创健医疗：合成生物学赋能化妆品原料，解锁胶原护肤“芯”动力

2023 PCHi全球个人护理用品化妆品行业领袖峰会于8月23-24日圆满落幕，来自江苏创健医疗科技股份有限公司的先进技术研究中心科学家付生伟博士在现场带来了《合成生物学赋能化妆品原料》主题演讲。今天我们将为您带来分享内容的精彩回顾，希望能够为您的产品创新带来灵感启发。

创健医疗：

合成生物学赋能化妆品原料，

解锁胶原护肤“芯”动力

PART1 什么是合成生物学？

合成生物学是借鉴了工程学概念，运用基因技术，通过构建生物功能原件、装置和系统，有目标的重新设计和合成新的生物体系或改造已有的生物体系，使其拥有满足人类需求的生物功能。带有明确的设计目标是合成生物学的一大特征。

早期的合成生物学主要专注于电子线路那般的基因线路设计以及各种功能原件的构建，现如今，由DNA合成、测序、基因编辑、DNA元件库等使能技术和原料组成的工具层，由高通量、自动化实验设备和大数据机器学习等生物设计与自动化平台组成的平台层，由医疗健康、化工能源、食品饮料、农业技术与信息技术组成的应用层，使合成生物学形成了完整的产业图谱。

PART2 合成生物学赋能化妆品原料

由于产业化的便捷性、多样性，合成生物学在生物合成方面的应用吸引了大量的关注，也因此成为发展最蓬勃的领域，其中化妆品原料开发便是其中一个重要的应用场景。将合成生物学应用于化妆品原料合成主要有两方面，其一在于通过合成生物学技术构建细胞工厂生产动植物提取困难、产量低、批次间差异大；化学合成难度大、成本高的原料。另一方面，可利用合成生物学技术与人工智能，通过对特定靶点的理性设计，获得具有特定功效的化妆品原料。

重组胶原蛋白是市场上新兴的化妆品原料，通过合成生物学技术生产的重组胶原蛋白具有抗衰、抗皱、保湿等多方面的功效，有良好的市场前景。III型胶原蛋白是人体在婴幼儿阶段含量最多的胶原蛋白类型，因此被称为“婴儿胶原”，随着年龄的增长，人体内III型胶原蛋白的含量逐渐下降（图1）。市场上多个公司针对III型胶原蛋白推出了自己的重组III型胶原蛋白。这些重组III型胶原蛋白的区别在于两个方面:1、各个公司的重组III型胶原蛋白具有不同的氨基酸序列；2、由不同的工程菌株发酵产生。

图1 不同年龄阶段人体皮肤内III型胶原蛋白的含量

PART3 以自研技术推动原料革新

创健医疗利用已有的基础研究结果，首先筛选了III型胶原蛋白序列中富含最多活性位点的氨基酸序列。其次，蛋白质的结构决定其功能。创健医疗解析了多种胶原蛋白的核心区序列三螺旋结构区域并被全球最大的蛋白质数据库（PDB）收录。其中，创健医疗提供了多达4段人源III型胶原蛋白三螺旋结构区域的结构解析结果，为业内最多（图 2）。由于更了解胶原蛋白的结构，创健医疗也因此更有把握设计出生物活性更好的胶原蛋白。最后，创健医疗与具有二十余年生物大分子结构预测算法开发经验、曾在2018-2022年CASP-CAPRI比赛中连续三次获得赛道第一的江苏理工学院团队合作，对蛋白质的结构及可能的作用靶点进行了大量的模拟，最终获得了独有的富含大量活性位点的重组III型胶原蛋白的氨基酸序列，该胶原蛋白序列与人胶原蛋白的同源度为100%，不含任何非人源序列。

图2 已被PDB收录的由创健提供的

部分胶原蛋白核心区序列三螺旋结构区域

重组III型小分子胶原蛋白

重组III型小分子胶原蛋白是以基因工程的技术，优选天然人III型胶原蛋白氨基酸序列中高富集生物活性的片段，采用真核酵母构建表达系统，利用生物发酵法生产出与人天然III型胶原蛋白序列100%同源的，分子量仅为5kDa的重组胶原蛋白。其蛋白氨基酸序列选取人III型胶原高活性位点，通过与整合素的靶向结合，多维解码肌肤抗衰通道，强韧胶原蛋白网。

图3  重组III型小分子胶原蛋白，序列设计来自于

经多年验证的III型胶原蛋白α1链片段

精准分子量设计

市面上的胶原蛋白多为分子量几十万，甚至上百万的大分子胶原蛋白，分子量过大，在使用过程中则很难实现透皮吸收。而太小的分子量可能会影响胶原蛋白的三维结构和功能，导致其失去原有的生物活性，也可能会被皮肤快速代谢掉，无法在皮肤内发挥稳定的生物学功能。创健医疗使用生物合成技术制备重组III型小分子胶原蛋白，其分子量为5kDa，既能保持胶原蛋白的三维结构和功能，又能提高皮肤吸收率，可以促进皮肤细胞的增殖和分化，增加皮肤胶原密度和弹性，抵抗光老化损伤，延缓皮肤衰老。

突破传统提取限制

与传统的从动物组织中提取胶原蛋白的方法相比，重组III型小分子胶原蛋白技术不仅避免了动物源性材料的安全隐患和环境污染问题，研究过程无动物实验，此外通过精确控制氨基酸序列和分子量，提高纯度和稳定性，增强生物活性和透皮吸收能力。该技术已实现规模化、标准化、可持续化的生产，满足不同客户的定制需求。

图4  生物合成法与动物提取法比对

解锁胶原护肤「 芯 」动力

基于Ex vivo皮肤组织，重组III型小分子胶原蛋白对皮肤中胶原纤维含量、COLI、 COLIII的表达有显著提升作用，刺激机体产生自身胶原蛋白，促进自身构建胶原纤维网状结构，展现出了高阶 · 多维 · 精准抗衰功效，为肌肤提供「芯」动力。

BC

NC

重组III型小分子胶原蛋白-0.05%

重组III型小分子胶原蛋白-0.1%

图5  EX vivo 皮肤组织胶原纤维染色图

采用SLS刺激3D表皮皮肤模型，构建体外皮肤损伤模型，检测重组III型小分子胶原蛋白作用后促炎因子 IL-1α、IL-6、TNF-α、IL-8 和炎性介质 PGE2 含量的变化，结果显示重组III型小分子胶原蛋白能显著性下调炎症因子的分泌，直击炎症成因，抵御炎性衰老。

图6  3D表皮模型炎症因子测试图

同时，重组III型小分子胶原蛋白作用后能显著性上调丝聚蛋白（FLG）、 兜甲蛋（LOR）和谷氨酰胺转移酶 1（TGM1），发挥优异的修护功效。使用重组III型小分子胶原蛋白霜（0.1%）56天后，通过ANTERA 3D分析所获得的图像表明皮肤皱纹深度、长度及皱纹数量均显著性改善，无惧肌肤「纹」题。

图7 使用含重组III型小分子胶原蛋白面霜（0.1%）

第56天皮肤纹理显著改善

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