Primarna beljakovinska vlakna kostnega matriksa so kolagenska vlakna, natančneje kolagen tipa I. Kolagen, glavna organska sestavina kosti, tvori tesno stisnjene fibrilne strukture, ki zagotavljajo moč in prožnost mineraliziranega kostnega matriksa. Molekule kolagena tipa I se same sestavijo, da tvorijo razporejene kolagenske fibrile, ki se nadalje organizirajo v večja in močnejša kolagenska vlakna. Ta vlakna prispevajo k edinstvenim mehanskim lastnostim in natezni trdnosti kostnega tkiva ter delujejo kot ogrodje znotraj mineraliziranega matriksa.