CN102258813B

CN102258813B - 一种医用防粘连材料及其制备方法

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Publication number: CN102258813B
Application number: CN201010187986.XA
Authority: CN
Inventors: 龙飞虎; 石旭东; 甘志华
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: CN102258813A

Abstract

本发明公开了一种医用防粘连材料及其制备方法。本发明提供的医用防粘连材料是以脂肪族聚酯和聚乙二醇的共聚物为原料制备得到的微球、凝胶或微球/凝胶复合材料。本发明提供的医用防粘连材料具有良好的生物相容性、可调节的组织粘附性、降解速度以及力学强度和韧性，并可复合多种药物后使用，因此能够满足临床上的多种需求。本发明提供的防粘连材料可以适应创伤部位的不规则形状并完全覆盖创面，在应用时具有操作简单使用方便的优点。

Description

一种医用防粘连材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种医用防粘连材料及其制备方法。

背景技术

手术后的粘连一直是医学上亟待解决的难题之一，绝大多数手术都涉及到组织间的粘连问题。粘连是结缔组织纤维带与相邻的组织或器官结合在一起而形成的异常结构，大小可以从一片纤细的薄膜到稠密的血管疤痕。它不仅会引起严重的并发症，如肠梗阻、癫痫、继发性喉返神经损伤等，还会增加再次手术的困难。研究表明产生粘连的根本原因是成纤细胞的增殖。目前针对组织粘连问题临床上通常采用“短期屏障法”，即术后在容易发生粘连的部位植入隔离材料的方法解决。

理想的防粘连材料应具有如下特性：良好的生物相容性、适宜的组织粘附性；能完全覆盖创伤表面并且具有足够的体内存留时间；能降解吸收而不需二次手术将其取出；既能有效防止粘连形成又不影响甚至促进伤口的正常愈合；此外还应具有一定的机械强度而便于实施操作等。目前防粘连材料所采用的原料主要有壳聚糖、透明质酸钠、纤维素、聚四氟乙烯和硅橡胶等。然而这些材料却存在着质量不稳定、受来源限制、传播疾病、引起免疫反应或是不能降解等缺点。

脂肪族聚酯类材料是目前较为理想的生物医用高分子材料之一，该类材料具有优良的生物相容性、降解性以及可调节的力学强度和降解速度等。其中聚乳酸（PLA）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）和聚己内酯（PCL）等聚合物已获得美国FDA批准并广泛应用于临床。近年来已经有一些以脂肪族聚酯类材料用于预防粘连的相关专利和产品出现并取得了良好的效果（CN1436801A，CN1446544A， CN1670079，CN1241442，中国组织工程研究与临床康复，2009，13，9345）。聚乙二醇（PEG）是一种被美国FDA批准可用于食品、化妆美容品和药物制剂的无毒聚合物。由于PEG具有良好的生物相容性、亲水性以及防止蛋白质吸附的特性，据报导PLA薄膜中PEG组分的引入可以有效的减少细胞在材料表面的粘附数目（Tissue engineering, 2003, 9, 71）。研究表明PEG溶液或含PEG组分的凝胶具有良好的预防粘连作用并能有效的降低粘连发生率（Journal of Surgical Research, 1997,67,113；Journal of Surgery, 1998,176,76；Journal of Surgery, 1991,78, 427；Biomaterials,1995,16,1153）。

因此以脂肪族聚酯和PEG为组分的高分子材料在医用防粘连领域具有极大的应用潜力。然而目前医用防粘连材料多以薄膜的形式应用，因此对材料的力学强度和韧性有一定要求，此外薄膜型材料还存在操作不便以及粘附力差需额外固定等缺点（Fertility and Sterility,1998,69,403；Journal of Surgical Research 1998,78,118）。然而目前医用防粘连材料多以薄膜的形式应用，因此对材料的力学强度和韧性有一定要求。此外薄膜型材料还存在操作不便、粘附力差以及需额外固定等缺点。本发明以脂肪族聚酯和PEG的共聚物为作为医用防粘连材料的原料，并且对材料提供了新的制备方法。该方法简单易行、成本低廉，制备出的微球型和微球/凝胶型材料综合性能突出。材料可以通过直接喷洒或是注射等方式置于病患部位，因此具有手术操作方便的特点。本发明为医用防粘连材料领域提供了一种新的选择，具有广泛的应用前景。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种医用防粘连材料及其制备方法。

