คอลลาเจน (collagen) เป็นสารโปรตีนที่มีคุณภาพสูงสำหรับใช้เป็นผลิตภัณฑ์ดูแลผิว สามารถสกัดได้จากแหล่งโปรตีนต่างๆ เช่น โปรตีนจากเนื้อสัตว์ โปรตีนจากพืช และโปรตีนจากเนื้อปลาน้ำจืด และปลาทะเล ใช้ได้ทั้งในรูปผลิตภัณฑ์คอลลาเจนบริสุทธิ์หรือเป็นส่วนผสมในเครื่องสำอาง โดยมีคุณสมบัติที่ดีต่อผิว อาทิ ซึมซาบเข้าสู่ผิวไดดี ช่วยปกป้องผิว และให้ความชุ่มชื้นแก่ผิว
คอลลาเจน เป็นโปรตีนโครงสร้างหลักของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน โดยมีประมาณร้อยละ 30 ของโปรตีนทั้งหมดในร่างกาย พบได้ทั่วไปในส่วนผิวหนัง กระดูก เอ็น และกระดูกอ่อน โดยทั่วไปในธรรมชาติมี 2 ชนิด คือ คอลลาเจนที่ละลายน้ำได้ (soluble collagen) และคอลลาเจนที่ละลายน้ำไม่ได้ (insoluble collagen) ปริมาณ soluble collagen จะลดลงเมื่ออายุมากขึ้น เพราะเปลี่ยนสภาพเป็น insoluble collagen มากขึ้น เป็นสาเหตุทำให้ความยืดหยุ่น และความเต่งตึงของผิวลดลง เกิดริ้วรอย และรอยเหี่ยวย่นทำให้แลดูแก่มากขึ้น
คอลลาเจนกับเครื่องสำอาง
คอลลาเจนที่ใช้เป็นส่วนผสมในเครื่องสำอาง แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ soluble collagen น้ำหนักโมเลกุลประมาณ 300,000 ดาลตัน มีคุณสมบัติดูดซึมสู่ผิวหนังอย่างช้า ๆ อีกชนิดเป็น hydrolyzate collagen ที่ได้จากการนำคอลลาเจนมาย่อยด้วยด่างหรือเอนไซม์ จนมีน้ำหนักโมเลกุลในช่วง 1,000-25,000 ดาลตัน ทำให้มีคุณสมบัติละลายน้ำ และดูดซึมสู่ผิวหนังได้ดีขึ้น
ตัวอย่างผลิตคอลลาเจนที่ผลิตออกจำหน่าย โดยบริษัท Henkel ประกอบด้วยผลิตภัณฑ์คอลลาเจน 3 ชนิด คือ Colapur®, Collapurol® และCollapuron DAK®
Collapurol® เป็นผลิตภัณฑ์คอลลาเจนที่ละลายน้ำได้ โดยสามารถใช้เป็นส่วนผสมผลิตภัณฑ์ที่มีแอลกอฮอล์ได้ดี เช่น โฟมล้างหน้า เป็นต้น
Colapur® เป็นผลิตภัณฑ์คอลลาเจนที่ได้จากหนังลูกวัว เป็น native collagen ที่ละลายน้ำได้ ใช้เป็นส่วนผสมในครีม และโลชั่นถนอมผิว ความเข้มข้นประมาณร้อยละ 3-4 ครีมพอกหน้าใช้ความเข้มข้นร้อยละ 5-10
Collapuron DAK® เป็นผลิตภัณฑ์คอลลาเจนที่ได้จากหนังลูกวัว ด้วยวิธีการเติมหมู่คาร์บอกซิล (carboxyl group) ลงในหนังลูกวัว มักใช้เป็นส่วนผสมในครีมกันแดด ความเข้มข้นร้อยละ 3-10
