутствует в больших количествах в соединительной ткани и обеспечивает прочность на разрыв костей, сухожилий и связок, а также эластичность кожи. Он часто работает в сочетании с другими важными белками, такими как кератин и эластин. [1] [2]
  • Производство коллагена снижается с возрастом и воздействием таких факторов, как курение и ультрафиолетовое излучение.
  • Коллаген может использоваться в коллагеновых повязках для привлечения новых клеток кожи к участкам ран.
  • Косметические лосьоны, которые утверждают, что повышают уровень коллагена, вряд ли смогут сделать это, поскольку молекулы коллагена слишком велики, чтобы впитаться через кожу [3] .

Функция [редактировать | править источник]

Коллаген — твердый, нерастворимый и волокнистый белок, который составляет одну треть белка в организме человека.

  • В большинстве коллагенов молекулы упакованы вместе, образуя длинные тонкие фибриллы. Они действуют как опорные конструкции и якоря клетки друг к другу.Придают коже прочность и эластичность.
  • Коллагены в организме человека сильные и гибкие.
  • Фибриллы коллагена
  • типа 1 особенно подвержены растяжению. Грамм на грамм, они прочнее стали. [3]

На данный момент идентифицировано около 30 различных типов коллагена. Наиболее распространенным типом коллагена, присутствующим в организме человека, является коллаген типа I, при этом также учитываются значительные количества коллагена типа II, III и IV.

  • Коллаген I- обнаружен в костях, сухожилиях и органах
  • Коллаген II — обнаружен в основном в хрящах
  • Коллаген III — обнаружен в основном в ретикулярных волокнах (тонкая волокнистая соединительная ткань, образующая сети, составляющие опорную ткань многих органов).
  • Коллаген IV — обнаружен в базальной мембране клеточных мембран (тонкий неклеточный слой, расположенный между эпителиальными клетками и соединительной тканью, которая их поддерживает, состоит из коллагена и других белков и выполняет множество функций, включая поддержку и фильтрацию) [4]
  • Коллаген V- содержится в волосах, ногтях [2]

Синтез и структура коллагена [править | править источник]

  1. Производство коллагена начинается с проколлагена — вещества, секретируемого вашими клетками.Он проходит обработку в двух частях вашей клетки: эндоплазматическом ретикулуме и теле Гольджи.
  2. Для всего этого процесса нужен витамин С.
  3. Структура коллагенового белка — это то, что придает ему уникальную силу, в которой нуждается ваше тело. Это тройная спираль — три цепи, вьющиеся друг в друга.
  4. В каждой из трех цепей, составляющих коллаген, 1050 аминокислот. И они удерживаются вместе с атомами водорода — мельчайшим атомом.
  5. Глицин — это аминокислота, занимающая середину структуры тройной спирали, потому что она единственная, которая может поместиться.Глицин — это аминокислота, которая имеет один атом водорода в качестве боковой цепи. Это простейшая аминокислота.
  6. Эти длинные волокна существуют не просто как отдельные белковые нити. Коллаген может объединяться, образуя поперечно-полосатые горизонтальные пласты. [5]

NB Чем старше вы становитесь, тем меньше вырабатывается коллагена. А то, что вы делаете, не такое качественное, как коллаген вашей молодости. Это влияет на внешний вид кожи, поддержание здоровья суставов и многое другое. [5]

Заболевания, связанные с коллагеном [править | править источник]

Есть много типов заболеваний, связанных с коллагеном.Эти нарушения обычно возникают в результате неправильного сворачивания этих молекул, а иногда и из-за определенной аминокислотной замены. Это включает:

Что такое коллаген?

Коллаген — это белок, состоящий из аминокислот, которые, в свою очередь, состоят из углерода, кислорода и водорода. Коллаген содержит определенные аминокислоты — глицин, пролин, гидроксипролин и аргинин.

Коллаген составляет примерно 30% белков в организме. Это прочные и прочные структуры, встречающиеся по всему телу: в костях, сухожилиях и связках.

Где находится коллаген?

В природе коллаген содержится исключительно в организме животных, особенно в плоти и соединительных тканях млекопитающих. Коллаген является частью соединительной ткани, которая в коже способствует упругости, эластичности и постоянному обновлению клеток кожи. Коллаген жизненно важен для эластичности кожи.

