CN102492158A - 一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法，其特征在于本发明将轻度氧化过的透明质酸与胶原溶液混合，氧化透明质酸分子骨架中的醛基与胶原中游离的氨基发生反应形成西弗氏碱，从而将透明质酸和胶原通过化学手段交联在一起，形成结构稳定凝胶材料。该可注射的原位固化凝胶内部具有疏松多孔的结构，利于宿主的细胞的迁移到材料内部，适用于多种组织缺损填充材料或填充材料载体。此外，还具备良好的生物相容性、可降解等优点。

Description

一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于组织工程技术领域，涉及到一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法。
背景技术
在可注射性高分子水凝胶组织工程材料在临床上具有操作简单、随意赋形、创伤小等优点。但是水凝胶尤其是物理凝胶普遍存在着缔合网络不稳定、没有足够的力学强度、体内维持时间短暂等缺点，而化学凝胶则存在合成单体和引发剂有毒、交联结构不能够降解、生物相容性差等问题。
透明质酸具有强亲水、无毒、无抗原性、高粘度低剪切、生物相容性好等特点。胶原是细胞外基质成分，对组织正常发挥功能以及外伤修复有重要影响。利用不同材料的优点互补可以得到更为有用的可注射材料。我们选择合适的方法，对透明质酸进行微交联，将透明质酸与胶原相结合，制备得到力学强度足够、生物相容性好的可注射的原位固化凝胶。
发明内容
在本发明提供了一种注射的原位固化凝胶及其制备方法，能够解决现有的可注射水凝胶的生物体相容性差和力学性能差的技术问题，该可注射的原位固化凝胶可用作组织工程支架。
本发明采用氧化法将透明质酸中的相邻羟基氧化成具有反应活性的醛基，与胶原溶液混合，透明质酸分子骨架中的具有反应活性的醛基可与胶原中游离的氨基发生反应形成西弗氏碱，从而将透明质酸和胶原通过化学手段交联在一起，形成结构稳定凝胶材料。
该可注射的原位固化凝胶的特点是：
该可注射的原位固化凝胶为微交联的化学凝胶，结构稳定，力学性能足够，生物大分子作为交联剂，反应条件温和，内部具有疏松多孔的结构，利于宿主的细胞的迁移到材料内部，适用于多种组织缺损填充材料或填充材料载体。此外，还具备良好的生物相容性、可降解等优点。
该可注射的原位固化凝胶由氧化透明质酸组分与胶原组分按体积比为1：0.5～3的比例混合制成的；
其中的胶原组分是用胶原配制成浓度为1～30wt%的溶液，氧化透明质酸组分是将部分氧化的透明质酸溶解至溶剂制成的溶度为0.5～20wt%的溶液。
部分氧化的透明质酸是由1份（质量份数，下同）的透明质酸（粘度为0.5mPa·s～50mPa·s）、0.05～10份的高碘酸钠和0.5～5份的氯化钠、1～8份的乙二醇、4～45份的乙醇制成的。
更优的方案是：所述的透明质酸可以替代为透明质酸衍生物。
更优的方案是：所述的高碘酸钠可以替代为高锰酸钾、双氧水的一种。
更优的方案是：所述的胶原可以替代为胶原、明胶、类人类胶原蛋白、生物短肽的一种或几种。
本发明的另一目的在于提供一种可注射的原位固化凝胶的制备工艺。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可注射的原位固化凝胶的制备方法，包括如下步骤：
①称取1份透明质酸（粘度为0.5mPa·s～50mPa·s）加入反应容器中，配置成1.5～10wt%的透明质酸水溶液，加入0.05～10份的高碘酸钠，然后将反应容器置于摇床上，在温度为1℃～37℃的避光条件下振荡2h～9 h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的1～8份的乙二醇加入到反应容器中，然后将反应容器置于摇床上，在温度为5℃～30℃的条件下振荡1h～2 h，再将0.5～5份的氯化钠加入到反应容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解，然后再将4～45份的乙醇加入到反应容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于等体积的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔0.3 h ～3 h换一次水，透析时间为8 h ～72 h；
④将经上一步骤处理过的溶胶在－80～－5℃的条件下冷冻1 h ～6 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解于生理盐水中，配制备成溶度为1%～60wt%的溶液，得到氧化透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于生理盐水中，配制成浓度为1%～30wt%的溶液，得到胶原组分；
⑦将透明质酸组分与蛋白胶组分的按照体积比为1：0.5～3的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
可替代的方案是：所述步骤⑤和⑥中的生理盐水可以替代为pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液或模拟体液等缓冲溶液。
本发明一种可注射的原位固化凝胶，通过化学键交联而形成的水凝胶，具有更强的力学性能和化学稳定性，透明质酸经适度氧化，使透明质酸不但保留了透明质酸良好的生物相容性， 6-8周在体内的降解。由于部分氧化的透明质酸具有更高生物相容性和可降解性，使得该可注射水凝胶具有更佳的修复结果，通过对细胞的存留、迁移和新血管形成提供基质从利于组织的生成。
本发明一种可注射的原位固化凝胶可用于骨缺损填充。
附图说明
图1是具体实施方式1制备的一种可注射的原位固化凝胶凝固后的扫描电镜照片；
图2 是具体实施方式1制备的一种可注射的原位固化凝胶注射到大白兔皮下后形成了凝固的水凝胶的照片。
具体实施方式
 实施例1
①称取0.25g粘度为15mPa·s的透明质酸，加入反应容器中，再加入10mL去离子水，得到浓度为2.5%透明质酸水溶液，然后加入0.125g的高碘酸钠，置于摇床上，在温度为4℃的避光条件下，振荡6h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的0.4g的乙二醇加入到反应容器中，然后将容器置于摇床上，在温度为20℃的条件下，振荡2 h，再将0.5g的氯化钠加入到容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解, 然后再将10g的乙醇加入到容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于20ml的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔3h换一次水，透析时间为48h；