ส่วนบริษัท Shiseido ประเทศญี่ปุ่น มีการใช้ soluble collagen ที่เตรียมได้จากการย่อยสลายด้วยเอนไซม์ protease ผสมกับอนุพันธ์ของ pantothenic acid ใช้เป็นส่วนผสมในครีมสำหรับคนผิวหยาบ และใช้ soluble collagen เป็นส่วนผสมในครีมบำรุงผิวสำหรับป้องกันแผลเป็น นอกจากนี้ มีหลายบริษัทใช้คอลลาเจนเป็นส่วนผสมในผลิตภัณฑ์ชะลอความแก่
ตัวอย่าง ส่วนผสมครีมบำรุงผิวที่ผสมคอลลาเจน ได้แก่
สูตร Cosmetic cream for rough skin
Ethyl alcohol 10%
Dipropylene glycol 3%
Protease treated collagen 1.50%
Polyoxyethylene oleyl ether 1.50%
Glycerin 1%
Pantothenyl alcohol 0.50%
Methyl paraben 0.10%
Perfume 0.10%
Water q.s. to 100%
สูตร Moisturizing cream
PEG-6 stearate and ceteth 20 (Tefose 2000) 10%
Glyceryl monostearate (Geleol) 3%
Lanolin wax (Albalan) 3%
Paraffin oil 5%
Apricot kernel oil and PEG 6%
Trans esters (Labrafil M1944 CS) 2%
Demineralized water 71.70%
Soluble collagen (Pancogene S) 2%
Methylchloroisothaizolinone (Kathon CG) 0.10%
Bovine amniotic liquid 3%
Fragrance 0.20%
ประโยชน์ของคอลลาเจน
ปัจจุบัน การนำคอลลาเจนมาใช้ประโยชน์ส่วนมากจะเกี่ยวข้องในเครื่องความสวยความงาม และเพื่อสุขภาพ ได้แก่
1. ใช้เป็นส่วนผสมในเครื่องสำอางชนิดต่างเพื่อรักษารอยเหี่ยวย่น บำรุงผิวให้ดูเปร่งปรั่ง แลดูอ่อนเยาว์ขึ้น
2. ใช้ในงานผ่าตัด หรือการฉีดเพื่อรักษารอยย่น รอยแผลเป็นหรือการผ่าตัดเพื่อเสริมสร้างกล้ามเนื้อ
3. ใช้ผลิตเป็นผลิตภัณฑ์อาหารเสริมคอลลาเจน และแหล่งโปรตีนเสริมให้แก่ร่างกาย
ข้อเสียการใช้คอลลาเจน
1. อาจเกิดการติดเชื้อต่างๆ จากแหล่งผลิตคอลลาเจน เช่น เชื้อจากวัว เชื้อจากหมู เชื้อจากปลา เป็นต้น โดยเฉพาะเชื้อจากสัตว์ที่สารถแพร่ติดต่อสู่คนได้ เช่น เชื้อแอนแทรคจากวัว
2. อาจเกิดอาการแพ้สำหรับผู้ที่มีภูมิไวหรือเลือกใช้แหล่งคอลลาเจนที่ไม่สะอาดพอ
แหล่งสกัดคอลลาเจน
1. คอลลาเจนที่ได้จากเนื้อวัว (Bovine Collagen Filler)
คอลลลาเจนชนิดนี้ถูกใช้เป็นส่วนผสมของเครื่องสำอางมานานกว่า 30 ปี แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ ชนิด phosphate buffered saline เหมาะกับรอยย่นตื้นๆ และชนิด cross-linked bovine collagen fibril ที่ทนต่อการถูกทำลายด้วยเอนไซม์ collagenase เหมาะสำหรับรอยย่นลึก เช่น บริเวณร่องปาก รอยย่นบริเวณหน้าผาก แต่มีข้อเสีย คือ มักพบอาการแพ้
2. คอลลาเจนที่ได้จากมนุษย์ (Human Collagen Filler)
