22 jun Colágeno: o que é, seus usos e porque optar pelo colágeno vegano
22/06/2021
Por Janaina Dernowsek, Diogo Dutra, Daniela Gomes e Thiago Bizelli
O que é o colágeno
O colágeno é uma proteína fibrosa comumente encontrada em mamíferos, a qual pode ser quantificada entre 25% e 30% de toda proteína corporal dos animais. A proteína de tripla hélice é composta quase inteiramente por glicina, que representa um terço da sequência, prolina e lisina, possuindo também hidroxiprolina e hidroxilisina, aminoácidos modificados por processos enzimáticas dependentes do ácido ascórbico (Vitamina C).
Apesar de hoje serem conhecidos mais de 30 tipos de colágenos, o mais comum é o tipo I, que é encontrado no corpo humano, compondo tendões, cartilagens fibrosas, tecido conjuntivo frouxo e denso, ossos, tendões e pele. Suas fibras espessas são responsáveis por conceder resistência, coesão e elasticidade da pele e tendões.
A classificação do colágeno é feita de acordo com a estrutura e a função encontrada, podendo ela ser:
- Longas fibrilas: colágenos que formam estruturas agregadas, visíveis através de microscopia eletrônica. Exemplos: colágenos do tipo I, II, III, V e XI.
- Associados a fibrilas: colágenos responsáveis por conectar as fibrilas entre si ou outros componentes da matriz extracelular. Exemplos: colágenos do tipo IX, XII e XIV.
- Formação de rede: colágenos capazes de se associar e criar uma espécie de rede, como é visto no tecido conjuntivo propriamente dito. Exemplo: colágeno tipo IV.
- Ancoragem: colágenos responsáveis por ancorar as fibras de colágeno tipo I na lâmina basal. Exemplo: colágeno tipo VII.
Usos e aplicações do colágeno
É amplamente utilizado nas indústrias de alimentos, cosméticos e fármacos devido a suas propriedades como biocompatibilidade, biodegradabilidade e baixa antigenicidade. Na área farmacêutica o colágeno é utilizado para fabricação de implantes vítreos, carreadores de drogas, suporte para enzimas, produção de compostos biologicamente ativos. Na área médica essa proteína pode ser aplicada no tratamento de doenças angiogênicas e no tratamento e na prevenção de doenças como artrose e osteoporose. Outra área em que se destaca é a estética e cosmética, devido às suas atividades reparadoras dos tecidos cutâneos.
Uma de suas mais conhecidas ações está relacionada ao envelhecimento. A principal característica do envelhecimento da pele é a fragmentação da matriz de colágeno na derme por ação de enzimas específicas. Os fibroblastos que produzem e organizam a matriz dessa proteína não podem inserir o colágeno fragmentado. A perda da sua inserção, ou seja, a menor produção de colágeno, impede que os fibroblastos recebam informações mecânicas, ocorrendo o desequilíbrio entre a sua produção e a ação de enzimas que degradam o mesmo. Na pele envelhecida, há uma menor produção da proteína pelos fibroblastos e uma maior ação das enzimas que o degradam, e este desequilíbrio avança o processo de envelhecimento
Atualmente, é comprovado clinicamente que os tratamentos antienvelhecimento, com ácido retinóico, laser, CO2 e injeção intradérmica de ácido hialurônico (AH), estimulam a produção de novo colágeno não fragmentado. Esses tratamentos promovem o equilíbrio entre a produção de colágeno e a ação das enzimas que o degradam, retardando o processo de envelhecimento e, consequentemente, melhoram a aparência e a saúde da pele.
Fontes de colágeno
A principal fonte de extração do colágeno comercial atualmente é de subprodutos de animais, principalmente tendões bovinos e cauda de ratos. Sendo que para a extração do colágeno, é necessário remover numerosas ligações cruzadas covalentes intra e intermoleculares, o que torna esse processo custoso e complexo. Além disso, devido aos recorrentes casos de zoonoses oriundas da fonte animal de colágeno, a busca por fontes alternativas e mais seguras desse composto tornou-se uma opção atrativa.
