胶原蛋白生物支架对许多医学领域都非常有益，因此，开发胶原蛋白生物支架的过程必须尽可能地坚固和可行。在这里，生物制药集团概述了冷冻干燥胶原蛋白生物支架的主要市场、应用和重要性，以及在冷冻过程中必须采取的注意事项，以及最大化效率和冰晶结构/目标孔隙率的干燥步骤
胶原蛋白是动物界中含量最多的蛋白质。它占人体总蛋白质的30%，是各种纤维组织(包括肌腱、韧带和皮肤)天然存在的细胞外基质(ECM)的关键结构蛋白;还有骨骼、角膜、血管、软骨和结缔组织。它是将我们的身体粘合在一起的粘合剂，提供结构支撑和力量。
在体外，胶原蛋白可以形成高度组织的三维支架，外源应用后具有生物相容性、可生物降解和无毒。所有这些特性使胶原蛋白成为组织工程、再生医学和伤口愈合的首选材料。每天，成千上万的外科手术被用于替换或修复因疾病或创伤而受损的组织。
组织工程是一门相对较新的专业，旨在通过将身体细胞与胶原蛋白支架结合来再生受损组织，胶原蛋白支架作为新组织生长的模板。用于医疗产品的胶原蛋白可以从一系列不同的来源中提取——来自猪、鸡和水母衍生物的影响越来越大，但最常见的是牛的胶原蛋白。用于引导和促进海绵、薄片或凝胶形式的组织再生。
胶原蛋白生物支架可用于各种各样的医疗领域，但并不是一刀切的情况，所以开发一种工艺使其尽可能坚固和可行，以实现其最终目的是至关重要的。
它们可以使用:
胶原蛋白支架的一些更典型的医疗应用包括:
通过冷冻干燥，可以精确地控制冰晶的生长方式，从而控制所得到的胶原蛋白支架的形状和性质。这是通过控制循环配方的冻结而不是干燥元素来实现的。这一点并不总是被完全理解，因为多年来，重点一直是理解干燥阶段，其中引入真空和管理样品的有效升华率。尽管如此，今天的理解证实了任何配方的焦点(操作员试图操纵特定样品的冰晶结构和孔隙率)都应该在初始冻结步骤中实现。
人们普遍认为，快速(闪速或淬火)冷却会产生更小的冰晶，冰晶网络较差，而缓慢冷却会形成更大的冰晶，因此气孔也更大。使用合适的冷却速率和具有合适传热系数的容器来形成所需的孔径也是必不可少的。可以添加一个额外的退火步骤(在初始冻结后提高样品的温度)来增加冰晶的尺寸。或者均匀冰晶大小的分布，使材料更加均匀。
因此，在选择能够复制货架温度控制的机器时，必须给予适当的注意，以使机器能够在原位进行多步冷冻。无法进行多步冷冻和退火的冷冻干燥机可能无法遵循为产品设计的特定/最佳配方，这可能会影响产品的完整性和功效。越来越多的公司通常更喜欢具有控制周期所有阶段功能的系统。
在回顾基于胶原蛋白的加工过程时，交联是另一个重要的考虑点，因为这是一种将一个聚合物链连接到另一个聚合物链的键。应用交联时应采取预防措施，因为这可能会产生微坍塌。通常情况下，这种情况可能发生在含有结晶和非结晶(无定形)成分混合物的配方中，但特别是对于基于胶原蛋白的产品，这种情况可能发生在用其他溶质浸渍，然后冻干时。
最常见的交联剂有:
为您的特定目的选择正确的交联剂是很重要的，要知道一些交联剂可能会留在最终的冷冻干燥产品中。
冷冻干燥提供了生产高度排列支架的机会。基质和细胞排列是许多组织固有功能的关键因素，因此在组织工程支架中再现这一点是可取的。
结构对齐为心肌或血管的肌肉内衬等承载组织提供了机械强度，也为伤口愈合和组织再生过程中的迁移细胞或过程提供了引导场。通过冷冻和冻干胶原蛋白可以很容易地实现对齐，胶原蛋白已在高纵横比的圆柱形导管中组装成纤维水凝胶，不需要额外的专门设备、广泛的培养或胶原蛋白变性，这可能是其他支架制造方法所需要的。由于这些原因，冷冻干燥已经并将继续是公司和运营商非常流行的技术。
尽管如此，所使用的冷冻干燥机的功能/能力也不应被忽视，因为控制冷冻速率以帮助开发操作员所需的冰晶尺寸和网络的重要性是固有的。
许多可用的系统仅用于控制过程的干燥阶段，但产品必须预先冷冻。然而，一些干燥机，如Cuddon冷冻干燥系列仪器能够提供原地冷冻，在单位，这已被证明是一个受欢迎的功能在这一特定领域。
正如国际实验室2018年7月:第43卷第5期-第20页和第21页所述
