CN101074271A - 两亲性壳聚糖衍生物的制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的、两亲性壳聚糖衍生物的制备和应用，属于壳聚糖衍生物制备和应用技术。所述的两亲性壳聚糖衍生物是以壳聚糖为原材料，碱化后在异丙醇介质中与4－溴丁酸反应制得6－O－羧丙基壳聚糖，经纯化后与长链脂肪酰氯(碳链长为偶数，取值在10－20之间，如癸酰氯或十二酰氯或十四酰氯或十六酰氯或十八酰氯)反应生成N－酰基化－6－O－羧丙基壳聚糖。以该材料制备成的水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性，用于创伤修复时具有良好的组织粘附性和适宜的机械强度，不仅能促进创面愈合，同时可以起到止血和预防术后粘连的作用。其中R＝－(CH)n，n＝8、10、12、14、16、18。

Description

两亲性壳聚糖衍生物的制备和应用

技术领域

本发明属于源于天然且可降解的壳聚糖两亲性壳聚糖衍生物的制备方法，以及以该衍生物制备成的水凝胶在内脏创伤修复和体表创伤修复中的应用。

背景技术

各种外科手术和机械性损伤造成内脏组织损伤、创面出血和术后粘连一直是临床急需解决的一个重大问题，目前研究或已经上市的产品大部分针对体内止血和防粘连方面，而具有内脏组织修复或者兼具以上三种作用的研究尚未有报道。开发合适的创伤修复材料是解决该问题的一个重要途径。

水凝胶是在水中溶胀并保持大量的水分而又不溶解的聚合物，高分子水凝胶是由高分子骨架、水、交联剂组成的三维体系，具有大分子量的复杂空间网状结构，具有良好的吸水性，生物相容性好，所以在生物医学工程领域得到了广泛的研究和应用，而生物可降解的水凝胶材料则成为该研究的最新方向。

已有的水凝胶无法满足内脏创伤修复的要求，表现在以下方面：创伤修复效果差、组织黏附性差、生物相容性不好、不能生物降解等多方面。而为了增强水凝胶的治疗效果，生长因子的应用成为了一种可能。(陈佳，罗成群.中国烧伤创疡杂志，2005，17(1)：74-76)

内脏创面组织再生依赖于生长因子，但外源性生长因子半衰期短，局部使用很快被稀释和代谢，在体表创伤使用时需反复大剂量使用，而且价格非常昂贵。特别是在内脏手术时，只能在缝合前使用一次生长因子，因此，需要开发如何使生长因子持续高效发挥作用是解决其体内应用的关键问题。(付小兵，程飚，盛志勇.中国修复重建外科杂志，2004，18(6)：508-512)

壳聚糖及其衍生物由于其优良的生物相容性和可降解性在生物医药领域已经得到广泛应用，对于壳聚糖的结构改性的研究很多，但主要涉及到亲水性衍生物方面，例如：N，O-羧甲基壳聚糖(CA Carolan，HS Blair.CarbohydratePolymer，1991，69：195-196)、O-羧甲基壳聚糖(LingyunChen，Yumin Du.Biomaterials，2004，25：3725-3732)、N-磺酸化(K.R.Holme，A.S.Perlin.Carbohydr.Res.1997，302：173-179)等等。两亲性壳聚糖衍生物有2-羟基-3-(对壬基苯氧基)丙基-羧甲基壳聚糖(隋卫平，陈国华，高先池等.高等学校化学学报，2001，22(1)，133-135)等，大部分两亲性衍生物其氨基端接的基团降解性差，有一定的微毒性，限制了其在体内的应用。

将水凝胶和生长因子复合后用于治疗体表创伤已经有报道，如表皮生长因子(Park JS，Yoon JI，Li H，et al.ArchPharm Res.2003 Aug；26(8)：659-65.)碱性成纤维细胞生长因子(付小兵，郭振荣，盛志勇，沈祖尧等.中华医学杂志，2002，03：35-52)、胰岛素样生长因子(Dunaiski Vera，Marshall Nick，Belford David A.Regulatory Peptides，2000，94：1-3)，但在内脏创伤修复方面的应用尚未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：用可生物降解的天然来源的壳聚糖为原料，进行化学结构修饰，使其形成具有两亲性的聚合物分子，即一端含亲水基，另一端含亲脂基并且仍可以在体内生物降解的聚合物，以适用于创伤修复，尤其作为生物相容性良好、无毒性的内脏创伤修复材料。

本发明要解决的技术问题还包括：研究的两亲性壳聚糖衍生物，制备成水凝胶，具有良好的组织黏附性和适宜的机械强度，用于创伤修复不仅可以促进创面愈合，还可以止血和防止术后粘连。

本发明要解决的技术问题还包括：研究的两亲性壳聚糖衍生物，制备成水凝胶可以和创伤修复相关的生长因子复合，用于更好地治疗创面。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术解决方案为：

1、下述通式表示的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖

其中R＝-(CH)n，n＝8、10、12、14、16、18

上述N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖，其特征在于：n＝8、10、12、14、16、18，优选n＝8和10；脱乙酰度为80-100％，优选93-98％；N-酰基取代度为20-50％，优选30-35％；6-O-羧丙基取代度为80-100％，优选95-100％。

前述N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖的制备方法，其特征在于用以下方法制备：

1)将纯化的壳聚糖用KOH碱化12小时，在异丙醇介质中，搅拌下加入溴丁酸的异丙醇溶液，反应温度控制在40-50℃，反应5-20小时，生成6-O-羧丙基壳聚糖。

2)将6-O-羧丙基壳聚糖溶于异丙醇中成粘稠液体，在搅拌下缓慢加入长链脂肪酰氯，反应温度控制在50-60℃，反应5-20小时，生成N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖。

所述的制备方法，其较好的技术特征在于：

1)溴丁醇物质的量是壳聚糖的三倍，生成的6-O-羧丙基壳聚糖，用稀盐酸中和，用丙酮或乙醇沉淀产物，过滤，洗涤，脱水，60-70℃下真空干燥。

2)长链脂肪酰氯的碳链长为偶数，取值在10-20之间(包含10和20)，包括癸酰氯、十二酰氯、十四酰氯、十六酰氯、十八酰氯，物质的量是壳聚糖的0.3-0.6倍。

3)生成的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖，用KOH中和，用丙酮或乙醇沉淀产物，过滤，洗涤，脱水，60-70℃下真空干燥。

前述方法制备的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖，其特征在于：N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖可进一步加工成为高度纯化、无菌无热原的材料，其纯化方法如下所述：

1)将N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖加入到一定量含0.01N HCl+20mM NaCl的溶液中混匀，加入一定量氯仿和异丙醇，剧烈搅拌30分钟，用布丝漏斗过滤。此过程重复三遍。然后，将CM-CH溶于水/异丙醇溶液中，缓缓加入0.5NNaOH+20mM NaCl，调节到PH为8。

2)在上述溶液加入溶液三倍体积的无水乙醇沉淀，静置过夜，用布丝漏斗过滤杂质，沉淀用无水乙醇脱水三次，60-70℃真空干燥，收集产品。

上述方法制备的CM-CH纯度高，杂质少，经检验内毒素含量不超过0.06U/ml，完全符合体内植入材料的要求。

前述的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶制备方法，其特征在于制备过程中加入或不加入生物可降解的交联剂，交联剂可以是乙二醇缩水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚、丁二醇缩水甘油醚、戊二醛、环氧氯丙烷中的一种或几种，交联剂物质的量和N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖单体的比例为1/400-1/100。

前述方法制备成的交联或未经过交联N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶，具有良好的组织粘附性和一定的机械强度，用于创面修复时无需缝合，不会脱位，并可以承受一定的张力，其中交联的水凝胶拉伸强度为0.5Mpa-1.2Mpa。

前述方法制备成的交联或未经过交联N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶，同时具有良好的生物相容性和生物降解性，在体内可以水解成长链脂肪酸，为人体自有的物质，可以被机体吸收利用。主链降解后形成的6-O-羧丙基-2-氨基葡萄糖可以安全排出体外。

前述方法制备的交联或未经过交联N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶并且具有明显的促进创面愈合的生物活性，并具有明显的止血作用和预防术后粘连的发生的作用。

在动物实验中使大鼠肝脏切割模型愈合速度加快4-6天，止血速度在5分钟之内，在盲肠粘连模型中减少50％粘连的发生。

前述的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖作为创伤修复水凝胶的应用，其特征在于：将该N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖制备成水凝胶，应用于促进创面愈合时可以复合细胞生长因子，包括表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、胰岛素样生长因子(IGF)。

前述的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖复合生长因子后的水凝胶作为创伤修复的应用，其特征在于：可以用于体表创面敷料，治疗难愈性创面，包括三度烧伤、烫伤和严重机械性损伤；也可以用于内脏创伤修复，包括各种内脏手术创伤、其他原因导致的内脏损伤等。

具体实施方式

实施例一：6-O-羧丙基壳聚糖的制备

壳聚糖用KOH碱化12小时，在异丙醇介质中，搅拌下加入的溴丁酸的异丙醇溶液，溴丁酸物质的量为壳聚糖物质的量三倍，反应温度控制在40-50℃，反应8小时，生成6-O-羧丙基壳聚糖，用稀盐酸中和，用丙酮或乙醇沉淀产物，过滤，洗涤，脱水，60-70℃下真空干燥。元素分析测得O-羧丙基取代度为85％。

实施例二：N-壬酰基-6-O-羧丙基壳聚糖的制备

将6-O-羧丙基壳聚糖溶于异丙醇中成粘稠液体，在搅拌下缓慢加入癸酰氯，反应温度控制在50℃，反应10小时，生成N-壬酰基-6-O-羧丙基壳聚糖，用KOH中和，用丙酮或乙醇沉淀产物，过滤，洗涤，脱水，60℃下真空干燥。元素分析测得N-壬酰基取代度为31.2％。

实施例三：N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖的制备

将6-O-羧丙基壳聚糖溶于异丙醇中成粘稠液体，在搅拌下缓慢加入癸酰氯，反应温度控制在50℃，反应10小时，生成N-壬酰基-6-O-羧丙基壳聚糖，用KOH中和，用丙酮或乙醇沉淀产物，过滤，洗涤，脱水，60℃下真空干燥。测得N-十一酰基取代度为35％。

实施例四：N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖的纯化

将N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖加入到三倍体积含0.01N HCl+20mM NaCl溶液混匀，加入一定量氯仿和异丙醇，剧烈搅拌30分钟，用布丝漏斗过滤。此过程重复三遍。然后，将CM-CH溶于水/异丙醇溶液中，缓缓加入含0.5NNaOH+20mM NaCl的溶液，调节到PH为8。加入溶液三倍体积的无水乙醇沉淀，静置过夜，用布丝漏斗过滤杂质，沉淀用无水乙醇脱水三次，60-70℃真空干燥，收集产品。

上述方法制备的CM-CH纯度高，杂质少，无菌，经检验内毒素含量不超过0.06U/ml，完全符合体内植入材料的要求。

实施例五：未交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶的制备及性质

将纯化的N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖溶于水中成3％溶液，加入1％的甘油，充分溶解后浇铸于已调节水平的玻璃板上，50℃真空干燥，切割成一定大小，测定水凝胶膜的性质。结果为：含水率：45％；凝胶分数：65％；拉伸强度：0.5Mpa；断裂伸长率：340％。该水凝胶膜片与组织粘附性强，但因为没有经过交联而缓慢溶解，存留时间短，适合体外创面的应用。

实施例六：交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶的制备及性质

将纯化的N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖溶于水中成3％溶液，加入1％的甘油，加入N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖单体物质的量0.5％的丙三醇缩水甘油醚，充分溶解、搅拌均匀后浇铸于已调节水平的玻璃板上，50℃真空干燥，切割成一定大小，测定水凝胶膜的性质。结果为：含水率：55％；凝胶分数：53％；拉伸强度：1.8Mpa；断裂伸长率：320％，平衡溶胀比(平衡吸水率)：386％。该水凝胶膜片与组织粘附性强，在动物腹腔内存留时间可达到十天左右，适合内脏创伤修复的应用。

实施例七：N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖复合生长因子水凝胶的制备

将纯化的N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖溶于水中成3％溶液，加入1％的甘油，加入一定量包含EGF、FGF和IGF的纳米微囊，加入N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖单体物质的量0.5％的丙三醇缩水甘油醚，充分溶解、搅拌均匀后浇铸于已平衡的玻璃板，25℃真空干燥，切割成一定大小，测定水凝胶膜中细胞因子的活性。结果表明生长因子有良好的缓释作用，在动物体内保持活性时间最长为十天。

实施例七：交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶，对动物内脏创伤的促进愈合和止血效果

新西兰大白兔40只，雄性，体重约2500～3000g，备皮、麻醉后，无菌下开腹，暴露肝脏，并在肝表面切除1.5cm×1.5cm大小的肝组织，造成切取面积的出血创面，一组放置2cm×2cm交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶膜，敷压伤口，待与创面完全粘合后松开，另一组为胶原海绵止血材料，计算止血时间。缝合，处理创面，分别在一周和两周后开腹观察其创面愈合情况，组织切片进一步观察。

结果发现交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶膜的止血性能与胶原海绵相当，约为5分钟，而促愈合的性能则优于胶原海绵，平均愈合时间为5.3天，而胶原海面组为9.2天。

实施例八：交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶，对动物内脏创伤的促进愈合和防粘连效果

新西兰大白兔40只，雌性，体重约2000～2500g，备皮、麻醉后，无菌下开腹，找出子宫，在子宫颈处用纱布擦去2cm×2cm浆膜，直至渗血。在盲肠表面用干纱布连续擦磨，直至浆膜外层被擦掉，一组放置2.5cm×2.5cm交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶膜，敷压伤口，待与创面完全粘合后松开。缝合，清理创面，分别在一周和两周后开腹观察其创面愈合和粘连情况，组织切片进一步观察。

结果发现，与对照组相比，交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶有显著的促进创面愈合效果(P＜0.05)，交联N-十一酰基-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶全部为0级，而对照组主要属于III级和IV级，该水凝胶具有良好的防粘连效果。

Claims (8)

1、下述通式表示的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖

其中R＝-(CH)n，n＝8、10、12、14、16、18。

2、根据权利要求1所述2-N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖，其特征在于：n＝8、10、12、14、16、18，优选n＝8和10；脱乙酰度为80-100％；N-酰基取代度为20-50％；6-O-羧丙基取代度为80-100％。

3、根据权利要求2所述N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖的制备方法，其特征在于用以下过程制备：

1)将纯化的壳聚糖用KOH碱化后，在异丙醇介质中，搅拌下加入溴丁酸的异丙醇溶液，反应5-20小时，生成6-O-羧丙基壳聚糖。

2)将6-O-羧丙基壳聚糖溶于异丙醇中成粘稠液体，在搅拌下缓慢加入长链脂肪酰氯，生成N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖。

4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

1)生成的6-O-羧丙基壳聚糖，用稀盐酸中和，用丙酮或乙醇沉淀产物，过滤，洗涤，脱水，60-70℃下真空干燥。

2)长链脂肪酰氯的碳链长为偶数，取值在10-20之间(包含10和20)，包括癸酰氯、十二酰氯、十四酰氯、十六酰氯、十八酰氯。

3)生成的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖，用KOH中和，用丙酮或乙醇沉淀产物，过滤，洗涤，脱水，60-70℃下真空干燥。

5、根据权利要求书3所述N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖的制备方法，其特征在于：N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖可进一步加工成为高度纯化、无菌无热原的材料，以该材料制备成的水凝胶具有良好的组织粘附性和一定的机械强度，同时具有良好的生物相容性和生物降解性，并且具有促进创面愈合的生物活性。

6、根据权利要求书5所述N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖水凝胶制备方法，其特征在于制备过程中加入或不加入生物可降解的交联剂，交联剂可以是乙二醇锁水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚、丁二醇缩水甘油醚、戊二醛、环氧氯丙烷中的一种。

7、根据权利要求书5所述的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖作为创伤修复水凝胶的应用，其特征在于：将该N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖制备成水凝胶，应用于促进创面愈合时可以复合细胞生长因子，包括表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、胰岛素样生长因子(IGF)。

8、根据权利要求书5所述的N-酰基化-6-O-羧丙基壳聚糖作为创伤修复水凝胶的应用，其特征在于：可以用于体表创面敷料，治疗难愈性创面，也可以用于内脏创伤修复，具有明显的促愈合作用和止血作用，可以明显的预防术后粘连的发生。