CN102585303A

CN102585303A - 一种壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶及其制备方法

Info

Publication number: CN102585303A
Application number: CN2012100834714A
Authority: CN
Inventors: 聂微; 赵瑾; 袁晓燕
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: CN102585303B

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶及其制备方法。该凝胶是由质量百分数为1~5.5%的巯基化壳聚糖和质量的百分数为0.1~3.2%马来酰亚胺化聚赖氨酸所形成的原位凝胶。其制备过程包括：合成含马来酰亚胺双键的聚赖氨酸，以PBS为溶剂配制马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液；以PBS为溶剂配制巯基化壳聚糖溶液；将两种溶液于生理pH值条件下均匀混合形成原位凝胶。本发明优点在于制备过程简单，所制得的原位凝胶仿生天然细胞外基质的多糖/多肽的成份、结构及功能特征，有助于增加材料的组织相容性，促进细胞粘附增长，在组织工程及药物释放领域具有广泛的应用前景。

Description

一种壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶及其制备方法，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

水凝胶由于具有与天然细胞外基质相类似的特征而广泛用作生物医用材料。其中，原位凝胶可在原位快速由液体转化为凝胶状物质，具有一般水凝胶不可比拟的优点，可避免外科手术过程中的高度创伤性,减少病人痛苦、降低医疗费用，特别可用于修复复杂、不规则形状的组织。若直接用于人体接触，可防止体外微生物的感染，抑制体液损失，同时能促进伤口愈合。因此，原位凝胶的亲水性三维网络结构及独特的溶液-凝胶转变性质使其具有制备简单、使用方便、保证所包载的细胞和药物活性、与所需修复组织特别是黏膜组织亲和力强、滞留时间长等优点，广泛应用于再生医学领域。

壳聚糖是一种具有优良生物相容性、低毒性、生物可降解性的天然多糖，拥有得天独厚的物理性质（亲水性、功能性氨基酸基团和阳离子静电荷），可模拟天然细胞外基质（ECM）中的糖胺聚糖。它在水凝胶中有巨大的应用前景，近年来受到了极大的关注。ε-聚赖氨酸是一种具有抑菌功效的天然多肽，与ECM中的蛋白成分和功能类似，分子链上拥有众多侧氨基，可有效促进细胞粘附生长。此外，其易与聚阴离子发生强静电作用，对生物膜有良好穿透力，可用作某些药物载体，在医疗和制药方面拥应用前景广阔。

目前壳聚糖基原位水凝胶多采用化学交联法制备，尽管其弥补了物理交联凝胶力学强度低、体内稳定性差等不足，然而这些方法当中常涉及有毒小分子交联剂，或紫外光照及光引发剂、H₂O₂等试剂的使用，水凝胶对基体的毒性不容忽视，与人体组织的生物相容性有待进一步提高。而迈克尔加成反应制备原位水凝胶可以避免使用上述有毒试剂，反应条件温和，可在生理条件下发生，且反应迅速可控。现有的利用迈克尔加成反应制备壳聚糖原位凝胶的体系多采用带有反应端基的聚乙二醇(PEG)作为交联剂。PEG的亲水性好，但不具备与组织或细胞粘附的活性位点，且分子的可改性位点少，仅限于端基，其主要作用仅为连接聚合物网络（Liao SW, Yu TB, Guan ZB. Journal of the American Chemical Society 2009, 131:17638-17646）。为使交联剂同时兼备交联凝胶网络及赋予凝胶新的性能和应用的功能，研究人员开发了一系列功能性聚合物交联剂，如：钟志远制备乙烯砜基葡聚糖作为交联剂，与PEG相比，凝胶速度更快、时间更短（Hiemstra C, van der Aa LJ, Zhong ZY, et al. Biomacromolecules 2007, 8: 1548-1556）。Censi等制备具有温敏性质的三嵌段共聚物交联剂。此共聚物可在37^oC发生分子聚集态结构变化，赋予了凝胶以温度敏感性，得到的凝胶网络由于三嵌段共聚物在人体温度下发生的相结构转变而得到加强（Censi R, Fieten PJ, di Martino P, et al. Macromolecules 2010, 43: 5771-5778）。

采用多侧基官能度天然多肽作为交联剂以模拟细胞外基质的蛋白成分及功能特征，通过迈克尔加成原位合成壳聚糖基凝胶，进而增强凝胶的生物相容性和细胞粘附性，这方面的原位凝胶及制备方法尚未见报道。马来酰亚胺化改性的聚赖氨酸作为新型多肽交联剂一方面可连接水凝胶网络，同时得到的水凝胶可仿生天然细胞外基质的多糖/多肽的成份、结构及功能特征，在组织粘合、止血材料、细胞及药物载体等领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶及其制备方法。该凝胶在生理pH下可快速原位形成，特别是其可仿生天然细胞外基质的多糖/多肽的成份、结构及功能特征，具有良好的生物相容性和细胞粘附性的优点，其制备方法过程简单。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶,其特征在于：该壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶是由浓度为60mg/ml的巯基化壳聚糖溶液与浓度为40mg/ml的马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液按照体积比（0.2~40）：1均匀混合,通过原位交联反应得到，原位凝胶中，巯基化壳聚糖占凝胶总质量的百分数为1~5.5%,马来酰亚胺化聚赖氨酸占凝胶总质量的百分数为0.1~3.2 %。

上述的壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶制备方法，其特征包括以下步骤：

1.马来酰亚胺化的聚赖氨酸溶液的制备：

(1)室温下将琥珀酰亚胺硫酸盐溶解于pH=7.2~7.4的磷酸盐缓冲液（PBS）中，配制成浓度为1~6mg/ml的溶液，并搅拌至形成澄清溶液；

(2)将数均分子量4000的e-聚赖氨酸完全溶解于pH =7.2~7.4的磷酸盐缓冲液（PBS）中，配制成浓度为1~20mg/ml的溶液，并搅拌至形成澄清溶液；

(3)按步骤（2）制得的聚赖氨酸溶液与步骤（1）制得的琥珀酰亚胺硫酸盐溶液的体积比为1：（1~10）在中搅拌速率50~100rpm下混合均匀制得混合液；室温下持续搅拌，反应0.5~2小时，以去离子水为介质透析、冻干制得双键摩尔取代度在5~30%的马来酰亚胺化聚赖氨酸；

(4)将步骤（3）制备的马来酰亚胺化聚赖氨酸粉末溶于pH值为7.2~7.4的磷酸盐缓冲液（PBS）中，配制成浓度为40mg/ml的马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液；

2. 巯基化壳聚糖溶液的制备：

采用巯基取代度为150~160μmol/g的巯基化壳聚糖溶于pH值为7.2~7.4的磷酸盐缓冲液（PBS）中，配制成浓度为60mg/ml的巯基化壳聚糖溶液；

3.壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶的制备：

在25~37℃下，将步骤2配制的巯基化壳聚糖溶液和步骤1配制的改性聚赖氨酸溶液按照体积比（0.2~40）：1的比例均匀混合，形成壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶。

本发明的优点：制备条件温和，反应可控，制备过程简单。发明制备的壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶仿生天然细胞外基质的多糖/多肽的组成成份、结构及功能特征，有助于增加材料的组织相容性，促进细胞粘附增长，是很有应用前途的新型生物材料。特别是此原位凝胶未来可望作为可注射材料用作组织粘合剂以及用于包载细胞或作为药物载体材料。

附图说明

图1为实施例1巯基化壳聚糖溶液和马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液的混合液尚未形成凝胶时的照片。

图2为实施例1巯基化壳聚糖溶液和马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液的混合液形成凝胶的照片。

具体实施方式

实施例1：

称取14mg的琥珀酰亚胺硫酸盐，溶解于8ml的pH =7.2~7.4的PBS中，搅拌至形成澄清溶液；称取30mg的e-聚赖氨酸，完全溶解于2ml pH =7.2~7.4的PBS中，搅拌至形成澄清溶液；室温下将上述聚赖氨酸溶液加入到琥珀酰亚胺硫酸盐溶液中，在搅拌速率50rpm下混合均匀，反应0.5小时，以去离子水为介质室温下透析24小时, 透析产物经冻干制得双键摩尔取代度为5%的马来酰亚胺化聚赖氨酸。将该马来酰亚胺化聚赖氨酸粉末溶于pH值为7.2~7.4的PBS中，配制成浓度为40mg/ml的马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液；

称取1g壳聚糖（

Figure 2012100834714100002DEST_PATH_IMAGE001

=1零.5×10⁵，脱乙酰度为92%）溶于90ml去离子水中形成悬浊液，加入0.8g 1-羟基苯并三唑到上述悬浊液中，搅拌，获得澄清溶液；在上述澄清溶液中加入3.4g N-乙酰基-L-半胱氨酸，再称取8g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于约少量去离子水中，待1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶解均匀后，加入至溶液中，然后用1mol/L 的盐酸溶液调节反应混合物pH至3~5。之后将反应体系置于避光环境，在室温下以200rpm的速率搅拌3小时；用去离子水配制含2μmol/L 乙二酸四乙胺、5mmol/L盐酸的溶液；将反应后的混合物置于该溶液中透析，透析环境黑暗避光，温度控制在4°C；而后再于1%(w/v) NaCl、1mmol/L 盐酸的溶液中透析，透析环境不变。最后于1mmol/L盐酸溶液中透析，透析结束后，将产物取出，冻干。制备的巯基化壳聚糖的巯基取代度为150μmol/g。将该巯基化壳聚糖溶于pH值为7.2~7.4的PBS中，配制成浓度为60mg/ml的巯基化壳聚糖溶液；

在37℃下，将10ml制得的巯基化壳聚糖溶液和10ml制得的改性聚赖氨酸溶液均匀混合，形成21g壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶。

实施例2：

称取30mg的琥珀酰亚胺硫酸盐，溶解于16ml的pH =7.2~7.4的PBS中，搅拌至形成澄清溶液；称取31mg的e-聚赖氨酸，完全溶解于4ml pH =7.2~7.4的PBS中，搅拌至形成澄清溶液；室温下将上述聚赖氨酸溶液加入到琥珀酰亚胺硫酸盐溶液中，在搅拌速率100rpm下混合均匀，反应2小时，以去离子水为介质室温下透析24小时, 透析产物经冻干制得双键摩尔取代度为30%的马来酰亚胺化聚赖氨酸。将该马来酰亚胺化聚赖氨酸粉末溶于pH值为7.2~7.4的PBS中，配制成浓度为40mg/ml的马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液；

采用巯基取代度为150μmol/g的巯基化壳聚糖（

=1.5×10⁵，脱乙酰度为92%）的壳聚糖溶于pH值为7.2~7.4的磷酸盐缓冲液（PBS）中，配制成浓度为60mg/ml的巯基化壳聚糖溶液；

在37℃下，将100ml制得的巯基化壳聚糖溶液和10ml制得的改性聚赖氨酸溶液均匀混合，形成116.4g壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶。

实施例3：

称取20mg的琥珀酰亚胺硫酸盐，溶解于11ml的pH =7.2~7.4的PBS中，搅拌至形成澄清溶液；称取30mg的e-聚赖氨酸，完全溶解于3ml pH =7.2~7.4的PBS中，搅拌至形成澄清溶液；室温下将上述聚赖氨酸溶液加入到琥珀酰亚胺硫酸盐溶液中，在搅拌速率80rpm下混合均匀，反应1小时，以去离子水为介质室温下透析24小时, 透析产物经冻干制得双键摩尔取代度为15%的马来酰亚胺化聚赖氨酸。将该马来酰亚胺化聚赖氨酸粉末溶于pH值为7.2~7.4的PBS中，配制成浓度为40mg/ml的马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液；

采用巯基取代度为160μmol/g的巯基化壳聚糖（=1.2×10⁵，脱乙酰度为85%）的壳聚糖溶于pH值为7.2~7.4的磷酸盐缓冲液（PBS）中，配制成浓度为60mg/ml的巯基化壳聚糖溶液；

在25℃下，将60ml制得的巯基化壳聚糖溶液和3ml制得的改性聚赖氨酸溶液均匀混合，形成66.7g壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶。

Claims

1.一种壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶,其特征在于：该壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶是由浓度为60mg/ml的巯基化壳聚糖溶液与浓度为40mg/ml的马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液按照体积比（0.2~40）：1均匀混合,通过原位交联反应得到，原位凝胶中，巯基化壳聚糖占凝胶总质量的百分数为1~5.5%,马来酰亚胺化聚赖氨酸占凝胶总质量的百分数为0.1~3.2 %。

2.一种按权利要求1所述的壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶制备方法，其特征包括以下步骤：

1）马来酰亚胺化的聚赖氨酸溶液的制备：

(1)室温下将琥珀酰亚胺硫酸盐溶解于pH=7.2~7.4的磷酸盐缓冲液中，配制成浓度为1~6mg/ml的溶液，并搅拌至形成澄清溶液；

(2)将数均分子量4000的e-聚赖氨酸完全溶解于pH =7.2~7.4的磷酸盐缓冲液中，配制成浓度为1~20mg/ml的溶液，并搅拌至形成澄清溶液；

(4)将步骤（3）制备的马来酰亚胺化聚赖氨酸粉末溶于pH值为7.2~7.4的磷酸盐缓冲液中，配制成浓度为40mg/ml的马来酰亚胺化聚赖氨酸溶液；

2）巯基化壳聚糖溶液的制备：

采用巯基取代度为150~160μmol/g的巯基化壳聚糖溶于pH值为7.2~7.4的磷酸盐缓冲液中，配制成浓度为60mg/ml的巯基化壳聚糖溶液；

3）壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶的制备：

在25~37℃下，将步骤2）配制的巯基化壳聚糖溶液和步骤1）配制的改性聚赖氨酸溶液按照体积比（0.2~40）：1的比例均匀混合，形成壳聚糖/聚赖氨酸原位凝胶。