胶原蛋白纯化解决方案及案例分享

胶原蛋白 (collagen) 是一类常见于脊椎动物的生物大分子，在哺乳动物组织器官中含量较为丰富，通常占到机体总蛋白质含量的30%。在人体内，胶原蛋白广泛存在于皮肤、骨骼、肌肉等组织中，主要起到支持、修复和保护组织细胞的作用，同时还参与细胞的增殖、分化、迁移和信号传递等生理生化行为，是构建机体框架的关键结构蛋白。

尽管胶原蛋白是人体中最为关键的蛋白质之一，但其组成、结构却较为简单。它是由多个原胶原组装而成的纤维状蛋白质。原胶原作为胶原蛋白的基本单位，由三条多肽链组成，其一级结构具有(Gly-X-Y)n 重复序列，其中X和Y通常为脯氨酸和羟脯氨酸，少数为赖氨酸和羟赖氨酸。三条原胶原肽链通过链间氢键相互盘绕形成稳定的三螺旋结构（图1）。原胶原三螺旋构象的稳定性依赖于羟脯氨酸羟基所形成的强氢键，可提高胶原蛋白强度；脯氨酸和羟脯氨酸的组合能使胶原三螺旋结构发生急剧扭曲、缠绕，提高胶原蛋白的稳定性。

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图1：三条原胶原肽链通过链间氢键相互盘绕

形成稳定的三螺旋结构

天然胶原蛋白的来源较狭窄，主要通过获取陆生动物胶原（如：猪皮和牛皮等）和水生动物胶原原料（如：鱼皮、鱼骨和鱼鳞等）利用热水浸提法、酸碱水解法和酶解法等传统方法提取而来。此外，由于人类的某些宗教信仰和人畜共患病风险的存在，使得人们开始寻找其他更安全、有效的胶原蛋白制备方法。

随着基因工程、蛋白质工程等学科研究的快速发展和成熟，重组胶原蛋白研究也加速推进。与传统的提取法相比，重组胶原蛋白产品纯度、稳定性及安全性更高。随着重组胶原蛋白技术的持续发展，其市场份额也逐年提升（图2）。

图2: 2021-2027E 中国胶原蛋白市场份额

（图片来源：沙利文：

2025年全球重组III型胶原蛋白市场研究报告）

重组胶原蛋白的生产工艺解析

目前，在重组胶原蛋白上游发酵领域，片段类重组胶原蛋白主要通过原核/酵母表达系统进行制备，而全长类重组胶原蛋白则主要通过哺乳动物细胞表达系统（如：CHO细胞表达系统）进行生产。

百林科可提供10 L-2000 L规模的生物反应器，可满足从小试、中试到工业级别的制备需求。其中包括一次性波浪式、一次性罐体式等生物反应器，同时还有实验室规模常用于工艺开发、优化用的台式玻璃生物反应器。

而在重组胶原蛋白下游纯化领域，近年来层析工艺开始发挥越来越重要的作用。从理论上分析，绝大部分胶原蛋白其PI≥7.0，所以离子交换层析技术常用于胶原蛋白类项目的纯化制备。阳离子交换层析可有效抓取胶原蛋白分子，实现目标物与杂质的快速分离，而阴离子交换层析利用流穿模式可用于去除内毒素等痕量杂质。此外，胶原蛋白的疏水性较好，因此疏水填料也是胶原蛋白类项目的常用填料。

百林科作为一家技术成熟、业务覆盖范围广泛的生物制药供应商，可提供下游纯化各个规模的核心装备和耗材的解决方案，包括填料、层析柱和层析系统等。

重组胶原蛋白的一般技术路线