CN101507833B

CN101507833B - 一种用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法

Info

Publication number: CN101507833B
Application number: CN2009100801032A
Authority: CN
Inventors: 谭天伟; 孙绍华; 曹辉; 苏海佳; 王芳
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-03-20
Also published as: CN101507833A

Abstract

本发明提供一种用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法。该方法将聚2-羟乙基-天冬酰胺溶解于二甲基甲酰胺中，通氮气后加入三乙胺作为缚酸剂，冰浴中滴加酰氯的二甲基甲酰胺溶液，滴加完毕，在室温下搅拌反应4-24h；反应结束后抽滤，除去不溶的三乙胺盐酸盐，滤液用正丁醇沉淀，再用丙酮洗涤，离心得到固体物质，超滤后冷冻干燥即得可聚合的聚天门冬氨酸酰氯衍生物；将聚天门冬氨酸酰氯衍生物溶解于含有交联剂的溶液中，然后加入氧化还原引发体系过硫酸铵和四甲基乙二胺，配置成预凝胶溶液；20℃-45℃下进行凝胶化。本方法简单可行，所得的聚天门冬氨酸衍生物水凝胶可用做栓塞材料、药物控释载体以及组织工程的支架材料。

Description

一种用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法

技术领域

本发明涉及一种用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法。

背景技术

水凝胶是具有三维网络结构的聚合物，它含水量高、柔软、具有橡胶般的粘弹性，近年来在生物和医学领域受到广泛的关注。其中，关于可注射原位凝胶化材料在医学上的应用研究越来越多，这种凝胶可作为栓塞材料、药物控释载体、组织工程支架材料等，原位凝胶化体系在注射前保持溶液状态，可直接注射于目标位置，发生原位交联。形成的凝胶与目标位置形状完全吻合。由于可采用注射方式植入，最大程度的减小了操作过程的的伤害性。

白明胶、胶原质、壳聚糖等都可用来制备可注射原位凝胶化材料。这些天然高分子虽然具有良好的生物相容性，但其形成的凝胶多为依靠离子键、静电作用力或疏水作用力等形成的物理凝胶，在人体环境中不稳定，大大限制了其应用。聚天门冬氨酸(PASP)作为一种合成高分子，是一种氨基酸的聚合物，具有良好的生物相容性和生物降解性，广泛应用于医用材料的制备。并且可以对它进行进一步改性，得到更加稳定、且降解过程可控的原位化学交联凝胶。Gaetano Giammona等人制备了PASP的衍生物聚2-羟乙基-天冬酰胺(PHEA)，PHEA具有良好的生物相容性、生物降解性和水溶性，常作为生物医学和药物支架材料载体材料，再对PHEA进行改性，制备光交联的PASP衍生物水凝胶，具有良好的药物控释和生物相容性。但由于采用光交联方式，不适用于可注射原位凝胶化体系。鉴于此，我们设想利用PASP制备一种可注射的原位凝胶化材料，以期可以应用做栓塞材料、药物控释载体、组织工程支架材料等。

发明内容

本发明的目的是提供一种用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法。

本发明的一种用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法，包括以下步骤：

第一步，参照Gaetano Giammona报道方法，制备PHEA，具体步骤如下：将聚琥珀酰亚胺(PSI)溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，质量百分比浓度为9％，PSI的重复单元的分子量为97g/mol。然后加入乙醇胺反应48h，乙醇胺(MEA)与PSI单环摩尔比为1，反应温度40℃。反应结束后，用丙酮沉淀、离心，得粗品，再溶解于蒸馏水中，超滤后，真空干燥得PHEA。

第二步，将PHEA溶解于DMF中，质量百分比浓度为3.8-7.4％，通N₂15-20min，PHEA的重复单元的分子量为158g/mol，然后加入三乙胺作为缚酸剂，三乙胺与PHEA重复单元摩尔比为1-3，冰浴中滴加酰氯的DMF溶液，酰氯基团与PHEA重复单元的摩尔比为1-3，滴加完毕，在室温下搅拌反应4-24h；反应结束后抽滤，除去不溶的三乙胺盐酸盐，滤液用正丁醇沉淀，再用丙酮洗涤，离心得到固体物质，该固体物质溶于去离子水后超滤，超滤后冷冻干燥即得可聚合的聚天门冬氨酸酰氯衍生物；

第三步，将聚天门冬氨酸酰氯衍生物溶解于含有交联剂的溶液中，聚天门冬氨酸酰氯衍生物的质量百分比浓度为5％-30％；然后加入氧化还原引发体系过硫酸铵(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)，APS和TEMED的摩尔比为1∶1；配置成预凝胶溶液；此预凝胶溶液中，APS和TEMED浓度均分别为5mM-30mM，20℃-45℃下进行凝胶化。