本发明提供的医用防粘连材料是以脂肪族聚酯与聚乙二醇（PEG）的共聚物为原料制备得到的微球或微球/凝胶复合体系，所述的脂肪族聚酯为聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）和聚羟基乙酸（PGA）中的至少一种。

所述微球或微球/凝胶复合体系中的微球的直径可以为5nm~5mm，较佳为10mm~500mm。

较佳地，所述脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物的平均分子量为200~10,000,000，其中聚酯链段与PEG链段的平均分子量之比为0.01~100000。聚酯链段与PEG链段的平均分子量之比更佳为1~25。

本发明提供的制备医用防粘连材料的方法如下：以带有端羟基的聚乙二醇为引发剂，在辛酸亚锡（Sn(Oct)₂）的催化下通过己内酯（CL）、丙交酯（LA）和乙交酯（GA）中的至少一种开环聚合得到脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物，以该脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物为原料制备得到微球或微球/凝胶复合体系，即为医用防粘连材料。

所述丙交酯可为左旋丙交酯(LLA)、右旋丙交酯(DLA)或者这两种异构体的混合。

所述的带有端羟基的聚乙二醇的一端带有羟基，另一端可以带有氨基、羧基、巯基和羟基中的一种。

较佳地，所述脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物的平均分子量为200~10,000,000，其中聚酯链段与聚乙二醇链段的平均分子量之比为0.01~100000。

制备以脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物为原料的微球的方法可以为乳液溶剂挥发法。较佳地，制备所述微球的具体步骤如下：以水或二氯甲烷或乙酸乙酯为溶剂，配制质量百分比浓度为0.01~80%的共聚物溶液，将该共聚物溶液或者该共聚物溶液中加入内水相形成的乳液加入到质量百分比浓度为0.001~40%的分散剂溶液中，并以50~80000rpm的转速搅拌进行乳化，然后使溶剂挥发得到微球。

所述微球/凝胶复合体系可以由所述脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物为原料分别制备的微球和凝胶混合均匀而得，所述微球与凝胶的质量比为0.05：100~90：100。制备以脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物为原料的凝胶可以采用如下方法：将所述共聚物溶解于水中，然后4℃下放置24h以上后得到，其中所述共聚物的质量百分比浓度为0.05~80%。

根据需要还可在所述防粘连材料中加入药物，如抗凝剂、止血剂、消炎药、防粘连试剂等。

所述药物的添加可以在聚合物原料中直接共混加入药物，或是在聚合物分子链上通过化学键和药物，或是在微球或凝胶的制备过程中加入药物。

本发明提供的医用防粘连材料具有良好的生物相容性、可调节的组织粘附性、降解速度以及力学强度和韧性，可以应用于医学领域并能够满足临床上的多种需求。PEG良好的亲水性使其具有不易被蛋白质吸附的特性，而蛋白质对细胞的粘附行为起着重要的调节作用。所以对于本发明提供的材料，PEG组分的引入可以减少细胞在材料表面的粘附，进而有效的降低组织间粘连的发生。材料的降解特性使其在手术初期起到防粘连作用，后期降解产生的水、二氧化碳和小分子单体以及剩余的PEG链段可被生物体吸收或是排出体外，因而无需二次手术取出。此外可以通过改变化学组成、分子量、微观聚集形态等因素来调节材料的降解速度以及力学强度和韧性用于满足临床上的多种实际需要。PEG组分良好的亲水性还可以使吸附在材料表面的蛋白质保持活性，赋予材料抗凝血性和润滑隔离功能。

本发明提供的防粘连材料以微球或微球/凝胶的形式应用。其中微球的尺寸和形貌等特征可通过改变制备条件而调节。凝胶还具有温度敏感性，在低温下是溶胶，当温度升高时变成凝胶。凝胶的溶胶凝胶转变点可以通过调节聚合物的化学组成来调节。与传统薄膜型的防粘连材料相比，本发明提供的防粘连材料可以适应创伤部位的不规则形状并完全覆盖创面，从而充分起到防粘连的作用。该材料在应用时可以直接喷洒或注射到创伤部位，具有操作简单使用方便的优点。材料可以单独使用或是添加各种药物后使用。药物的添加可以赋予该防粘连材料多种功能如消炎、止血或是促进组织再生等。

附图说明

图1为PLA、PGA、PCL及PEG的分子式；

图2为PLLA-b-PEG的合成路线；

图3为PLGA-b-PEG的合成路线；

图4为PCL-PEG-PCL的合成路线；

图5为PLA-b-PEG微球的扫描电镜（SEM）结果，其中（a）PLLA_10k -b-PEG_2k；（b）PLLA_20k-b-PEG_2k；（c）PLLA_50k-b-PEG_2k；（d）PLLA_40k；

