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医美界的热门选手 | 胶原蛋白检测方案介绍

2024.6.12

胶原蛋白是一类含有至少 20 种在遗传学上不同类型的分泌蛋白质家族，主要担任机体的结构支撑功能，具有独特的由三条多肽链（被称为 a 链）组成的三螺旋构型。从类型来说，可以分为Ⅰ型胶原、Ⅱ 型胶原、Ⅲ 型胶原、Ⅳ 型胶原等。其中Ⅰ型和 Ⅲ 型胶原蛋白主要存在于皮肤、肌腱、韧带、关节等结缔组织，是真皮层中最主要的胶原蛋白类型，也是目前医美领域应用最多的类型。

从来源来区分，胶原蛋白又可以分为动物源（天然）胶原蛋白和重组胶原蛋白。动物源胶原蛋白，如牛 I 型胶原蛋白、猪 I 型胶原蛋白等，是从动物组织中提取、分离及纯化后得到的。而重组胶原蛋白，通常是在细菌、酵母或其他真核细胞中表达、提取、纯化得到的。

胶原蛋白的应用非常广泛，如创面敷料、止血材料、注射填充材料等。

近几年，胶原蛋白广泛的应用在医疗器械上。国家也出台了一系列胶原蛋白相关的法规，指导胶原蛋白类医械产品的注册申报和质量控制，例如《重组胶原蛋白（YY/T 1849-2022）》, 《重组人源化胶原蛋白（YY/T 1888-2023）》, 《组织工程医疗器械产品胶原蛋白（YY/T 1805）》等。

图 1. 安捷伦用于胶原蛋白原料和产品分析的主要产品

国家药监局发布的重组胶原蛋白原材料评价指导原则中要求对重组胶原蛋白进行鉴别、纯度和杂质进行分析，包括分子量、等电点、氨基酸序列等，并对脱酰胺化、氧化、糖基化修饰和脯氨酸羟基化等翻译后修饰进行充分鉴定。安捷伦推出了针对重组胶原蛋白分析表征的工作流程，包括基于不同液相色谱分离机理（离子交换色谱、反相色谱、疏水相互作用色谱、SEC 分子筛等）的胶原蛋白异质性分析工作流程，基于毛细管电泳的工作流程，以及基于 LC/QTOF 的完整蛋白和肽图分析工作流程。安捷伦完整高效的工作流程配合稳定耐用的仪器系统和专业的技术支持服务，为医疗器械用户的注册与申报保驾护航。

方案1

生物大分子专用液相色谱仪

进行胶原蛋白异质性表征

胶原蛋白材料相关杂质是指胶原蛋白材料异质性，如肽链的截短或延长形式、修饰形式（去酰胺化、异构体、二硫键错配、糖基化、磷酸化等）、聚合体、多聚体等。不同液相色谱分离机理，能帮助我们看到更多杂质信息，对胶原蛋白的纯度研究更加充分。

图 2. 不同液相色谱分离机理下同一个胶原蛋白样品的表征

方案2

LC/QTOF 进行胶原蛋白质谱分子量检测

使用 Agilent 1290 Infinity 超高效液相色谱系统联用 6500 系列 Q-TOF 可对胶原蛋白进行表征分析，搭配 Agilent MassHunter BioConfirm 软件可实现自动化的数据提取、解卷积和胶原蛋白分子量测定。

图 3. 安捷伦 LC/QTOF 用于胶原蛋白分子量测定的典型谱图

方案3

LC/QTOF 进行胶原蛋白序列确认

和翻译后修饰的鉴定和定量

重组胶原蛋白氨基酸全序列确认和翻译后修饰的表征分析通常利用 LC/QTOF 技术平台，采取自下而上的蛋白质表征策略。酶切处理后的胶原蛋白在 LC/QTOF 中进行分离和质谱检测，得到各肽段混合物的色谱保留时间、MS 和 MS/MS 高分辨精确质谱信息，经专门开发的 BioConfirm 软件处理后，可得到胶原蛋白氨基酸序列、序列覆盖率以及每个肽段的鉴定结果，包括对翻译后修饰进行相对定量分析。下图展示了牛 I 型胶原蛋白中肽段 GVPGPPGAVGPAGK 上脯氨酸 P 发生羟基化修饰的相对定量结果，可以看出羟基化修饰发生在 3# 和 6# 脯氨酸上，因此能够产生 2 个修饰，1 个修饰，0 个修饰共计 4 种情况。

图 4. 牛 I 型胶原蛋白特征肽段脯氨酸羟基化修饰谱图

方案4

LC/QQQ 进行医疗器械中胶原蛋白含量测定

在《组织工程医疗器械产品胶原蛋白第 3 部分：基于特征多肽测定的胶原蛋白含量检测液相色谱-质谱法（YY/T 1805.3-2022）》中，介绍了使用液相-三重串联四极杆质谱（LC/QQQ）进行蛋白含量检测的详细方案。

图 5. Agilent LC/QQQ 目标蛋白定量分析工作流程

通过 LC/QTOF 分析鉴定的特征肽段或者标准方法中确定的肽段，可通过上述流程在 LC/QQQ 平台上开发 MRM 定量分析方法，灵敏度更高，分析时间也大大缩短。安捷伦开发的胶原蛋白的定量方法中，胶原蛋白计 0.05mg/ml，约相当于 0.05ug/ml 肽段含量，低于 YY/T 1805.3 所要求的 0.1ug/ml 标准曲线下限。线性范围 0.05~100 mg/ml，R²为 0.998，曲线准确度 86.9~113.4%。该方案灵敏度高，线性范围广，满足不同医疗器械产品中胶原蛋白含量测定的要求。

图 6. 安捷伦 LC/QQQ 用于胶原蛋白特征多肽定量的实际案例

方案5

成像型多功能酶标仪

在重组胶原蛋白质量控制中的应用

安捷伦 Cytation 成像型多功能酶标仪在经典多功能酶标仪的基础上，整合了全自动显微成像系统，为重组胶原蛋白质量控制分析项目提供了强大的支持。其多功能酶标仪检测模块可开展杂质、污染物和添加剂项目中的外源性残留 DNA（荧光法）、宿主细胞蛋白质残留检测（ELISA）、残留抗生素检测（ELISA）、促炎性污染物检测（ELISA）等多种实验。同时，成像模块能够为生物学功能评价中涉及的细胞增殖、细胞粘附性、细胞迁移提供便捷的自动化检测方案，并支持 GB/T 16886.1 中规定的遗传毒性、致癌性以及细胞毒性等多种检测项目。