Связки — это еще один тип соединительной ткани, которая соединяет две кости и, следовательно, удерживает суставы вместе. Сухожилия — это похожие, но различающиеся по типу ткани, которые прикрепляют мышцы к костям.Все эти ткани, кости, связки, сухожилия и сами скелетные мышцы состоят из белков. Один из наиболее распространенных белков называется коллагеном.

Коллаген является основным компонентом соединительной ткани и наиболее распространенным белком у млекопитающих, составляющим от 25% до 35% белка всего тела.

Изображение коллагеновых фибрилл в коллагеновых волокнах, полученное методом атомно-силовой микроскопии. Кредит изображения: UChicago Argonne LLC

Что делает коллаген?

Коллаген помогает укрепить различные структуры тела, а также защищает такие структуры, как кожа, предотвращая абсорбцию и распространение патогенных веществ, токсинов окружающей среды, микроорганизмов и раковых клеток.Белок коллагена — это цемент, который скрепляет все вместе.

Коллаген также присутствует во всех гладких мышцах, кровеносных сосудах пищеварительного тракта, сердце, желчном пузыре, почках и мочевом пузыре, удерживая клетки и ткани вместе. Коллаген является даже основным компонентом волос и ногтей.

Старение и коллаген

С возрастом выработка коллагена замедляется, а структуры клеток ослабевают. Кожа истончается и ее легче повредить, волосы становятся безжизненными, кожа обвисает и морщится, сухожилия и связки становятся менее эластичными, суставы становятся жесткими и т. Д.

Структура коллагена

Коллаген микроскопически встречается в удлиненных фибриллах. В основном он содержится в фиброзных тканях, таких как сухожилия, связки и кожа, а также в большом количестве в роговице, костях, кровеносных сосудах, хрящах, межпозвоночном диске и пищеварительном тракте.

В мышечной ткани коллаген является основным компонентом эндомизия. От 1 до 2% мышц состоит из коллагена, и около 6% от общей массы мышц состоит из коллагена. Желатин, используемый в пище, представляет собой необратимо гидролизованный коллаген.

Молекулярная структура коллагена

В середине 1930-х годов было впервые обнаружено, что коллаген имеет молекулярную структуру. Нобелевские лауреаты Крик, Полинг, Рич и Йонат и другие, включая Бродского, Бермана и Рамачандрана, исследовали структуру коллагена и их возможные функции.

После нескольких размышлений об индивидуальной пептидной цепи была разработана окончательная модель «Мадраса», которая предоставила по существу правильную модель четвертичной структуры молекулы, хотя эта модель все еще требовала некоторой доработки.Это трехспиральная структура.

Коллаген дополнительно упакован в фибриллярные типы коллагена гексагональной или квазигексагональной формы. Набивка может быть «листовой» или микрофибриллярной. Микрофибриллярная структура коллагеновых фибрилл в сухожилиях, роговице и хрящах была непосредственно отображена с помощью электронной микроскопии.

Микрофибриллярная структура сухожилия взрослого человека была подтверждена в 2006 году Фрейзером, Миллером и Вессом (среди прочих). Они обнаружили D-периодическую пентамерную структуру и назвали ее микрофибриллами.

Дополнительная литература

Артрит, боль в пояснице, кости, мышцы

Обзор

Что такое опорно-двигательный аппарат?

Ваша опорно-двигательная система включает кости, хрящи, связки, сухожилия и соединительные ткани. Ваш скелет обеспечивает основу для ваших мышц и других мягких тканей. Вместе они поддерживают вес вашего тела, поддерживают осанку и помогают двигаться.

Широкий спектр заболеваний и состояний может привести к проблемам опорно-двигательного аппарата.Старение, травмы, врожденные аномалии (врожденные дефекты) и болезни могут вызывать боль и ограничивать движение.

Вы можете сохранить здоровье опорно-двигательного аппарата, уделяя особое внимание общему состоянию здоровья. Придерживайтесь сбалансированной диеты, поддерживайте здоровый вес, регулярно занимайтесь спортом и обращайтесь к врачу для проверки.