该制备方法中，所述酰氯为丙烯酰氯(AC)、甲基丙烯酰氯(MAc)或肉桂酰氯(CC)。所述的交联剂为甲叉双丙烯酰胺(BIS)、聚乙二醇-400-双丙烯酸酯(PEGDA)或聚乙二醇-400-二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)，且预凝胶溶液中，交联剂的质量百分比浓度为0.15％-3.10％。

本发明方法操作工艺简单，实施条件温和。首先利用乙醇胺中的氨基与PSI中酰亚胺键的开环反应，引入羟基，再利用羟基和酰氯基团可缩合形成酯键的方法制备可聚合的聚天门冬氨酸衍生物。可以通过改变酰氯与PHEA重复单元摩尔比来调控双键的接枝率。反应过程中的小分子物质可通过超滤的方法去除。在生物相容性的过硫酸铵(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)的引发作用下，聚天门冬氨酸衍生物可通过双键交联形成聚天门冬氨酸水凝胶。其凝胶化时间可通过引发剂浓度、交联剂浓度和反应温度进行调节。在体温下凝胶化时间较短，非常有利于其作为可注射原位凝胶的应用。本发明方法为制备可原位凝胶化的聚天门冬氨酸衍生物水凝胶提供了一种简单可行的新方法。所得的聚天门冬氨酸衍生物水凝胶可用做栓塞材料、药物控释载体以及组织工程的支架材料。

具体实施方式

实施例1：称取10gPSI溶于100mL DMF中，待PSI完全溶解后，加入6.3mlMEA，然后在40℃反应48h。反应结束后，经丙酮沉淀、过滤，再将产品溶于去离子水，超滤，真空干燥得PHEA。将上述4gPHEA溶解于100mlDMF中，通N₂15min，然后加入3.5ml三乙胺作为缚酸剂，冰浴中滴加2.0ml丙烯酰氯与10ml DMF的混和液，滴加完毕，在室温下搅拌反应4h；将反应混合物抽滤，除去不溶的三乙胺盐，滤液用正丁醇沉淀，再用丙酮洗涤，抽滤后，超滤，冷冻干燥后即得丙烯酰氯改性的PASP，命名为PHA1^#。其双键接枝率为7.7％。

将PHA1^#溶解于含有聚乙二醇-400-二甲基丙烯酸酯(PEGNMA)的溶液中，配制成PHA1^#与PEGNMA的混合液，其中PHA1^#质量百分比浓度为5％，PEGDMA的质量百分比浓度为3.10％。然后加入氧化还原引发体系过硫酸铵(APS)和N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，APS和TEMED的摩尔比为1∶1。配置成预凝胶溶液。此预凝胶溶液中，APS和TEMED浓度均分别为5mM。其凝胶化时间为25min。

实施例2：称取10gPSI溶于100mL DMF中，待PSI完全溶解后，加入6.3mlMEA，然后在40℃反应48h。反应结束后，经丙酮沉淀、过滤，再将产品溶于去离子水，超滤，真空干燥得PHEA。将上述4gPHEA溶解于80mlDMF中，通N₂20min，然后加入7ml三乙胺作为缚酸剂，冰浴中缓慢滴加4.0ml丙稀酰氯与10ml DMF的混和液，滴加完毕，在室温下搅拌反应10h；将反应混合物抽滤，除去不溶的三乙胺盐，滤液用正丁醇沉淀，再用丙酮洗涤，抽滤后，超滤，冷冻干燥后即得丙烯酰氯改性的PASP，命名为PHA2^#。其双键接枝率为34％。

将PHA2^#溶解于含有甲叉双丙烯酰胺(BIS)的溶液中，配制成PHA2^#与BIS的混合液，其中PHA2^#的质量百分比浓度为15％，BIS的质量百分比浓度为0.6％。然后加入氧化还原引发体系过硫酸铵(APS)和N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，APS和TEMED的摩尔比为1∶1，引发体系的最终均分别浓度为20mM，37℃下进行凝胶化。其凝胶化时间为1.5min。

实施例3：称取10gPSI溶于50mL DMF中，待PSI完全溶解后，加入6.3mlMEA，然后在40℃反应2h。反应结束后，经丙酮沉淀、过滤，再将产品溶于去离子水，超滤，真空干燥得PHEA。将上述4gPHEA溶解于50mlDMF中，通N₂15min，然后加入10.5ml三乙胺作为缚酸剂，冰浴中缓慢滴加9.0ml甲基丙稀酰氯与10ml DMF的混和液，滴加完毕，在室温下搅拌反应24h；将反应混合物抽滤，除去不溶的三乙胺盐，滤液用正丁醇沉淀，再用丙酮洗涤，抽滤后，超滤，冷冻干燥后即得甲基丙烯酰氯改性的PASP，命名为PHM1^#。其双键接枝率为29.6％。