เป็นคอลลาเจนที่ได้จากเซลล์ไฟโบบลาสท์จากการเพาะเลี้ยง ใช้สำหรับการเติมเต็มบริเวณริมฝีปาก และแก้ปัญหาริ้วรอย รอยแผลเป็น รวมถึงปัญหาเนื้อเยื่ออ่อนที่มีลักษณะผิดปกติ ประสิทธิภาพการรักษาจะเหมือนกับคอลลาเจนที่ได้จากเนื้อวัว แต่ระยะความคงทนจะสั้นกว่า แต่มีข้อดี คือ ไม่พบอาการแพ้เหมือนคอลลาเจนจากเนื้อวัว
3. คอลลาเจนที่ได้จากหมู (Porcine Collagen Filler)
เป็นคอลลาเจนที่ผลิตจากเนื้อหมู ซึ่งประเทศสหรัฐอเมริกาได้รับรองผลการใช้ และอนุญาตให้ใช้สำหรับการลบเรือนริ้วลอย และร่องลึกได้ แต่ต้องระวังสำหรับผู้มีประวัติ anaphylactic shock หรือมีปฏิกิริยาภูมิไว ข้อดีของคอลลาเจนชนิดนี้ คือไม่พบอาการแพ้ และให้ประสิทธิภาพการรักษาคงทนได้นานกว่าคอลลาเจนที่ได้จากเนื้อวัว และมนุษย์ ซึ่งอาจได้นานมากกว่า 1 ปี
4. คอลลาเจนที่ได้จากปลา (Fish Collagen Filler)
เป็นคอลลาเจนที่ผลิตได้จากส่วนต่างๆของปลา เช่น เนื้อ และเกล็ด ถือเป็นแหล่งคอลลาเจนที่มีมาก และหาได้ง่าย
ชนิดคอลลาเจน
คอลลาเจนสามารถแบ่งเป็น 13 ชนิด ตามลำดับของกรดอะมิโน แต่ทั่วไปพบมากเพียง 4 ชนิด นอกนั้น พบในปริมาณน้อยมาก ได้แก่
1. คอลลาเจน type I ส่วนใหญ่พบในสัตว์ชั้นสูง บริเวณหนัง เอ็น และกระดูก ประกอบด้วย 3 สาย ได้แก่ สาย α1(I) จำนวน 2 สาย และ α2(I) จำนวน 1 สาย คอลลาเจนชนิดนี้ประกอบด้วยกรดอะมิโนไกลซีนประมาณ 1 ใน 3 ของกรดอะมิโนทั้งหมด และส่วนของกรดอะมิโนที่ไม่บิดเป็นเกลียวสั้นที่ประกอบด้วยไทโรซีน และฮิสติดีน
2. คอลลาเจน type II ส่วนใหญ่พบในกระดูกอ่อน ประกอบด้วยสาย α1(II) จำนวน 3 สาย มีลักษณะคล้ายสาย α1(I) คอลลาเจนชนิดนี้มีปริมาณไฮดรอกซีไลซีนสูงกว่า type I ถึง 3 เท่า
3. คอลลาเจน type III พบได้ปริมาณน้อย (ประมาณ 10%) มักพบในเส้นเลือด และมีการจับกับคอลลาเจน type I จึงพบ type III ปนกับคอลลาเจน type I หลังการสกัดคอลลาเจน
4. คอลลาเจน type IV เป็นคอลลาเจนที่มีลักษณะความจำเพาะ พบได้เฉพาะบริเวณเส้นใยฝอยในเยื่อแผ่นบางๆ บริเวณนอกเซลล์
โครงสร้างของคอลลาเจน
คอลลาเจนมีลักษณะโครงสร้างเป็นฮีลิกซ์ 3 สาย (triple-helix) ของโพลีเปปไทด์ โดยแต่ละสายเรียกว่า สายแอลฟา (α-chain) แต่ละสายประกอบด้วยกรดอะมิโนมากกว่า 1,000 ตัวต่อกัน ซึ่งกรดอะมิโนของคอลลาเจนมีลักษณะการเรียงตัวที่ซ้ำๆ กันของ -Gly-X-Y- โดยที่ X และ Y มักเป็นโพรลีน และไฮดรอกซีโพรลีน
