Keratiinin käyttö lääketieteellisenä biomateriaalina : Uutto- ja puhdistusmenetelmät

Abstract

Keratiini on proteiini, jonka lähteenä ovat ihmisellä hiukset, kynnet ja iho ja muilla selkärankaisilla muun muassa villa, höyhenet ja nokkamaiset ruumiinosat. Keratiini muodostuu keratinosyyttisoluissa, jotka erikoistuvat filamenttimaiseksi keratiiniproteiiniksi. Perusrakenne muodostuu polypeptidiketjuista, jotka muokkautumisen seurauksena kiertyvät joko α-tyypin keratiiniksi tai laskostuvat levymäiseksi β-keratiiniksi. Rakenteita pitää kasassa vety- ja disulfidisidokset. Sidosten ansiosta keratiinilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, kuten stabiilius ja sitkeys. Uutettaessa keratiinia, sillä on myös luontainen kyky rakentua skaffoldeiksi, mikä edistää niiden käyttöä lääketieteessä. Työn tavoitteena oli tutkia keratiinin lääketieteellisiä käyttökohteita, sekä perehtyä uutto- ja puhdistusmenetelmiin, joiden avulla keratiini saadaan käytettäväksi eri kohteissa. Erinomaisen bioyhteensopivuuden ja biohajoavuuden ansiosta keratiinista voidaan valmistaa sovelluksia lääketieteellisiin käyttökohteisiin. Keratiinista on valmistettu hydrogeelejä, kalvoja, kuituja, sieniä, sekä mikrokapseleita ja nanopartikkeleita. Nämä sovellukset ovat osoittaneet potentiaalia muun muassa haavojen hoidossa, kudosteknologiassa sekä lääkeaineiden annostelujärjestelmissä. Keratiinipohjaiset tuotteet edistävät solujen kiinnittymistä, lisääntymistä ja kulkeutumista haavojen alueelle sekä lääkeaineiden annostelujärjestelmissä niillä on kyky kuljettaa ja vapauttaa lääkeainetta hallitusti. Uuttomenetelmien tavoitteena on katkoa keratiinirakenteessa olevia sidoksia, jolloin keratiinin liukenevuus paranee ja se saadaan talteen. Uuttomenetelmät jaetaan kemiallisiin, fysikaalisiin ja biologisiin menetelmiin. Kemiallisiin menetelmiin kuuluvat pelkistäminen, hapetus, hydrolyysi, sulfitolyysi ja ioniliuoksien käyttö. Fysikaaliset menetelmät jaetaan höyryräjäytykseen, ylikuumennetun veden käyttöön ja mikroaaltosäteilytykseen. Biologisia menetelmiä ovat mikrobiset ja entsymaattiset menetelmät. Kemiallisista menetelmistä tehokkaimmaksi ja vaarattomimmaksi on todettu sulfitolyysi, koska siinä ei käytetä yhtä myrkyllisiä kemikaaleja kuin muissa kemiallisissa menetelmissä. Fysikaalisista menetelmistä ylikuumennetun veden käyttö on taloudellisin, puhtain ja tehokkain menetelmä. Verrattuna kaikkiin menetelmiin, mikrobisten ja entsymaattisten menetelmien käyttö on kuitenkin todettu ympäristöystävällisimmäksi ja turvallisimmaksi menetelmäksi. Puhdistusmenetelmien tavoitteena on poistaa keratiiniliuoksesta muut komponentit, kuten epäpuhtaudet, jolloin jäljelle jää keratiiniproteiinit, joita voidaan käyttää erilaisiin lääketieteellisiin sovelluksiin raaka-aineena. Puhdistusmenetelmät perustuvat liuoksessa olevien molekyylien erotteluun niiden koon-, varauksen-, sitoutumiskyvyn tai liukoisuuseron perusteella. Menetelmiä, joita käytetään proteiinien puhdistuksessa ovat dialyysi, ultrasuodatus, saostaminen, kromatografiset menetelmät, sentrifugointi ja elektroforeesi. Näistä erityisesti ultrasuodatus on todettu tehokkaaksi tuotteiden suuren läpimenon, hellävaraisuuden ja nopeuden kannalta verrattuna muihin menetelmiin. Usein puhdistuksessa käytetään useampaa menetelmää, jotta saavutetaan haluttu puhtausaste.