图6为不同组成的PLA-b-PEG微球的细胞毒性（MTT）结果；

图7为人成骨肉瘤细胞MG-63在不同组成PLA-b-PEG微球上培养48h后的荧光显微镜结果；

图8为不同组成PCL-b-PEG微球对牛血清蛋白的释放曲线。

具体实施方式

下面用附图和实施例对本发明做进一步说明。图1表示了聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）和聚乙二醇（PEG）的分子式。

实施例1、PLLA-b-PEG的合成

在辛酸亚锡催化下（Sn(Oct)₂），以端羟基聚乙二醇（PEG-OH）为引发剂引发 LLA （左旋丙交酯）开环聚合得到两亲性嵌段共聚物 PLLA-b-PEG。具体步骤如下：向干燥的反应瓶中加入 0.1g PEG-OH 和0.5g LLA，抽真空除氧后充入氩气，加入2.55ml Sn(Oct)₂的甲苯溶液（浓度为 0.982mol/L）和5mL甲苯作为溶剂，于110℃下反应 48h后得到产物PLLA-b-PEG，合成路线见图2。通过调节LLA的加入量以及PEG的分子量可以调节共聚物的组成及分子量。

实施例2、PLGA-b-PEG的合成

在Sn(Oct)₂催化下以端羟基聚乙二醇（PEG-OH）为引发剂引发GA和LLA 开环聚合得到两亲性嵌段共聚物 PLGA-b-PEG。具体步骤如下：向干燥的反应瓶中加入 0.1g PEG-OH、0.5gGA和0.5g LLA，抽真空除氧后充入氩气，加入2.55ml Sn(Oct)₂的甲苯溶液于160℃下反应 48h后得到产物PLGA-b-PEG，合成路线见图3。通过调节LLA和GA的加入量以及PEG的分子量可以调节共聚物的组成及分子量。

实施例3、PCL-PEG-PCL的合成

在Sn(Oct)₂催化下以两端带羟基的聚乙二醇（HO-PEG-OH）为引发剂引发CL开环聚合得到两亲性三嵌段共聚物PCL-PEG-PCL。具体步骤如下：向干燥的反应瓶中加入 0.1g HO-PEG-OH 和0.5g CL，抽真空除氧后充入氩气，加入2.55ml Sn(Oct)₂的甲苯溶液（浓度为 0.982mol/L）和5mL甲苯作为溶剂，于110℃下反应 48h后得到产物PCL-PEG-PCL，合成路线见图4。通过调节CL的加入量以及PEG的分子量可以调节共聚物的组成及分子量。

实施例4、PLA-b-PEG微球的制备和细胞粘附实验

1. 微球的制备

首先配制7.5ml 0.05g/ml的PLA-b-PEG的CH₂Cl₂溶液，将该溶液放置于超声探头下并浸于冰水浴中保持温度，向聚合物溶液中注入预先配制好的0.001g/ml的聚乙烯醇（PVA）水溶液0.5ml，同时用超声波细胞粉碎机按照设定的参数（超声功率为200W，超声时间为4s，间隔时间为4s，共超声30s）进行超声乳化得到初乳液，然后于室温下将初乳液逐滴加到正在机械搅拌的160mL，0.0025g/ml的PVA水溶液中，滴加完毕后继续搅拌2h，待CH₂Cl₂挥发干净后得到PLA-b-PEG微球，洗涤并收集。微球的扫描电镜（SEM）结果如图5所示，其中，横列a、b、c、d分别表示如下：（a）PLLA_10k -b-PEG_2k；（b）PLLA_20k-b-PEG_2k；（c）PLLA_50k-b-PEG_2k；（d）PLLA_40k。纵列从左到右放大倍数增大，最左一列放大倍数为50，最右一列放大倍数为1000。

2.微球的细胞毒性测试

MG63 细胞复苏传代后，在对数生长期内，用质量百分比浓度为0.25%的胰酶消化后吹散，用培养液调整至细胞密度为2×10⁴/ml。向96孔板各孔中加入细胞悬液150ml，待细胞长至孔底面积的约90%时植入受试材料。剪去200ml枪头细处，分别加入PLA与PEG含量不同的四组微球各50ml，于37℃下孵育并在培养的不同时间进行MTT测试，结果见图6所示。结果表明所采用的四组微球均具有低的细胞毒性。