Функция

Как работает опорно-двигательный аппарат?

Нервная система (командный центр вашего тела) контролирует ваши произвольные движения мышц. Произвольные мышцы — это те мышцы, которыми вы управляете намеренно.Некоторые из них задействуют большие группы мышц для выполнения таких действий, как прыжки. Другие используют более мелкие движения, например, нажатие кнопки. Движение происходит, когда:

  1. Ваша нервная система (мозг и нервы) посылает сигнал для активации ваших скелетных (произвольных) мышц.
  2. Ваши мышечные волокна сокращаются (напрягаются) в ответ на сообщение.
  3. Когда мышца активируется или собирается в пучок, она тянет за сухожилие. Сухожилия прикрепляют мышцы к костям.
  4. Сухожилие тянет кость, заставляя ее двигаться.
  5. Чтобы расслабить мышцы, ваша нервная система посылает другое сообщение. Это заставляет мышцы расслабляться или отключаться.
  6. Расслабленная мышца снимает напряжение, переводя кость в положение покоя.

Анатомия

Какие части опорно-двигательного аппарата?

Опорно-двигательный аппарат помогает вам стоять, сидеть, ходить, бегать и двигаться. В теле взрослого человека 206 костей и более 600 мышц, соединенных связками, сухожилиями и мягкими тканями.

Части опорно-двигательного аппарата:

  • Кости: Кости всех форм и размеров поддерживают ваше тело, защищают органы и ткани, накапливают кальций и жир и производят клетки крови. Твердая внешняя оболочка кости окружает губчатый центр. Кости обеспечивают структуру и форму вашему телу. Они работают с мышцами, сухожилиями, связками и другими соединительными тканями, помогая вам двигаться.
  • Хрящ: Тип соединительной ткани, хрящевая подкладка костей внутри суставов, вдоль позвоночника и в грудной клетке.Прочный эластичный хрящ защищает кости от трения друг о друга. У вас также есть хрящи в носу, ушах, тазу и легких.
  • Суставы: Кости соединяются, образуя суставы. Некоторые суставы имеют большой диапазон движений, например, шаровидный плечевой сустав. Другие суставы, такие как колено, позволяют костям двигаться вперед и назад, но не вращаются.
  • Мышцы: Каждая мышца состоит из тысяч эластичных волокон. Ваши мышцы позволяют вам двигаться, сидеть прямо и оставаться на месте.Некоторые мышцы помогают бегать, танцевать и поднимать тяжести. Вы используете других, чтобы написать свое имя, застегнуть пуговицу, поговорить и проглотить.
  • Связки: Связки, изготовленные из прочных коллагеновых волокон, соединяют кости и помогают стабилизировать суставы.
  • Сухожилия: Сухожилия соединяют мышцы с костями. Состоящие из фиброзной ткани и коллагена, сухожилия жесткие, но не очень эластичные.

Состояния и расстройства

Какие состояния и нарушения влияют на опорно-двигательный аппарат?

Сотни заболеваний могут вызвать проблемы с опорно-двигательным аппаратом.Они могут влиять на то, как вы двигаетесь, говорите и взаимодействуете с миром. Некоторые из наиболее частых причин скелетно-мышечной боли и проблем с движением:

  • Старение: В процессе естественного старения кости теряют свою плотность. Менее плотные кости могут привести к остеопорозу и переломам костей (переломам костей). С возрастом мышцы теряют свою массу, а хрящи начинают изнашиваться, что приводит к боли, жесткости и уменьшению диапазона движений. После травмы вы можете не зажить так быстро, как в молодости.
  • Артрит: Боль, воспаление и скованность суставов возникают в результате артрита. У пожилых людей больше шансов заболеть остеоартритом из-за разрушения хрящей внутри суставов, но это заболевание может затронуть людей любого возраста. Другие типы артрита также вызывают боль и воспаление в суставах, включая ревматоидный артрит, анкилозирующий спондилит и подагру.
  • Проблемы со спиной: Боль в спине и мышечные спазмы могут быть результатом растяжения мышц или травм, таких как грыжа межпозвоночного диска.Некоторые состояния, включая стеноз и сколиоз позвоночника, вызывают структурные проблемы в спине, что приводит к боли и ограничению подвижности.
  • Рак: Несколько типов рака поражают опорно-двигательную систему, включая рак костей. Опухоли, которые разрастаются в соединительной ткани (саркомы), могут вызывать боль и проблемы с движением.
  • Врожденные аномалии: Врожденные аномалии, также известные как врожденные пороки, могут влиять на внешний вид, структуру и функции тела.Косолапость — одна из самых распространенных проблем с опорно-двигательным аппаратом, с которой рождаются дети. Это вызывает скованность и уменьшение диапазона движений.
  • Болезнь: На работу костей, мышц и соединительных тканей влияет широкий спектр заболеваний. Некоторые из них, например остеонекроз, приводят к разрушению костей и их гибели. Другие заболевания, такие как фиброзная дисплазия и болезнь хрупкости костей (несовершенный остеогенез), вызывают легкое переломание костей. Состояния, которые влияют на скелетные мышцы (миопатии), включают более 30 типов мышечной дистрофии.
  • Травмы: Сотни травм могут поражать кости, хрящи, мышцы и соединительные ткани. В результате чрезмерного использования могут возникнуть травмы, такие как синдром запястного канала, бурсит и тендинит. Растяжения, разрывы мышц, переломы костей и травмы сухожилий, связок и других мягких тканей могут быть результатом несчастных случаев и травм.

Насколько распространены эти состояния?

У всех время от времени возникают боли в мышцах и суставах. Одним из наиболее распространенных заболеваний опорно-двигательного аппарата является боль в спине, особенно боль в пояснице.Более 80% людей в Соединенных Штатах в какой-то момент жизни испытывают боли в спине. Артрит также очень распространен. Более 54 миллионов взрослых в США страдают артритом. Каждый год миллионы людей случаются с переломами, растяжениями и растяжениями. Большинство людей восстанавливаются после этих травм без длительных проблем со здоровьем.

Забота

Как сохранить здоровье опорно-двигательного аппарата?

Лучший способ заботиться о опорно-двигательном аппарате — поддерживать хорошее здоровье в целом.Чтобы ваши кости и мышцы были здоровыми, вам необходимо:

  • Регулярно выполняйте физические упражнения, и обязательно включайте сочетание упражнений с отягощением и сердечно-сосудистой деятельности. Укрепление мышц может поддержать суставы и защитить их от повреждений.
  • Высыпайтесь , чтобы ваши кости и мышцы могли восстановиться и восстановиться.
  • Поддерживайте здоровый вес. Лишние килограммы оказывают давление на кости и суставы, вызывая ряд проблем со здоровьем.Если у вас избыточный вес, поговорите со своим врачом о здоровом плане похудания.
  • Выбирайте здоровую пищу , включая сбалансированную диету из фруктов и овощей, нежирного белка и молока для укрепления костей.
  • Бросьте курить и избегайте табака. Курение уменьшает кровоток по всему телу. Ваши кости, мышцы и мягкие ткани нуждаются в адекватном кровотоке, чтобы оставаться здоровыми.
  • Проходите регулярные осмотры и проверки здоровья в соответствии с возрастом. Если вам больше 65 лет, поговорите со своим врачом о сдаче теста на плотность костной ткани.

###

Часто задаваемые вопросы

Когда мне следует позвонить своему врачу?

Поговорите со своим врачом, если у вас есть боль, отек, скованность, ограниченный диапазон движений или проблемы с движением. Немедленно обратитесь к своему провайдеру, если какие-либо из этих изменений произойдут внезапно. Внезапные проблемы могут быть признаком серьезного состояния.

Записка из клиники Кливленда

У всех время от времени возникают боли в мышцах и мышцах.Хотя вы не сможете предотвратить все растяжения, растяжения и переломы костей, вы можете сохранить здоровье опорно-двигательного аппарата. Поддержание хорошего общего состояния здоровья снизит риск заболеваний и травм. А сохранение здоровья поможет вам быстрее выздороветь, если вы все-таки получите травму. Регулярно посещая врача, контролируя свой вес и заботясь о себе, вы защитите свои кости и мышцы, чтобы они могли и дальше защищать вас.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *