Рекомбинантный коллаген в уходе за кожей

Коллаген — самый распространённый белок млекопитающих и структурная основа дермы, сухожилия и кости. Рекомбинантное производство снимает животный источник, а вместе с ним прионные и вирусные риски очистки и антигенные телопептиды экстрагированного коллагена. Чего оно не снимает, так это химии, благодаря которой молекула работает.

Спираль — это геометрический довод

Повторяющаяся единица коллагена — Gly-X-Y, где в положении X часто стоит пролин, а в положении Y — 4-гидроксипролин. Три цепи свиваются в правозакрученную суперспираль из левозакрученных нитей полипролина II. Глицин на каждой третьей позиции — не предпочтение, а требование: только этот остаток достаточно мал, чтобы поместиться на тесной оси спирали, и замена его на любой более крупный искажает или разрывает спираль. Это и есть молекулярная основа мутаций при несовершенном остеогенезе.

Устойчивость даёт гидроксипролин. Пролил-4-гидроксилаза присоединяет гидроксильную группу в положение 4 пролина, стоящего в позиции Y, используя железо(II), 2-оксоглутарат и молекулярный кислород, причём аскорбат нужен, чтобы удерживать железо восстановленным. Работает добавленный гидроксил главным образом стереоэлектронно: он фиксирует пирролидиновое кольцо в той складке, которая благоприятствует нужным спирали углам основной цепи. Без него температура плавления тройной спирали заметно ниже температуры тела, и спираль попросту расплетается.

Хозяин важнее гена

Поэтому экспрессия одного лишь гена коллагена даёт неуложенную цепь. Ни у бактерий, ни у дрожжей нет пролил-4-гидроксилазы, работающей по коллагену, так что функциональное производство требует соэкспрессии обеих субъединиц фермента — каталитической α и субъединицы β, которой служит протеиндисульфидизомераза. Так используют дрожжевые системы, в том числе Pichia pastoris; сконструированы также растительные и клеточные системы млекопитающих. Альтернатива, широко принятая в косметике, состоит в обходе задачи: экспрессируют короткие коллагеноподобные фрагменты или отдельные тройноспиральные домены, которые проще получать и удерживать в растворе, но которые не являются полноразмерным коллагеном и, как правило, не собираются в фибриллы, поскольку сборка фибриллы опирается на телопептиды и на ступенчатый зарядовый рисунок целой молекулы.

На коже всё решает размер

Целый коллаген типа I имеет массу порядка 300 кДа и длину около 300 нм. Липидные ламеллы рогового слоя пропускают небольшие умеренно липофильные молекулы — рабочий ориентир составляет несколько сотен дальтон, — поэтому целая молекула коллагена сквозь неповреждённую кожу не проходит, как не проходит и большинство фрагментов, продаваемых под именем рекомбинантного коллагена. Наружный коллаген на деле образует гидрофильную плёнку, связывающую воду и снижающую трансэпидермальную потерю влаги, что измеримо улучшает увлажнённость поверхности и вид мелких морщин, пока плёнка на месте. Эффект настоящий — и это не то же самое заявление, что восполнение коллагена дермы.

При инъекции или имплантации картина меняется: материал помещают туда, где нужна структура, и вопросами становятся сборка фибрилл, скорость резорбции и иммунный ответ на белок, человеческий по последовательности, но бактериальный или грибной по посттрансляционному контексту. В ЕС такие продукты регулируются как медицинские изделия по регламенту 2017/745, а наружные составы подпадают под регламент о косметической продукции 1223/2009 — различие следует за способом применения, а не за молекулой.