Ele pode ser obtido por métodos diferentes, sendo eles extração de fonte animal, fonte vegetal e microrganismos, fonte sintética e fonte humana. Desta forma, todo o colágeno de grau médico ou farmacêutico usado hoje é de origem animal e precisa passar por processos muito caros para se tornar ultrapuro e não sofrer imunotoxicidade. Além disso, a disponibilidade desse insumo hoje se dá somente em proteínas muito quebradas (peptídeos) e não no seu formato estruturado (fibroso).
Os processos recentes de bioengenharia tecidual (fora do corpo) apresentam resultados bastante conclusivos em relação à regeneração tecidual (pele e cartilagem) utilizando colágeno estruturado e fibroso (tipo 1 e 2) na composição dos tecidos engenheirados. Portanto, a possibilidade de produção de colágenos nesse formato estruturado e fibroso em laboratório abre uma possibilidade nova para criação de diversos produtos em medicina regenerativa, seja para estética, seja para criação de novas terapias de reconstrução de tecidos do corpo humano.
Produção de colágeno vegano ou animal free
É sabido que os processos de obtenção, extração e purificação do colágeno de fonte animal tem alto custo, possui inseguranças quanto às zoonoses existentes e, principalmente, utiliza-se produtos químicos agressivos ou mesmo tóxicos, necessitando de fontes mais seguras desse biomaterial. Considerando as novas tendências de bioengenharia, nutracêuticos, produtos veganos e avanços em produtos de beleza e métodos alternativos, torna-se imperativo a busca por processos alternativos.
Existe a compreensão de que os métodos de produção, extração e reticulação do colágeno (animal e humano) não apresentam resultados eficazes no organismo, pois usam moléculas de reticulação que podem produzir subprodutos que causam reações, não reticular as fibras de forma eficiente, evitando sinalizações celulares primordiais para propriedades duradouras e/ou bioestimuladoras e não surtira efeito nas modificações moleculares das fibras de colágeno, pois há probabilidade de estarem danificadas devido ao processo de extração é alta.
Já existem empresas e startups no mercado que trabalham em prol desse desafio. A startup Quantis, por exemplo, utiliza um bioprocesso inovador para fabricação de colágeno humano, utilizando os métodos mais avançados de bioimpressão e engenharia genética. As propriedades diferenciadas da solução final são pureza, estrutura fibrosa e o fato do insumo final ser bioidêntico ao colágeno humano.
Listamos abaixo as principais áreas de pesquisa e desenvolvimento estudadas para aplicação do colágeno vegano da startup:
Injetável Rosto: Linha de preenchimento dérmico com potencial de resultados muito melhores que o ácido hialurônico e os bioestimuladores líderes de mercado.
Cirurgia estética reconstrutiva: Mesma linha de solução que o preenchimento dérmico, mas com comprovação da regeneração tecidual.
Articular animal (cavalos): Produto injetável para regeneração de cartilagem com expectativa de resultado de 3 a 6 meses.
Articular humano: Produto injetável para regeneração de cartilagem com expectativa de resultado de 3 a 6 meses. Foco em idosos e atletas de alta performance.
Implantes ósseos: Solução de colágeno junto a cimentos odontológicos para melhorar a adesão e incorporação do implante no paciente. Ortodontia pode ser um foco inicial.
Hidrogel: Solução em gel para utilização em produção de peles artificiais, biocurativos e testes pré-clínicos de indústria cosmética.
A tabela abaixo apresenta o detalhamento das características, vantagens e desvantagens dos métodos convencionais, se comparados à nova proposta.
Uso do colágeno vegano na estética e medicina regenerativa
No segmento de medicina regenerativa, o colágeno fibroso, que é a característica que diferencia o insumo desse novo bioprocesso, permite a realização de processos de reticulação proporcionando maior durabilidade e bioatividade do produto para aplicações injetáveis.
