مروری بر خواص کلاژن و کاربرد آن در دندانپزشکی

کلمۀ کلاژن برای اولین‌بار در‌‌سال‌۱۸۶۵‌میلادی به‌کار بـرده‌شـد و دارای منشا یونانی به‌معنای «چسب‌ساز» (Glue maker) است. در پستانداران هر‌نسجی شامل کلاژن است که شایع‌ترین پروتئین و مهم‌ترین قسمت بدن از لحاظ ساختار و عملکرد می‌باشد. انتشار یکنواخت آن در بدن انسان باعث درگیری کلاژن در تمام امور رشد و نوسازی می‌شود. کلاژن قدیمی‌ترین پروتئین شناخته شده‌است. حدود ۴۰سال قبل تنها یک نوع کلاژن شناخته‌شده‌بود ولی امروز ۲۹‌نوع کلاژن و پروتئین‌های شبه کلاژن بررسی و شناخته‌شده‌اند. ساختار کلاژن به آن استواری و استحکام می‌دهد؛ دارای سه‌رشته موازی پلی‌پپتید مارپیچی است. هر ۲۹کلاژن این ساختار را دارند. ساختمان کلاژن در‌سال۱۹۴۰ توسط Bell Astburg تشریـح شده و درسال۱۹۵۵ساختار کلاژن توسط Rich,‌Crick ,North و همکاران تصحیح‌شد و ساختمان امروزی سه‌گانه مارپیچ‌ آن مورد تأیید قرارگرفت.

کلاژن از ۳ زنجیره تشکیل‌شده که هر‌کدام حاوی بیش‌از‌۱۴۰۰ اسید‌آمینه در‌هم‌پیچیده در مارپیچ ۳‌گانه است. این ساختمان با تکرار ۳ اسید‌آمینه پرولین،‌هیدروکسی پرولین و گلیسین تشکیل ‌شده‌است. آب نیز در ساختمان کلاژن موجود می‌باشد. پل‌های آب مانع باز‌شدن مارپیچ می‌شوند. غلاف هیدراسیون نیز کل مارپیچ ۳‌تایی را می‌پوشاند و موجب حفظ فاصله بین مارپیچ‌ها می‌گردد که بدون آن مولکول کلاژن دچار جمع‌شدگی و ساختمانی بی‌شکل می‌شود.

کاربرد کلاژن در زمینه پزشکی به‌عنوان بیوماتریال جدید نیست. از آن به‌عنوان اولین‌ بخیه۵۰۰۰ سال پیش به‌صورت مو استفاده می‌شد. بخیه‌هایCat-gut کلاژن برای ترمیم زخم‌ها از زمان گلادیاتورها توسطClaudius Galenus استفاده شده‌است.

امروز در دندانپزشکی از کلاژن به‌عنوان غشای ماده پیوند‌استخوان، ناقل موضعی دارو و ماده هموستاتیک استفاده‌می‌شود.

کلاژن به‌عنوان کانون مؤثر در پرولیفراسیون و تمایز سلول‌های خاص به‌کار می‌رود. از‌نظر بیـومدیکال کلاژن نقشــی مهم در تکامل ترمیم زخم، فعال‌سازی پـلاکت و آنژیوژنز دارد. به‌عنوان‌مثال در سیستم انتقال دارویی شامل ورقه‌های کلاژن، در چشم‌پزشکی اسفنج برای زخم‌ها، سوختگی،‌Mini pellet و قرص انتقال پروتئین فرمولاسیون ژل در ترکیب با لیپوزوم برای انتقال دارو، Sustained ماده کنترل در انتقال Transdermal، اجزا نانو برای انتقال ژن و ماتریکس اولیه سیستم کشت سلولی. از کلاژن در مهندسی بافت شامل جایگزین پوست، جایگزین استخوان و دریچه‌مصنوعی و عروق مصنوعی خون استفاده می‌شود. در جراحی زیبایی کلاژن به‌عنوان فیلر درمال، برای درمان چروک پوست به‌کار می‌رود.

کلاژن در حیطه دندان‍‍پزشکی کاربردهای وسیعی دارد. از Collagen Plug برای کنترل خونروی انواع کلا‌ٰژن قابل‌جذب برای پانسمان زخم‌های دهانی همراه با پیوند و نواحی کشیده‌شده دندانی و برای پیشبرد ترمیم استفاده‌می‌شود. غشاهای با زمینه کلاژن در درمان پریودنتال و ایمپلنت به‌عنوان سد پیشگیری‌از مهاجرت اپی‌تلیالی به‌کار‌می‌رود و اجازه نفو‌ذ سلول‌ها با توان بازسازی را به ناحیه آزرده می‌دهد. جدول۱ لیست کلاژن به‌عنوان ماده بیوماتریال را نشان‌می‌دهد.

غشاهای کلاژن:

در دندان‍پزشکی از غشاها برای بازسازی نسج پریودنتال در روندی تحت‌عنوان Guided Tissue Regeneration استفاده‌می‌شود. غشا باعث عقب نگهداشتن سلول‌های با سرعت رشد بالای اپی‌تلیوم لثه به‌سوی زخم می‌شود. روشGTR عبارت از قرار‌دادن یک سد‌غشایی بین فلپ‌پریودنتال و ضایعه استخوانی لثه برای حفظ فضا برای افزایش جمعیت سلول‌های با پتانسیل رژنراتیو می‌باشد. اولین غشاهایی که وارد بازار تجاری شدند غیر‌قابل جذب‌بوده و تحت‌عنوان PTFE expanded polytetrafluoroethylene شناخته‌می‌شوند. در‌حال‌حاضر غشاهای قابل‌جذبی موجود است که نیاز به جراحی مجدد را برطرف می‌کند. غشاهای قابل‌جذب با مواد مختلف آماده شده‌اند، مانند اسید‌پلی‌گلیکولیک‌اسید‌پلی‌لاکتیک سخت شامه پری‌کاردیوم سلولز اکسید شده رابردم و استخوان تیغه‌ای ولی‌کلاژن با توجه به کموتاکسی بودن به فیبروبلاست‌های لیگامان‌پریودنت برایGTR مناسب است و به‌عنوان سد برای مهاجرت سلول‌های اپی‌تلیال عمل می‌کند، مهیاکننده هموستاز بوده و به‌عنوان شبکه فیبریلی برای رشد اولیه عروقی و نسج عمل‌می‌کند.

آماده‌سازی غشا کلاژن:

کلاژن از‌طریق منابع مختلف و روش‌های مختلف ایجادمی‌شود. غالباً غشا کلاژن از‌طریق دمینرالیزاسیون استخوان کامل یا ساییده‌شده Pulverized همراه با استخراج چربی انجام‌می‌شود. روند با انحلال یا پراکنش کلاژن آغاز و سپس تخلیص‌شده و مجدداً بازسازی می‌گردد. مواد غیرکلاژنی حذف‌شده و کلاژن باقی‌مانده پیش‌‌از Implantation تثبیت‌می‌شود. در مـرحله آخـر اتـصالات متــقاطع طـی بـلوغ بیولوژیک کلاژن در in vitro تـوسط عوامل مختلف ماننــد نــوع و غلظــت ‌ماده پردازش‌شده وpH و حرارت انکوباتور ایجاد‌‌می‌شود.

غالباً غشا‌ها دارای اتصالات متقاطع هستند تا مدت جذب را افزایش و آنتی‌ژنیسیتی را کاهش‌دهند. میزان اتصالات متقاطع می‌تواند پیش‌آگهی درمان را تحت‌تأثیر قراردهد. اتصالات توسط ترکیبات شیمیایی یا عوامل فیزیکی ایجاد‌می‌شود. شایع‌ترین روش گلوتارآلدئید است. گلوتارآلدئید گروه‌های آمینو جانبی کلاژن را مسدودکرده و اتصالات متقاطع بین زنجیره‌های پپتیدی را ایجاد‌می‌کند.

روش‌های فیزیکی شامل خشک‌کردن یا کلاژن را تحت‌ اشعه ماورابنفش یا گاما قراردادن است.تابش اشعه، دو اثر عمده روی کلاژن دارد. آغاز اتصالات متقاطع راندم و شکستن مولکول تروپوکلاژن.روش‌های استریلیزاسیون برای کلاژن شامل حرارت خشک اتیلن‌اکسید و تابش است. اگرکلاژن با‌دقت قبل‌از حرارت‌دادن خشک شود، ثبات آن افزایش‌‌یافته و حرارت‌های استریل ‌کنندگی را می‌توان به‌کار‌برد.

غشاهای کلاژن به‌کاربرده شده برای GTR :

انواع غشاهای به‌کاربرده‌‌شده برای درمان‌GTR مشتق‌از منابع مختلف حیوانی مانند گاو، خوک و یا اسب و از مناطق مختلف بدن مانند تاندون یا درم است و از کلاژن نوع ‌I,II و یا هر‌دو مشتق‌می‌شود. انواع موجود در بازار شامل Periogen conFORM BioMend, Bio-Gide,OraMem,RCM6 است. از کلاژنRat,Avitene و سخت شامه نیز با نتایج مختلف استفاد ه‌شده‌است.

