Bruk av norskprodusert kollagen fra kalkun til formulering av legemidler

BAKGRUNN OG HENSIKT

Miljødirektoratet rapporterte i 2011 at mengden våtorganisk avfall hadde økt fra 1 million tonn i 1995 til i overkant av 1,4 millioner tonn i 2011 (1). Den stadig økende mengden skaper et behov for å utnytte avfallet på en nyttig og effektiv måte. Slakt og produksjon av kjøtt­produkter gir restråstoff i form av sener, hud og ­beinrester. Dette materialet er rikt på ­proteinet kollagen. Kollagen er det ­proteinet som er mest utbredt i både mennesker og dyr, og har vist seg nyttig som materiale i medisinske produkter. Kollagen har unike egenskaper som kan benyttes i behandling av over­flatesår og fremmer nydannelse av vev og sårheling (2).

I samarbeid med Norilia AS ble våt­organisk avfall fra kalkun brukt som kilde for kollagen. Hensikten var å karakterisere kollagen fra norsk restråstoff etter slakt for egnethet i farmasøytiske produkter og utvikling av mulige kollagenbaserte legemiddelformuleringer.

MATERIALE OG METODER

Kollagen er et komplekst protein og det er viktig å oppnå en reproduserbar batch til batch-kvalitet hvis produktet skal kunne benyttes som råmateriale i ­farmasøytiske produkter. Det ble benyttet norsk­produsert kollagen fra henholdsvis kalkunlår og kalkunfilet. Løselighet, svelleevne, ­egenviskositet, molekylvekt, vanninnhold og denatureringstemperatur er blant ­egenskapene som ble undersøkt. Det ble fremstilt geler og frysetørkede ­produkter av ­kollagen fra kalkun kryssbundet med ­riboflavin ­(vitamin B2), tilsatt det anti­bakterielle middelet klorheksidin. Riboflavin er en kjent kryssbinder av kollagen ved bestråling med UV eller blått lys (3). Formuleringene ble karakterisert for mekaniske egenskaper og frisetting av klorheksidin.

RESULTATER

Kollagen fra kalkun viste store batch til batch-variasjoner og skilte seg noe fra kommersielt kollagen (referansemateriale). De ulike batchene med kollagen fra ­kalkun hadde en molekylvekt som varierte fra 367 kDa til 544 kDa. Kollagen fra kalkunfilet hadde en høyere denatureringstemperatur enn kollagen fra kalkunlår og referanse­materialene. Nøytralisering av pH og ­tilsetning av riboflavin til løsninger av ­kollagen og bestråling ved rett bølgelengde ga faste kollagengeler og bidro til en ­kontrollert frisetting av klorheksidin fra frysetørkede produkter. Frisettingen var ­signifikant forskjellig i frysetørkede ­produkter med og uten riboflavin (P < 0,05).

DISKUSJON

Råmaterialet ble behandlet med pepsin ved utvinning fra restråstoff hos ­produ­sen­ten. Pepsinbehandling vil spalte peptider på endene av kollagenmolekylet. Disse ­peptidene er kilden til immunreaksjoner. Dette gjør at vi får en god biokompatibilitet for produktet. Et enkelt kollagenmolekyl skal i utgangspunktet ha en molekylvekt rundt 300 kDa (2). Høye verdier for ­gjennomsnittlig molekylvekt indikerer ­kryssbindinger mellom kollagenmolekyler (4). En variabel kvalitet mellom batchene kan komme av ulikt utgangsmateriale.

En høyere denatureringstemperatur for kollagen fra kalkunfilet betyr at materialet oppfører seg mer stabilt ovenfor temperaturendringer enn kollagen fra ­kalkunlår og referansekollagen. Dette er nyttige ­egenskaper for biomaterialer. ­Signifikant forskjell i frisetting av klorheksidin fra ulike formuleringer av ­frysetørkede ­produkter med kollagen viser ­muligheten for å ­kontrollere frisettingen ved å endre graden av kryss­binding mellom kollagenmolekylene.

KONKLUSJON

Kollagen fra kalkun hadde variabel ­kvalitet fra batch til batch. Dette kommer av at utgangsmaterialet og produksjons­prosessen ikke ble holdt konstant. ­Metoden for ­utvinning av kollagen fra restråstoff etter slakt må standardiseres, og vil på sikt kunne bidra til at våtorganisk avfall fra fjærkre­industrien kan utnyttes på en nyttig og effektiv måte, også innen medisinske bruksområder.

REFERANSER

  1. Miljødirektoratet. Våtorganisk avfall, 
  2. www.miljostatus.no/Tema/Avfall/Avfall-og-gjenvinning/Avfallstyper/Vatorganisk-avfall/ (søkedato 21.12.2015).
    Mitra A, Lee CH, Cheng K. Advanced Drug Delivery. Hoboken, NJ: Wiley, 2013.
  3. Tirella A, Liberto T, Ahluwalia A. Riboflavin and collagen: New crosslinking methods to tailor the stiffness of hydrogels. Materials ­letters 2012; 74: 58–61.
  4. Domb AJ, Kost J, Wiseman DM. Handbook of biodegradable polymers. Amsterdam: ­Harwood Academic Publishers, 1997.

(Publisert i NFT nr. 12/2016 side 29)



Masteroppgave

Tittel

Karakterisering av kollagen fra kalkun og fremstilling av kollagenbaserte «drug delivery»-systemer

Veiledere

Professor Hanne Hjorth Tønnesen, ­stipendiat Victoria J. Valerón Bergh og professor Ingunn Tho, Farmasøytisk institutt, Universitetet i Oslo

Tidspunkt for eksamen

2016, vår

Hovedbudskap

En økning i mengde våtorganisk avfall fra fjærkreindustrien skaper et behov for å utnytte restråstoff på en nyttig og effektiv måte. Restråstoffet er rikt på proteinet kollagen.

Kollagen er nyttig i behandling av overflatesår grunnet unike kjemo­taktiske egenskaper overfor celler nødvendig for sårheling.

Kollagen kan benyttes som en matriks for kontrollert frisetting av legemidler