โพลีเปปไทด์แต่ละสายมีลักษณะเป็นเกลียววนซ้าย (left-hand helix) โดยมีพันธะไฮโดรเจนเชื่อมระหว่างแต่ละสาย เรียกสายโพลีเปปไทด์ 3 สายที่บิดรวมกันนี้ว่า โทรโปคอลลาเจน (tropocollagen) ระยะห่างระหว่างเกลียวประมาณ 8.6 นาโนเมตร น้ำหนักโมเลกุลประมาณ 300 kDa ยาว 300 นาโนเมตร เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1.5 นาโนเมตร แต่มีบางบริเวณที่ไม่บิดรวมตัวกัน เรียกบริเวณนี้ว่า ทีโลเปปไทด์ (telopeptide region) ซึ่งมีกรดอะมิโนเพียง 18 และ 25 ตัว
กรดอะมิโนในคอลาเจน
กรดอะมิโนที่พบในคอลลาเจน ได้แก่ ไกลซีน (Glycine) พบปริมาณมากที่สุด ประมาณ 1 ใน 3 ของกรดอะมิโนทั้งหมดในคอลลาเจน รองลงมาจะเป็น โพรลีน (Proline) อะลานีน (Alanine) และไฮดรอกซีโพรลีน (Hydroxyproline) ส่วนกรดอะมิโนชนิดอื่น เช่น ฟีนิลอะลานีน (Phenylalanine) ฮิสติดีน (Histidine ) ลิวซีน (Leucine) เมไทโอนีน (Methionine) ซิสเตอีน (Cysteine) ทรีโอนี (Threonine) กลูตามีน (Glutamine) ลิวซีน (Leucine) อาร์จินีน (Arginine) ทรีโอนี (Threonine) และไทโรซีน (Tyrosine) พบในปริมาณเล็กน้อย
การสกัดคอลลาเจน
การสกัดคอลลาเจนจะเริ่มต้นจากการล้างทำความสะอาดวัตถุดิบ เพื่อกำจัดสารอื่น เช่น โปรตีน ไขมัน แร่ธาตุ และสารอื่นๆที่ไม่ใช่คอลลาเจน แล้วทำการสกัดคอลลาเจนให้ละลายออกมาด้วยหลายวิธี ได้แก่
1. การสกัดคอลลาเจนด้วยสารละลายเกลือ (Neutral salt soluble collagen)
คอลลาเจนสามารถละลายได้น้อยในสารละลายเกลือที่เป็นกลาง (1 M NaCl หรือ 0.05 M HCl ที่ pH 7.4) แต่ยังพบคอลลาเจนที่ไม่มีการสร้างพันธะข้ามที่สามรถสกัดได้ดีด้วยสารละลายเกลือ
2. การสกัดคอลลาเจนด้วยสารละลายกรด (Acid soluble collagen)
คอลลาเจนละลายได้ดีในสารละลายกรดเจือจาง เช่น กรดอะซิติก 0.5 M และมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้สารละลายเกลือ ปฏิกิยาที่เกิดขึ้นจะทำให้พันธะโมเลกุลของคอลลาเจนแตกตัวเป็นประจุเกิดการผลักกันจนโครงสร้างของเส้นใยพองตัว และแยกตัวออก
3. การสกัดคอลลาเจนด้วยเอนไซม์เปปซิน (Pepsin soluble collagen) เป็นการสกัดด้วยเอนไซม์เปปซินที่สภาวะความเป็นกรด pH 2.5
การสกัดคอลลาเจนด้วยการใช้กรดเพียงอย่างเดียวจะทำให้จะยังคงเหลือคอลลาเจนบริเวณที่ไม่บิดเป็นเกลียว (โลเปปไทด์) ซึ่งสาเหตุทำให้เกิดการแพ้ ดังนั้น กำจัดส่วนนี้ออกจำเป็นต้องใช้เอนไซม์สลายอีกขั้นหนึ่ง
งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง
Li และคณะ (2005) ได้ศึกษาประสิทธิภาพของคอลลาเจน คอลลาเจนไฮโดรไลเสท และเจลาติน ด้วยการใช้เป็นสารอาหารสำหรับเพาะเลี้ยง keratinocytes ผลการศึกษา พบว่า keratinocytes ที่เพาะเลี้ยงด้วยคอลลาเจนมีปริมาณเพิ่มขึ้น และมี rate of adhesion สูงกว่ากลุ่มที่เพาะเลี้ยงด้วยคอลลาเจนไฮโดรไลเสท และเจลาติน แสดงให้เห็นว่าคอลลาเจนมีประสิทธิภาพสามารถใช้เป็นส่วนผสมของเครื่องสำอางได้ดีกว่าคอลลาเจนไฮโดรไลเสท และเจลาติน
Morganti และคณะ (1983) ได้ศึกษาผลของสารชำระล้างที่มีส่วนผสมของคอลลาเจนชนิด soluble collagen 3 เปอร์เซนต์ ต่อการช่วยปกป้องอาการผิวแห้ง ด้วยการทดสอบกับเพศหญิงอายุ 20-35 ปี จำนวน 50 คน โดยทดสอบบริเวณท้องแขน เป็นเวลา 3 วัน พบว่า ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวสามารถช่วยปกป้องผิวจากอาการผิวแห้งได้
Morimura และคณะ (2002) ได้สกัดคอลลาเจนจากหนังหมูด้วยกรดไฮโดรคลอริก pH 3 ที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง พบว่า คอลลาเจนที่สกัดได้เป็นสารที่สามารถอุ้มน้ำได้สูง เหมาะสำหรับเป็นส่วนผสมของครีมบำรุงผิว และปลอดภัยต่อมนุษย์ด้วยการทดสอบด้วย skin patch test นอกจากนั้น ยังได้สกัด hydrolysates collagen จากหนัง และกระดูกปลา yellowtail โดยใช้เอนไซม์ hydrolysates พบว่า คอลลาเจนที่สกัดได้มีคุณสมบัติต้านการเกิด
อนุมูลอิสระ และมีประสิทธิภาพลดความดันโลหิต ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นส่วนผสมของอาหารได้
Nagai และคณะ (2001) ได้สกัดคอลลาเจนจากหนังหมึกกระดองด้วยกรดอะซิติก และนำไปสกัดในด้วยเอนไซม์เปปซินอีกขั้น พบว่า คอลลาเจนที่สกัดได้มีค่าเสื่อมสภาพด้วยความร้อน ที่อุณหภูมิ 27 องศาเซลเซียส ซึ่งต่ำกว่าคอลลาเจนที่สกัดจากหนังหมู สามารถนำไปใช้เป็นส่วนผสมของเครื่องสำอางได้
Nagai และคณะ (2004) ได้ศึกษาปรับปรุงโครงสร้างของคอลลาเจนที่สกัดจากหนังปลาแซลมอนด้วยสาร 1-ethyl-3-(-3-dimethylaminopropyl), carbodiimide hydrochloride (EDC) และสาร dehydrothermal treatment (DHT) พบว่า คอลลาเจนมีค่าเสื่อมสภาพโปรตีนด้วยความร้อนสูงขึ้น เหมาะสำหรับนำไปทำอวัยวะเทียมทดแทนคอลลาเจนจากหนังลูกวัวได้ เนื่องจากคอลลาเจนจากสัตว์น้ำมีความเสี่ยงอันตรายน้อยกว่า
Yata และคณะ (2001) ได้ศึกษาคอลลาเจนที่สกัดจากหนังปลา 3 ชนิด ได้แก่ horse mackerel, tiger puffer และyellow sea bream โดยใช้เอนไซม์เปปซินสกัด พบว่า คอลลาเจนที่สกัดได้จากปลาทั้ง 3 ชนิดประกอบด้วยคอลลาเจน type I เป็นส่วนใหญ่