Kollageenin eristäminen ja puhdistaminen eläinkudoksesta: Menetelmät ja sovellukset

Abstract

Liha- ja kalateollisuuden sivutuotteena syntyy vuosittain miljoonia tonneja kollageenipitoisia jätteitä, kuten nahkoja, luita ja suomuja. Samaan aikaan tarve kollageenille kasvaa, kun uusia biomateriaaleja kehitetään lääketieteen tarpeisiin. Hukkamateriaalin vähentämiseksi ja kiertotalouden edistämiseksi jätteitä voitaisiin käyttää kollageenin tuottamiseen.

Kollageeni on merkittävin sidekudoksista löytyvä komponentti, jolla on erinomainen bioyhteensopivuus, sekä hyvät mekaaniset ominaisuudet. Tyypin I kollageeni on yleisin kaikista kollageenityypeistä, jonka takia se on myös eniten käytetty ja tutkittu kollageeni. Lähteenä eristämiselle voidaan käyttää lehmistä, sioista, kaloista ja jopa ihmisistä saatavia kudoksia. Tasalämpöisten eläinten kollageeni on ominaisuuksiltaan hieman parempaa, mutta hullunlehmäntaudin ja sikainfluenssan takia lehmien ja sikojen kudoksia pyritään välttämään, ja niiden sijasta suositaan kalojen kudoksia. Vaihtolämpöisinä eläiminä kaloilla on vähemmän hydroksiproliinia, mikä muun muassa alentaa kollageenin denaturoitumislämpötilaa, ja edelleen käyttölämpötilaa. Ihmisten kudoksia on mainituista vähiten saatavilla, mutta se on lääketieteellisiin käyttökohteisiin sopivinta pienimmän kudosreaktioriskin takia.

Kolmoiskierteisen rakenteensa ansiosta kollageeni kestää katalyyttisiä entsyymejä, eikä se ole vesiliukoista ilman käsittelyä. Siispä eristyksen mahdollistamiseksi kollageeni tulee saattaa vesiliukoiseen muotoon käsittelemällä sitä hapolla, emäksellä tai polaarisella liuottimella. Proteaasien sietokykyä voidaan hyödyntää eristysprosessissa muiden proteiinien poistamiseksi esimerkiksi pepsiinillä. Tällä saadaan kasvatettua kollageenin saantoa.

Puhdistamisessa hyödynnetään dialyysiä muuttamaan kollageeniliuoksen ominaisuuksia, kuten pH:ta ennen varsinaista prosessia. Käyttökohteeseen halutun olomuodon mukaan kollageeni voidaan puhdistaa kiinteään olomuotoon saostamalla, tai se voidaan puhdistaa liuenneessa muodossa suodattimien avulla. Tarvittaessa kollageeni voidaan kylmäkuivata hyödyntämällä sublimaatiota.

Kollageenista voidaan valmistaa monenlaisia tuotteita niin lääketieteen käyttökohteisiin kuin muuallekin. Lääkinnällisiä kohteita ovat esimerkiksi kollageenikehikot, jonka huokosiin istutetaan lääkeaineita, tai esimerkiksi pinnoitteet, joilla saadaan lisättyä solujen kiinnittymistä implantteihin. Myös kosmetiikassa on käyttöä kollageenille, sillä se sitoo hyvin vettä itseensä ja edistää täten ihon nesteytymistä. Polymeerisenä materiaalina kollageeni toimii myös liiman valmistukseen, esimerkiksi sellaisissa tapauksissa, joissa se ei ole tarpeeksi puhdasta käytettäväksi kosketuksissa kudoksiin.