Os produtos mais utilizados na medicina estética hoje, ácido hialurônico e bioestimuladores, apresentam resultados que podem ser agressivos, não tão seguros e com baixa durabilidade. Já no tratamento de osteoartrite, tanto ácido hialurônico quanto tratamentos utilizando células tronco apresentam diversas dificuldades técnicas e de resultado real de recuperação da cartilagem.
Utilizando o colágeno animal free, particularmente o da Quantis, para comparação, este possui maior capacidade estrutural em relação ao ácido hialurônico, oferecendo maior potencial de volumização (preenchimento facial com abordagem tridimensional). No entanto, o maior diferencial em relação ao AH é a capacidade de bioestimulação do colágeno e regeneração de tecidos da derme, oferecendo melhores resultados a longo prazo.
Como a capacidade de reticulação do colágeno fibroso é muito maior do que a do ácido hialurônico, a hipótese é a de que a durabilidade da aplicação da solução baseada em colágeno Bioinn tem potencial de ser até três vezes superior à da aplicação baseada em AH, característica altamente atrativa segundo os especialistas de medicina estética consultados para o projeto.
Portanto, a solução é capaz de manter características fundamentais de uso médico (em comparação ao Ácido Hialurônico) como segurança (antídoto) e flexibilidade de aplicação (possibilidades de aplicação em vários planos do tecido), além de entregar pelo menos o dobro da durabilidade, trazendo reivindicações como bioestimulação e regeneração das células da pele e da cartilagem (fibroblastos e condroblastos).
Tecnologia e benefícios do colágeno vegano
A nova tecnologia para produção de colágeno vegano em especial a desenvolvida pela Quantis, envolve um processo de bioimpressão de fibroblastos, que são induzidos a superexpressar o colágeno através de técnicas de engenharia genética (sem modificação de genes). Esse construto, chamado de Quantum Tissue, é o responsável por produzir as proteínas estruturais e enzimas que compõem a matriz extracelular, onde há predominante presença de colágeno tipo I, além de elastina, fibronectina, proteoglicanos, glicosaminoglicanos, etc.
Após um processo de centrifugação pouco abrasivo, é possível separar a matriz colagênica das células do construto, permitindo a reutilização celular para compor outros construtos e obtendo o produto final de maneira mais pura, sem a presença de agentes químicos/enzimáticos para purificação.
Resumo do processo produtivo de fabricação do colágeno bioidêntico
Os benefícios frente à antiga forma de se obter colágeno abordam fatores de composição do produto, pois a maioria dos géis de colágeno existentes no mercado, sejam eles de origem animal, vegetal ou sintética, possuem apenas o colágeno como proteína estrutural, além de alguns agentes químicos/enzimáticos utilizados na hora de extrair os peptídeos colagênicos da cultura celular, enquanto o gel da Quantis inclui uma enorme variedade de componentes naturalmente presentes em uma matriz extracelular humana, além da maior biocompatibilidade molecular, uma vez que são proteínas bioidênticas à realidade humana.
Além disso, o processo desenvolvido é completamente animal free, não havendo nenhum componente de origem animal em qualquer etapa, sendo um produto biotecnológico altamente inovador que visa substituir o colágeno animal pelo colágeno humano de maneira altamente competitiva, com foco em reduzir cada vez mais o uso de animais em pesquisas e desenvolvimento.
Apesar de hoje existirem diversas empresas de bioimpressão espalhadas pelo mundo, nenhuma delas utiliza os tecidos artificialmente construídos como intermediários para a produção de produtos biotecnológicos. Devido a isso, a Quantis patenteou sua metodologia revolucionária de produção, se estabelecendo como pioneira nesse modelo inovador com um potencial gigantesco na área de bioprocessos.
Dessa forma, existem diversos mercados que podem ser abordados, como os da estética e alimentícia, além de grandes indústrias nacionais e internacionais, como as farmacêuticas e cosméticas, por exemplo. É possível fornecer insumos para diversos ramos da pesquisa e desenvolvimento, dentro e fora de universidades.
Possui dúvidas ou gostaria de saber mais sobre essa tecnologia e suas aplicações? Entre em contato com o BiotechTown!