3.微球的细胞粘附实验

将消毒后的微球转入24孔板，每孔加入150ml细胞浓度为5×10⁴/ml的细胞悬液，在37℃下培养48h后用移液枪移出少量微球均匀铺在载玻片上，向载玻片上的样品加入二醋酸酯荧光素（FDA）工作液（浓度为2mg/ml）200ml，避光孵育2min后置于荧光显微镜下观察，结果如图7所示，图片去除了绿色荧光色，浅色斑点表示粘附的细胞。结果表明，PLLA-b-PEG微球表面粘附细胞的数目比PLLA明显减少，且随着PEG含量增加微球表面粘附的细胞数目明显减少。

实施例5、含牛血清蛋白（BSA）的PCL-b-PEG微球的制备及释放行为

首先配制7.5ml 0.05g/ml的PCL-b-PEG的CH₂Cl₂溶液，将该溶液放置于超声探头下并浸于冰水浴中保持温度，向聚合物溶液中注入预先配制好的0.001g/mlPVA，25mg/ml BSA 的PBS (pH7.4) 溶液0.5ml，同时用超声波细胞粉碎机按照设定的参数（超声功率为200W，超声时间为4s，间隔时间为4s，共超声30s）进行超声乳化得到初乳液，然后于室温下将初乳液逐滴加到正在机械搅拌的160mL，0.0025g/ml的PVA水溶液中，滴加完毕后继续搅拌2h，待CH₂Cl₂挥发干净后得到含有BSA的PLA-b-PEG微球，洗涤并收集。含BSA的不同组成的微球分别用PCL-BSA，PCL_20k-b-PEG_1k-BSA 和PCL_10k-b-PEG_1k-BSA表示。其中PCL_20k-b-PEG_1k-BSA代表PCL段分子量为20000，PEG段分子量为1000的含BSA的共聚物微球。PCL_10k-b-PEG_1k-BSA代表PCL段分子量为10,000，PEG段分子量为1000的含BSA的共聚物微球。

称取负载BSA的微球30mg放入10ml离心管中，向其中加入9mlPBS（pH7.4）缓冲液，在37^oC，120rpm转速条件下振荡，每隔一段时间，取出离心管，静置后取3ml上清液待测，再重新补加3mlPBS溶液，继续释放。不同组分的微球对蛋白质的释放曲线如图8所示，结果表明微球的PEG含量越高其BSA的释放速率低。

实施例6、PLGA-PEG-PLGA温度敏感型凝胶的制备

将3g分子量为6000的PLGA-PEG-PLGA充分溶解在10ml二次蒸馏水中，4℃下放置24h后得到转变温度为37℃的凝胶型防粘连材料。

实施例7、PLGA-PEG-PLGA微球/凝胶复合材料的制备

将0.3g分子量为6000的PLGA-PEG-PLGA微球分散在质量百分比浓度为30%的PLGA-PEG-PLGA的凝胶（制备方法参照实施例6）中，得到微球/凝胶复合型防粘连材料。

Claims

1.一种微球或微球/凝胶复合体系用于制备医用防粘连材料的用途，其特征在于，所述微球/凝胶复合体系以脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物为原料制备得到，所述的脂肪族聚酯为聚己内酯、聚乳酸和聚羟基乙酸中的至少一种，

所述微球或微球/凝胶复合体系中的微球的直径为5nm～5mm，所述原料为所述脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物，所述脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物的平均分子量为200～10,000,000，其中聚酯链段与PEG链段的平均分子量之比为1～25，所述脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物以带有端羟基的聚乙二醇为引发剂，在辛酸亚锡的催化下通过己内酯、丙交酯和乙交酯中的至少一种开环聚合得到，

所述的带有端羟基的聚乙二醇的一端带有羟基，另一端带有氨基、羧基、巯基和羟基中的一种，

制备所述微球的具体步骤如下：以水或二氯甲烷或乙酸乙酯为溶剂，配制质量百分比浓度为0.01～80％的共聚物溶液，将该共聚物溶液或者该共聚物溶液中加入内水相形成的乳液加入到质量百分比浓度为0.001～40％的分散剂溶液中，并以50～80000rpm的转速搅拌进行乳化，然后使溶剂挥发得到微球，

制备所述凝胶的方法为将所述脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物溶解于水中，然后4℃下放置24h以上后得到，其中所述共聚物的质量百分比浓度为0.05～80％，所述微球/凝胶复合体系由所述脂肪族聚酯与聚乙二醇的共聚物为原料分别制备的微球和凝胶混合均匀而得，所述微球与凝胶的质量比为0.05∶100～90∶100。