بررسی‌ها نشان‌داده که رشد‌استخوان به‌داخل خلل و فرج غشا در مناطقی که غشا در تماس نزدیک استخوان است صورت‌می‌گیرد. استخوان مستقیماً روی دیواره حفرات غشا رسوب می‌کند و حفرات را کاملاً پرکرده و با‌توجه به خاصیت Osteoconductive به‌داخل غشا نفوذ‌می‌کند. این ویژگی در غشاهای با زمینه کلاژن به‌ویژه نوع دارای اتصالات متقاطع ایجاد‌می‌شود. هنوزهم فاصله تا ایجاد غشا GTR ایده‌آل وجود دارد؛ هر‌چند انواع موجود تا‌حدی ویژگی‌های مطلوبی دارند.

کلاژن هموستاتیک:

از کلاژن برای کنترل خونروی نیز استفاده‌می‌شود. محصولات مختلفی برای این منظور موجود است، شامل CollaPlug,Helistat,CollaTape ,CollaCote و اسفنج قابل‌جذب هموستاتیک کلا‌ژنی (جدول۳). این ترکیبات نرم، سفید و قابل‌انعطاف بوده و خرد نمی‌شوند و قابل‌اتصال به ‌Coherent و اسفنجی هستند. از کلاژن گاوی و از تاندون Deep flexor تهیه می‌شود و غیرسمی و غیر‌تب‌زا است. این محصولات با درجه جذب‌بالا بوده و قابلیت نگهداری مایع چند‌برابر وزن خود را دارند. موارد مصرف آن برای حفاظت از زخم، کنترل خونروی خفیف یا نشت‌خون از زخم‌های تمیز دهانی است. آنها را می‌توان به شکل مطلوب برید و روی سطح خونرونده قرارداد. بلافاصله خون را جذب‌کرده و ساختمان مصنوعی لخته مانند تولید‌می‌کنند، به‌طوری‌که خونروی در محل کندشده یا متوقف‌می‌شود. غالباً ۲تا۵‌دقیقه در محل قرار‌داده شده و می‌توان آن‌را برداشت، تعویض‌نمود یا در محل باقی‌گذاشت و ۱۴‌تا‌۵۶‌روز بعد کاملاً جذب‌می‌شوند که به‌علت میزان اتصالات متقاطع محصول است. علاوه‌بر انسداد مکانیکی روند خونریزی، این مواد روند انعقادی را تحت‌تأثیر قرارمی‌دهد. درتماس باخون، کلاژن موجب تجمع پلاکتی می‌شود. پلاکت‌ها باعث آزادسازی ترومبوگزانA2 می‌شوند که در تولید لخته کمک‌کننده است. اسفنج کلاژنی، ماتریکس ۳‌‌ بُعدی برای تقویت لخته‌خون ایجاد‌می‌کند.

همانند سایر مواد هموستاتیک از کلاژن برای زخم‌های عفونی یا آلوده نباید استفاده‌کرد زیرا می‌تواند به‌عنوان هسته‌ای برای تولید آبسه و تقویت رشد باکتری عمل‌کند. از عوارض کلاژن می‌توان از ایجاد چسبندگی، واکنش آلرژی، واکنش‌جسم‌خارجی، Wound Dehiscence و تولید Subgaleal seroma (تجمع سرم خون زیر Scalp) نام‌برد. لذا با ترمیم زخم می‌تواند تداخل داشته و قراردادن آن در ساکت دندان کشیده‌شده می‌تواند همراه با افزایش درد باشد. علاوه‌بر نوع اسفنجی و Plug، نوع ‌Microfibrillar نیز موجود است که برای جراحی‌های ناحیه دهان کمتر کاربرد دارد.

کلاژن به‌عنوان جایگزین استخوان:

از کلاژن به‌عنوان ناقل قابل کاشت برای پروتئین‌های القاکننده تولید استخوان مانندrhBMP-2 استفاده‌می‌شود. کلاژن در ترکیب با سایر پلیمرها یا مواد‌شیمیایی دیگر برای روش‌های Augmentation استفاده‌می‌شود (جدول۲). از کلاژن استخوان دمینرالیزه به‌عنوان ماده پیوند‌استخوانی برای درمان ضایعات استخوانی مادرزادی یا اکتسابی به‌تنهایی یا با هیدروکسی آپاتیت استفاده‌می‌شود.

