Впервые коллаген в качестве инъекционного материала применили в 1981 году, когда Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило первый филлер Zyderm® (Inamed Corporation, Калифорния, США) на основе коровьего коллагена. До 2003 года это был единственный коллагеновый филлер, получивший одобрение американского регулятора1.
Однако интерес к этому виду терапии оставался невысоким из-за рисков (несовершенство технологий очистки, иммуногенные реакции, прионные заболевания) и скудных научных данных об эффективности2. Но все изменилось в 2023 году.
Аналитическая компания со звучным названием Mordor Intelligence опубликовала отчет, в котором показала, что в 2023 году рынок препаратов на основе коллагена вырос до 1,01 млрд долларов США и спрогнозировала, что рост продолжится вплоть до 2028 года почти на семь процентов3. Коллаген вновь переживает второе рождение.
Возродившийся интерес фармразработчиков к коллагену связан в первую очередь с его биосовместимостью5. Продукты и производные на основе коллагена I типа (т. е. гидролизаты, желатин, пептиды) вернулись вместе с модой на многофункциональные филлеры, способные как заполнять дефекты мягких тканей, так и восстанавливать дефицитные ткани6.
Разработка как точных процессов экстракции, так и процедур стерилизации, улучшили профиль безопасности коллагена, а современные методы очистки позволили создать препараты коллагена с минимальной иммуногенностью и риском заражения7.
Понимание молекулярных механизмов гомеостаза экстрацеллюлярного матрикса (ЕСМ) также повлияло на интерес к коллагену в качестве инъекционного состава. Было обнаружено, что коллаген типа I оказывает тяговое воздействие на фибриллы коллагена типа VI, и механический стресс, возникающий в клетках, стимулирует выработку нового ЕСМ (процесс механотрансдукции)8.
Среди наиболее используемых источников для извлечения коллагена для производства инъекционных составов выделяют коллаген животного происхождения (крупный рогатый скот, свиньи, лошади).
Методы экстракции представляют собой важный этап в производстве этого белка. Одним из традиционных методов является кислотная экстракция, при которой коллаген извлекается из такого сырья, как кожа или кости, с использованием кислотных реагентов. Этот метод может быть эффективен, но существует риск потери биологической активности коллагена из-за высокой кислотности.
Другим распространенным методом является ферментативная экстракция, при которой применяются ферменты, такие как папаин или трипсин, для разрушения тканей и извлечения коллагена. Этот подход более щадящий по сравнению с кислотной экстракцией и обеспечивает сохранение биологически активных свойств коллагена.
В дополнение к упомянутым выше существуют и другие методы экстракции коллагена, включая щелочную, солевую и экстракцию горячей водой.
При этом данные методы неидеальны для извлечения плотно сшитого коллагена, что приводит к низкой скорости экстракции.
Чтобы избежать контаминации зоонозными патогенами, стали применять экстракцию коллагена из морских организмов, но, к сожалению, из-за отсутствия гидроксипролина коллаген из морских организмов имеет низкую термическую стабильность, что ограничивает масштабы его производства и применения.
Как один из методов экстракции может быть рассмотрен гидролиз, особенно если изначально используется сырье, содержащее коллаген, и его требуется подготовить для дальнейшего использования в пищевой, косметической или медицинской продукции. Гидролиз включает химическое разрушение молекул коллагена, в ходе которого молекулы разрушаются на более короткие фрагменты, называемые пептидами. Гидролиз уменьшает размер молекул коллагена, что делает его более легким для усвоения организмом. Гидролизованный коллаген широко применяется в пищевой и косметической индустрии. В пищевых добавках и напитках он может использоваться для улучшения состояния кожи, волос и ногтей, а также для поддержки суставов и связок. В косметических средствах гидролизованный коллаген может быть включен в состав для увлажнения и улучшения упругости кожи. Из-за более низкого веса молекул гидролизованный коллаген также может быть более устойчивым в водных растворах, что делает его удобным для использования в различных продуктах.
Большинство добавок коллагена, рекомендованных экспертами, обогащены пептидами, содержащими аминокислоты, включая пролин, глицин и гидроксипролин, которые считаются важными компонентами коллагена. Помимо этого, исследователи утверждают, что увеличение производства пептидов гиалуроновой кислоты в фибробластах кожи вызывает миграцию фибробластов и укрепляет коллаген, тем самым увеличивая количество влаги в роговом слое9.
В последнее десятилетие появилось новое решение – так называемая рекомбинантная экстракция, при которой коллаген синтезируется с использованием технологии рекомбинантной ДНК. В отличие от традиционных методов, где коллаген извлекается из тканей животных, рекомбинантный коллаген производится путем внедрения генетической информации, кодирующей структуру коллагена, в микроорганизмы, такие как бактерии или дрожжи. Эти микроорганизмы затем вырабатывают коллаген, который структурно и функционально аналогичен естественному коллагену, но без необходимости использования тканей животных.
Одним из ключевых преимуществ рекомбинантного коллагена является его более высокая чистота и предсказуемость по сравнению с коллагеном, полученным из природных источников. Это снижает риск аллергических реакций и возможных контаминаций, а также обеспечивает более стабильные свойства продукта. Рекомбинантный коллаген также может быть более устойчивым к стерилизации и иметь более широкий спектр применения в медицинской и косметической индустрии.
