從動(dòng)物組織中提取膠原蛋白具有天然來源、資源豐富以及提取工藝成熟等優(yōu)勢(shì),但面臨著對(duì)動(dòng)物資源的依賴性和限制、傳染病風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量不一等問題。目前,傳統(tǒng)提取的方式已無法滿足人們對(duì)膠原蛋白的巨大需求。
為了避免動(dòng)物來源膠原蛋白所帶來的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性, 研究人員采取合成生物制造的策略,利用基因工程技術(shù),選用各種宿主細(xì)胞,如植物、昆蟲細(xì)胞、細(xì)菌和酵母等生產(chǎn)重組膠原蛋白或重組膠原蛋白肽。相較動(dòng)物源膠原蛋白,合成生物制造的重組膠原蛋白具有更高生物相容性、更低免疫原性、更佳的水溶性以及可加工性等優(yōu)勢(shì)。
重組膠原蛋白商業(yè)化加速研發(fā)需求
重組膠原蛋白賽道如火如荼,千億市場(chǎng)加速研發(fā)需求。根據(jù)弗若斯特沙利文的預(yù)測(cè),中國(guó)重組膠原蛋白市場(chǎng)規(guī)模將于2024年超過動(dòng)物源性膠原蛋白;到2027年,中國(guó)膠原蛋白市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)會(huì)突破1500億元,其中重組膠原蛋白市場(chǎng)規(guī)模將超過1000億元。
重組膠原蛋白市場(chǎng)正處于快速增長(zhǎng)的階段,其背后的巨大潛力已經(jīng)吸引了眾多企業(yè)的關(guān)注和投入。然而,隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)的加劇,僅僅依靠現(xiàn)有的產(chǎn)品和技術(shù)難以滿足消費(fèi)者的多元化需求。對(duì)于重組膠原蛋白產(chǎn)品的研發(fā),仍然存在許多機(jī)會(huì)。
近年來,合成生物學(xué)飛速發(fā)展,DNA測(cè)序、DNA合成、DNA編輯和基因表達(dá)調(diào)控等關(guān)鍵底層技術(shù)的進(jìn)步和成本不斷降低,顯著提升了我們對(duì)膠原蛋白的合成生物制造能力。通過對(duì)膠原蛋白DNA的精準(zhǔn)操控,在中心法則的框架下,獲得可預(yù)測(cè)、可定量的生物學(xué)性狀,實(shí)現(xiàn)定制化重組膠原蛋白表達(dá)及量產(chǎn)優(yōu)化。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、美容和保健等領(lǐng)域。
應(yīng)用方向
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用于皮膚修復(fù)、口腔修復(fù)的生物敷料,骨修復(fù),軟骨組織再生等 |
多種藥物載體的構(gòu)建 |
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用于面部皺紋和疤痕修復(fù)的醫(yī)美注射填充劑,美白、保濕、抗衰老等護(hù)膚產(chǎn)品 |
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水解膠原蛋白作為功能性食品,如咀嚼片、蛋白粉等 |
隨著國(guó)家政策、產(chǎn)業(yè)及資本對(duì)重組膠原蛋白領(lǐng)域的聚焦,合成生物學(xué)技術(shù)成為重組膠原蛋白研發(fā)的制勝法寶。目前,部分類型的重組膠原蛋白已成功進(jìn)行商化業(yè)開發(fā)與生產(chǎn),各類相關(guān)研究也在日趨深入。
重組膠原蛋白開發(fā)過程
人源膠原蛋白的種類多并結(jié)構(gòu)復(fù)雜,目前已發(fā)現(xiàn)28種類型,在人體不同的組織器官,全方位參與人體組織器官的修復(fù)和再生。其中研究較多的是Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅵ型、以及XⅢ型膠原蛋白。
重組膠原蛋白是一種利用DNA重組技術(shù)制備的膠原蛋白。在 2021 年 3 月 15 日國(guó)家藥監(jiān)局發(fā)布的《重組膠原蛋白生物材料命名指導(dǎo)原則》中,將重組膠原蛋白主要分為三類:重組人膠原蛋白、重組人源化膠原蛋白以及重組類膠原蛋白。
》基因設(shè)計(jì)與合成:選擇要測(cè)試的膠原蛋白基因,然后將目標(biāo)基因克隆到合適的表達(dá)載體中。
》構(gòu)建表達(dá)系統(tǒng):將重組質(zhì)粒導(dǎo)入合適的宿主細(xì)胞(如大腸桿菌、酵母、哺乳動(dòng)物細(xì)胞等)中進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)。在此過程中,宿主細(xì)胞在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行培養(yǎng),以表達(dá)目標(biāo)蛋白質(zhì)。
》發(fā)酵:在發(fā)酵過程中,培養(yǎng)基的優(yōu)化至關(guān)重要。培養(yǎng)基中需要提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),以滿足微生物的生長(zhǎng)需要。同時(shí),培養(yǎng)條件的控制也非常重要,包括 pH 值、溫度、氧氣供應(yīng)等。
》蛋白質(zhì)純化: 表達(dá)后,需要從宿主細(xì)胞裂解物中純化重組膠原蛋白。這通常涉及一系列純化步驟,如離心、過濾、層析和沉淀,以從其他雜質(zhì)中分離和純化目標(biāo)蛋白。
》蛋白質(zhì)表征分析: 最后,對(duì)純化的重組膠原蛋白進(jìn)行表征,以確認(rèn)其特性、純度和生物活性。利用SDS-PAGE、Western 印跡、質(zhì)譜分析和功能測(cè)定等技術(shù)評(píng)估蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能特性。
重組膠原蛋白
合成生物學(xué)解決方案
重組膠原蛋白基因的選擇和設(shè)計(jì)、表達(dá)條件的優(yōu)化和驗(yàn)證對(duì)于獲得高產(chǎn)量的蛋白至關(guān)重要。我們提供從“序列優(yōu)化”到“基因合成”到“重組膠原蛋白表達(dá)”一站式服務(wù)。高效的基因合成、多種表達(dá)體系協(xié)助您在實(shí)驗(yàn)室低成本無限合成,提高膠原蛋白的表達(dá)量、親水性和可加工性,創(chuàng)造更多應(yīng)用可能。
重組膠原蛋白表達(dá)服務(wù)流程
正確的氨基酸序列對(duì)膠原蛋白的功能至關(guān)重要,在制備具有特定膠原蛋白序列的三螺旋多肽時(shí),主要技術(shù)難點(diǎn)是基因片段的選擇及三螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。泓迅生物合成生物學(xué)賦能技術(shù)平臺(tái)幫您解決膠原蛋白源頭基因合成難點(diǎn)!
我們?cè)谥亟M膠原蛋白基因合成上擁有豐富經(jīng)驗(yàn),精準(zhǔn)合成“高”重復(fù)基因序列。定制化基因合成設(shè)計(jì)方案、優(yōu)質(zhì)的菌株庫(kù)與完整的分子克隆工具酶體系,協(xié)助您在實(shí)驗(yàn)室中低成本嘗試大量的基因設(shè)計(jì)。
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