کاربرد کلاژن به‌عنوان سیستم انتقال موضعی دارویی:

از انواع مختلف غشاهای با زمینه کلاژن به‌عنوان سیستم انتقال موضعی دارویی به‌کار‌برده شده‌است. PerioCol شایع‌ترین غشا کلاژن برای انتقال موضعی دارو است و دارای کلرهگزیدین و کلاژن می‌باشد. Steinberg درسال۱۹۹۰ یک‌وسیله قابل‌تخریب با قدرت آزادسازی قابل‌کنترل با پایه فرمالدئید و ماتریکس پروتئینی حاوی کلرهگزیدین را توصیـف کرد. منشا کلاژن کیسه‌هوایی Air bladder ماهی آب شیرین است. کیسه هوایی یک عضو تنفسی فرعی برای تنفس می‌باشد. کلاژن ماهی که نام آن کلاژن Piscean است،پروتئینی مشتق از ضایعات ماهی شامل فلس‌پوست یا کیسه هوایی می‌باشد و غالباً از ماهی‌ کپور آب‌شیرین ‌گرفته‌می‌شود. تخلیص کلاژن از ماهی شامل هیدرولیز قلیایی بازگرداندن کلاژن به pH خنثی و آن‌را در‌معرض هیدرولیز اسیدی برای تثبیت قراردادن کلاژنFreeze-Dried شده در اجزا کوچکتر اسفنج و یا ورقه است تا بتوان آن‌را به‌شکل و اندازه معین در‌آورد.

Perio-Col از‌طریق کاربرد ۲/۵‌میلی‌گرم کلرهگزیدین از محلول کلرهگزیدین ۲۰درصد به غشا کلاژن است. تراشه با زمینه کلاژن در اندازه ۵در۴میلی‌متر و ضخامت ۰/۲۵تا ۰/۳۲ میلی‌متر و وزن ۱۰‌میلی‌گرم است و توسط اشعه گاما استریل‌ شده و در بسته‌های مجزا عرضه‌می‌گردد. کاربرد این تراشه دارای کلرهگزیدین در پریودنتیت مزمن، کمک به درمان‌های جرم‌گیری و Root Planning است و باعث کاهش عمق پاکت خونروی لثه و بهبود میزان Clinical Attachment در‌مـقایـسـه بـا جـرم‌گـیری و Root Planning به‌تنهایی است.

ماده دیگری که به‌صورت کاربرد موضعی دارو می‌باشد، عبارت است ‌از Periodontal Plus AB که شامل الیاف تتراساکلین قرارگرفته در الیاف کلاژن بوده و به‌صورت ویال موجود است. این الیاف با رنگ قهوه‌ای قابل‌جذب است. الیاف در محلول‌نمکی قرارداده‌شده و به‌داخل حفرات پریودنتال توسط کورت یا پنس قرارداده می‌گردد، تا‌حدی‌که پاکت پریودنتال تا حد زیر لثه مارژینال پر شود. این عمل باعث انتشار کنترل‌شده از ماتریکس دارو با جذب کلاژن می‌شود.

پانسمان‌های دارای کلاژن:

از کلاژن در دندانپزشکی برای پانسمان زخم نیز استفاده‌می‌شود. ویژگی‌های متعدد کلاژن موجب ایجاد پانسمان‌حاوی کلاژن می‌گردد. اهمیت ساختاری و عملکردی آن در ترمیم زخم طبیعت هیدروفیل آن به‌علت وجود مقادیر زیاد اسیدهای‌آمینه، Diaminodicarboxylic و کربوهیدرات‌ها است که ساختاری مناسب برای اتصال سلولی ایجاد‌می‌کند. عامل دیگری که باعث جذب سلول‌های فیبروژن به کلاژن می‌شود، فیبرونکتین موجود در سطح سلول‌ها است. این مولکول تمایل بالایی به کلاژن دارد و به نواحی خاصی از کلاژن متصل‌می‌شود. پانسمان‌های کلاژن یا به‌صورت اسفنج می‌باشد که دارای منافذ یا کانال‌های ۳ بُعدی است که باعث پیشبرد ارتشاح‌نسجی و رشد سلولی در ناحیه زخمی می‌شود. رشد سلولی درون نسج، مربوط به میزان تخلخل و وجود ساختار فیبروزی است. نوع دیگر ورقه کلاژن است که ازطریق قالب‌گیری کلاژن به سطوح متاکریلات ساخته‌شده و متصل‌نمودن آنها به یکدیگر با کمک اشعه ماوراءبنفش صورت‌گرفته و برای بهبود کار با آن انجام می‌گردد.