На сегодняшний день на мировом рынке доступны инъекционные филлеры, содержащие комбинацию коллагена, гиалуроновой кислоты и карбоксиметилцеллюлозы, филлер Fillagen® (Monodermà, Милан, Италия), созданный на основе рекомбинантного полипептида α1-цепи коллагена тутового шелкопряда, а также Karisma® (Таумед, Рим, Италия), изготовленный из неуказанного рекомбинантного коллагена. Недавно компания CollPlant Biotechnologies Ltd (Реховот, Израиль) представила фотоотверждаемый регенеративный наполнитель для кожи и мягких тканей, основанный на коллагене, содержащем рекомбинантный коллаген I типа, выделенный из растения табака.
Обычно инъекционные составы коллагена для инъекций поставляются в виде сухого порошка для ресуспендирования в подходящем буфере (например, 0,9 %) или в жидкой форме в готовых к использованию шприцах с конечной концентрацией коллагена 30–35 мг/мл.
Для достижения желаемого эффекта вводят всего 2–5 мл. Из-за быстрой деградации коллагена необходимо провести 1–3 корректирующие процедуры по 0,8–2,1 мл через 1–2 недели после первого лечения и реже через 1 или 6 месяцев.
Сегодня на мировом рынке доступно более 60 видов филлеров на основе коллагена в зависимости от конечного использования, которые используются во многих областях медицины. В России можно выделить несколько наиболее популярных брендов.
Препарат NITHYA состоит из микрочастиц коллагена I типа (лошадиного), произведенного по запатентованной технологии компанией Euroresearch s.r.l. (Италия).
Это нативный коллаген, обладающий максимальной биодоступностью, который быстро и эффективно восстанавливает поврежденные цепи коллагена кожи, а также активизирует деятельность фибробластов, направленную на синтез собственного коллагена.
Лошадиный коллаген по своей структуре максимально приближен к коллагену человека по таким параметрам, как структура белка, молекулярный вес и последовательность аминокислотных остатков.
NITHYA – инъекционный коллаген для эффективного омоложения кожного покрова.
При прохождении курса коллагенотерапии улучшается внешний вид кожи, сокращается площадь кожного покрова и утолщается дерма, что приводит к уменьшению глубины морщин, повышению эластичности и лифтингу.
Новые источники сырья. Животное сырье требует высоких издержек по сравнению с преимуществами микробной экстракции. Микробные системы выделяются своей относительной доступностью, низкой стоимостью, быстрым циклом, удобством культивирования и упрощенным коммерческим производством. В связи с этим современные исследования по синтезу рекомбинантного коллагена активно фокусируются на микробных системах.
Также привлекает внимание использование морских организмов как альтернативного источника коллагена. В недавней работе Rodrigues и коллеги (2023) провели анализ коллагена, извлеченного из кожи атлантической трески. Это исследование было направлено на оценку потенциала данного коллагена в уходе за кожей. Экстракция коллагена осуществлялась из двух партий кожи, полученной как побочный продукт пищевой промышленности, с применением уксусной кислоты (ASColl). Характеристика полученных экстрактов подтвердила их профиль, совместимый с коллагеном типа I, без существенных различий между партиями или с коллагеном бычьей кожи, который является эталонным материалом в биомедицинских исследованиях. Мембраны ASColl проявили привлекательные характеристики для применения в биомедицинских и космецевтических областях ухода за кожей10.
Чешуя карпа (Cyprinus carpio) также обладает значительным потенциалом. Результаты экстракции показывают, что выход коллагена, извлеченного из отходов чешуи карпа, составил 8,62 % при pH 6,59. Результаты исследования указали на возможность использования отходов чешуи карпа в качестве альтернативного источника микроколлагена11.
Новый коллаген клинического качества из кожи лягушки-быка, разработанный учеными-материаловедами из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) в сотрудничестве с медицинской технологической фирмой Cuprina Wound Care Solutions (Cuprina), специализирующейся на разработке продуктов для лечения хронических ран, в течение короткого времени перейдет из лабораторий в клиники12.
Белковая инженерия Escherichia coli. Основной метод заключается в интродукции разработанных генов и векторов-мишеней коллагена в E. coli для индуцирования экспрессии целевого белка. Среди распространенных векторов выделяются серии pGEX и pET. Примеры успешного использования описаны, например, в работе Ручманна и коллег13, которые достигли высокой экспрессии гидроксилированного рекомбинантного человеческого коллагена III в E. coli. В сравнении с природным коллагеном, рекомбинантный человеческий коллаген, полученный ферментацией E. coli, обладал характеристиками единого компонента: контролируемый процесс, короткий производственный цикл и отсутствие потенциальных вирусов14.
Новые формулы включают в себя и веганские формы коллагена, эластина и гиалуроновой кислоты с восемью различными молекулярными массами в 20 раз меньше, чем у традиционных форм. Эти новые ингредиенты способны глубоко проникать в кожу, помогая сохранять и восстанавливать разрушенный коллаген15.
Исследования в области коллагенотерапии продолжают расширять применение этого белка в медицинских и косметических целях. Рекомбинантные технологии и новые источники коллагена, такие как микробные системы, предоставляют перспективные возможности для разработки более эффективных и устойчивых продуктов.
Эксперименты с использованием коллагена в различных медицинских применениях позволяют лучше понять его влияние на заживление тканей, регенерацию и улучшение внешнего вида кожи. Перспективы в области веганского коллагена и новых технологий представляют значительный шаг вперед в современных подходах к уходу за кожей.
16990
Комментарии