将PHM1^#溶解于含有聚乙二醇-400-双丙烯酸酯(PEGDA)的溶液中，配制成PHM1^#与PEGDA的混合液，其中PHM1^#的质量百分比浓度为15％，PEGDA的质量百分比浓度为2％。然后加入氧化还原引发体系过硫酸铵(APS)和N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，APS和TEMED的摩尔比为1∶1。配置成预凝胶溶液。此预凝胶溶液中，APS和TEMED均分别浓度为20mM，37℃下进行凝胶化。其凝胶化时间为3.8min。

实施例4：称取10gPSI溶于100mL DMF中，待PSI完全溶解后，加入6.3mlMEA，然后在40℃反应48h。反应结束后，经丙酮沉淀、过滤，再将产品溶于去离子水，超滤，真空干燥得PHEA。将上述4gPHEA溶解于80mlDMF中，通N₂20min，然后加入7ml三乙胺作为缚酸剂，冰浴中缓慢滴加6.0ml甲基丙稀酰氯与10ml DMF的混和液，滴加完毕，在室温下搅拌反应12h；将反应混合物抽滤，除去不溶的三乙胺盐，滤液用正丁醇沉淀，再用丙酮洗涤，抽滤后，超滤，冷冻干燥后即得甲基丙烯酰氯改性的PASP，命名为PHM2^#。其双键接枝率为25.8％。

将PHM2^#溶解于含有甲叉双丙烯酰胺(BIS)的溶液中，配制成PHM2^#与BIS的混合液，其中PHM2^#的质量百分比浓度为30％，BIS的质量百分比浓度为0.8％。然后加入氧化还原引发体系过硫酸铵(APS)和N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，APS和TEMED的摩尔比为1∶1，引发体系的最终均分别浓度为30mM，37℃下进行凝胶化。其凝胶化时间为6.4min。

实施例5：称取10gPSI溶于100mL DMF中，待PSI完全溶解后，加入6.3mlMEA，然后在40℃反应48h。反应结束后，经丙酮沉淀、过滤，再将产品溶于去离子水，超滤，真空干燥得PHEA。将上述4gPHEA溶解于80mlDMF中，通N₂15min，然后加入3.5ml三乙胺作为缚酸剂，冰浴中缓慢滴加3.6ml肉桂酰氯与10ml DMF的混和液，滴加完毕，在室温下搅拌反应4h；将反应混合物抽滤，除去不溶的三乙胺盐，滤液用正丁醇沉淀，再用丙酮洗涤，抽滤后，超滤，冷冻干燥后即得肉桂酰氯改性的PASP，命名为PHC。其双键接枝率为10.5％。

将PHC溶解于含有PEGDMA的溶液中，配制成PHC与PEGDMA的混合液，其中PHC浓度为的质量百分比20％，PEGDMA的质量百分比浓度为0.4％。然后加入氧化还原引发体系过硫酸铵(APS)和N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，APS和TEMED的摩尔比为1∶1。配置成预凝胶溶液。此预凝胶溶液中，APS和TEMED浓度均分别为15mM，37℃下进行凝胶化。其凝胶化时间为13min。

Claims

1.一种用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，制备聚2-羟乙基-天冬酰胺；

第二步，将聚2-羟乙基-天冬酰胺溶解于二甲基甲酰胺中，质量百分比浓度为3.8-7.4％，通氮气15-20min，然后加入三乙胺作为缚酸剂，三乙胺与聚2-羟乙基-天冬酰胺重复单元摩尔比为1-3，冰浴中滴加酰氯的二甲基甲酰胺溶液，酰氯基团与聚2-羟乙基-天冬酰胺重复单元的摩尔比为1-3，滴加完毕，在室温下搅拌反应4-24h；反应结束后抽滤，除去不溶的三乙胺盐酸盐，滤液用正丁醇沉淀，再用丙酮洗涤，离心得到固体物质，该固体物质溶于去离子水后超滤，超滤后冷冻干燥即得可聚合的聚天门冬氨酸酰氯衍生物；

第三步，将聚天门冬氨酸酰氯衍生物溶解于含有交联剂的溶液中，聚天门冬氨酸酰氯衍生物的质量百分比浓度为5％-30％；然后加入氧化还原引发体系过硫酸铵和四甲基乙二胺，过硫酸铵和四甲基乙二胺的摩尔比为1∶1；配置成预凝胶溶液；此预凝胶溶液中，过硫酸铵和四甲基乙二胺浓度均分别为5mM-30mM，20℃-45℃下进行凝胶化。

2.如权利要求1所述的用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法，其特征在于，所述的酰氯为丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或肉桂酰氯。

3.如权利要求1所述的用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法，其特征在于，所述的交联剂为甲叉双丙烯酰胺、聚乙二醇-400-双丙烯酸酯或聚乙二醇-400-二甲基丙烯酸酯。

4.如权利要求1所述的用聚天门冬氨酸衍生物制备可注射原位凝胶的方法，其特征在于，预凝胶溶液中，交联剂的质量百分比浓度为0.15％-3.10％。