④将经上一步骤处理的溶胶在-80℃的条件下冷冻5 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解至生理盐水中，配制备成溶度为20wt%的溶液，得到透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于生理盐水中，配制成浓度为20wt%的溶液，得到胶原组分；
⑦将透明质酸组分与胶原组分的按照体积比为1：1的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
 实施例2
①称取0.50g粘度为15mPa·s的透明质酸，加入反应容器中，再加入10mL去离子水，得到浓度为5%透明质酸水溶液，然后加入0.25g的高碘酸钠，置于摇床上，在温度为4℃的避光条件下，振荡6h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的0.6g的乙二醇加入到反应容器中，然后将容器置于摇床上，在温度为20℃的条件下，振荡2 h，再将0.5g的氯化钠加入到容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解, 然后再将10g的乙醇加入到容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于20ml的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔3 h换一次水，透析时间为52h；
④将经上一步骤处理的溶胶在-75℃的条件下冷冻5.5 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解至模拟体液中，配制备成溶度为15wt%的溶液，得到透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于模拟体液中，配制成浓度为25wt%的溶液，得到胶原组分；
⑦将透明质酸组分与胶原组分的按照体积比为1：2.8的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
实施例3
①称取0.25g粘度为20mPa·s的透明质酸，加入反应容器中，再加入10mL去离子水，得到浓度为2.5%透明质酸水溶液，然后加入0.125g的高碘酸钠，置于摇床上，在温度为15℃的避光条件下，振荡6h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的0.4g的乙二醇加入到反应容器中，然后将容器置于摇床上，在温度为20℃的条件下，振荡2 h，再将0.5g的氯化钠加入到容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解, 然后再将10g的乙醇加入到容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于20ml的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔2.5 h换一次水，透析时间为55h；
④将经上一步骤处理的溶胶在-70℃的条件下冷冻6 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解至生理盐水中，配制备成溶度为20wt%的溶液，得到透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于生理盐水中，配制成浓度为15wt%的溶液，得到胶原组分；
⑦将透明质酸组分与胶原组分的按照体积比为1：2.5的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
 实施例4
①称取0.25g粘度为20mPa·s的透明质酸，加入反应容器中，再加入10mL去离子水，得到浓度为2.5%透明质酸水溶液，然后加入0.20g的高碘酸钠，置于摇床上，在温度为15℃的避光条件下，振荡6h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的0.5g的乙二醇加入到反应容器中，然后将容器置于摇床上，在温度为20℃的条件下，振荡2 h，再将0.5g的氯化钠加入到容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解, 然后再将10g的乙醇加入到容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于20ml的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔2.5 h换一次水，透析时间为60h；
④将经上一步骤处理的溶胶在-65℃的条件下冷冻6.5 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解至模拟体液中，配制备成溶度为40wt%的溶液，得到透明质酸组分；
⑥将明胶溶解于模拟体液中，配制成浓度为15wt%的溶液，得到明胶组分；
⑦将透明质酸组分与明胶组分的按照体积比为1：3的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
实施例5
①称取0.25g粘度为25mPa·s的透明质酸，加入反应容器中，再加入10mL去离子水，得到浓度为2.5%透明质酸水溶液，然后加入0.125g的高碘酸钠，置于摇床上，在温度为20℃的避光条件下，振荡6h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的0.4g的乙二醇加入到反应容器中，然后将容器置于摇床上，在温度为20℃的条件下，振荡2 h，再将0.5g的氯化钠加入到容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解, 然后再将10g的乙醇加入到容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于20ml的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔2 h换一次水，透析时间为60h；
④将经上一步骤处理的溶胶在-60℃的条件下冷冻7 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解至生理盐水中，配制备成溶度为10wt%的溶液，得到透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于生理盐水中，配制成浓度为18wt%的胶原组分；
⑦将透明质酸组分与胶原组分的按照体积比为1：0.5的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
实施例6
①称取0.25g粘度为25mPa·s的透明质酸，加入反应容器中，再加入10mL去离子水，得到浓度为2.5%透明质酸水溶液，然后加入0.125g的高碘酸钠，置于摇床上，在温度为25℃的避光条件下，振荡6h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的0.4g的乙二醇加入到反应容器中，然后将容器置于摇床上，在温度为20℃的条件下，振荡2 h，再将0.5g的氯化钠加入到容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解, 然后再将10g的乙醇加入到容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于20ml的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔2 h换一次水，透析时间为64h；
④将经上一步骤处理的溶胶在-55℃的条件下冷冻7.5 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解至生理盐水中，配制备成溶度为35wt%的溶液，得到透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于生理盐水中，配制成浓度为20wt%的溶液，得到胶原组分；
⑦将透明质酸组分与胶原组分的按照体积比为1：2的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
实施例7
①称取0.25g粘度为30mPa·s的透明质酸，加入反应容器中，再加入10mL去离子水，得到浓度为2.5%透明质酸水溶液，然后加入0.125g的高碘酸钠，置于摇床上，在温度为30℃的避光条件下，振荡6h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的0.4g的乙二醇加入到反应容器中，然后将容器置于摇床上，在温度为20℃的条件下，振荡2 h，再将0.5g的氯化钠加入到容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解, 然后再将10g的乙醇加入到容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于20ml的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔1.5 h换一次水，透析时间为72h；
④将经上一步骤处理的溶胶在-50℃的条件下冷冻8 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解至生理盐水中，配制备成溶度为20wt%的溶液，得到透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于生理盐水中，配制成浓度为25wt%的溶液，得到胶原组分；
⑦将透明质酸组分与胶原组分的按照体积比为1：1的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
实施例8
①称取0.25g粘度为30mPa·s的透明质酸，加入反应容器中，再加入10mL去离子水，得到浓度为2.5%透明质酸水溶液，然后加入0.125g的高碘酸钠，置于摇床上，在温度为30℃的避光条件下，振荡6h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②称取的0.4g的乙二醇加入到反应容器中，然后将容器置于摇床上，在温度为20℃的条件下，振荡2 h，再将0.5g的氯化钠加入到容器中，置于摇床上振荡使氯化钠溶解, 然后再将10g的乙醇加入到容器中，搅拌均匀，过滤除去滤液，得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于20ml的去离子水中，得到溶胶；将得到的溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔1.5 h换一次水，透析时间为72h；
④将经上一步骤处理的溶胶在-45℃的条件下冷冻8.5 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解至生理盐水中，配制备成溶度为25wt%的溶液，得到透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于生理盐水中，配制成浓度为28wt%的溶液，得到胶原组分；
⑦将透明质酸组分与胶原组分的按照体积比为1：1.5的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。

Claims (6)

1.在一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法，其特征在于可注射的原位固化凝胶由透明质酸与胶原制备而成，包括以下步骤：
①称取1份透明质酸，配置成1.5～10wt%的透明质酸水溶液，加入0.05～10份的高碘酸钠，在温度为1℃～37℃的避光条件下反应2h～9 h，得到部分氧化的透明质酸溶液；
②加入1～8份的乙二醇到反应容器中，在温度为5℃～30℃的条件下反应1h～2 h，再加入0.5～5份的氯化钠，氯化钠溶解后，然后再加入4～45份的乙醇，搅拌均匀，过滤得到沉淀；
③将上一步骤得到的沉淀溶解于去离子水中，得到溶胶，将该溶胶置于透析袋中，用水透析，每隔0.3 h ～3 h换一次水，透析时间为8 h ～72 h；
④将经透析处理过的溶胶在－80～－5℃的条件下冷冻1 h ～6 h，然后置于冷冻干燥机上冻干，得到部分氧化的透明质酸；
⑤将上一步骤得到的部分氧化的透明质酸溶解于生理盐水中，配制备成溶度为1%～60wt%的溶液，得到氧化透明质酸组分；
⑥将胶原溶解于生理盐水中，配制成浓度为1%～30wt%的溶液，得到胶原组分；
⑦将透明质酸组分与胶原组分的按照体积比为1：0.5～3的比例混合均匀，得到一种可注射的原位固化凝胶。
2.在如权利要求1一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法，其特征在于所述的透明质酸为粘度为0.5mPa·s～50mPa·s的透明质酸。
3.如权利要求1一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法，其特征在于所述的步骤①，更优的方案是：所述的透明质酸可以替代为透明质酸衍生物，所述的高碘酸钠可以替代为高锰酸钾、双氧水的一种。
4.如权利要求1一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法，其特征在于所述的步骤⑥，更优的方案是：所述的生理盐水可以替代为pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液或模拟体液等缓冲溶液。
5.如权利要求1一种可注射的原位固化凝胶及其制备方法，其特征在于所述的步骤⑥，更优的方案是：所述的胶原可以替代为明胶、类人类胶原蛋白、生物短肽的一种或几种。
6.如权利要求1一种可注射的原位固化凝胶，本发明可用于骨缺损填充。
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