CN102911378A

CN102911378A - 一种用于防治化疗性静脉炎的水凝胶膜的制备方法

Info

Publication number: CN102911378A
Application number: CN 201210464466
Authority: CN
Inventors: 滕丽萍; 顾晨晨; 刘丽娜; 陈潇潇; 陈凤波; 王玉骞; 陈敬华
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种用于防治化疗性静脉炎的水凝胶膜的制备方法。其通过在水溶性羟丙基壳聚糖的氨基上引入有光反应活性的叠氮基团(4-叠氮苯甲酸)，制备一种光可交联的叠氮化羟丙基壳聚糖；叠氮化羟丙基壳聚糖的水溶液在紫外灯下照射交联成为具有生物黏附性的壳聚糖水凝胶膜。该水凝胶膜除具有止血、止痛、抑菌、抗炎、抗氧化等壳聚糖的一般特性外，还具备水凝胶材料生物相容性好、保湿性好、水蒸气透过率好、黏附强度大等优点，且使用便捷，舒适度良好，在化疗性静脉炎的防治方面具有良好的功效。

Description

一种用于防治化疗性静脉炎的水凝胶膜的制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种用于防治化疗性静脉炎的水凝胶膜的制备方法。

背景技术

抗肿瘤药物的化学治疗(简称化疗)是恶性肿瘤综合治疗的三大主要手段之一，而静脉输注化疗药物是重要的给药途径，反复、多次、大剂量静脉冲击化疗造成的机械刺激以及高浓度药物对局部的强烈刺激可导致化疗性静脉炎，引起给药静脉及邻近组织红肿热痛，静脉发黑、硬化及条索状改变，甚至导致局部皮肤水疱、溃疡、皮下组织坏死，肢体功能障碍等。据统计，50％～80％的化疗患者可发生程度不同的静脉炎症，给病人带来痛苦，也给化疗药物的使用带来一定的困难。近年来，化疗性静脉炎越来越引起人们的重视，国内外学者针对化疗药物外渗性损伤及静脉炎的防治进行了大量的研究。

建立在伤口湿性愈合理论基础上的新型敷料的作用越来越受到重视。湿性敷料可以为伤口提供最适宜生长的湿性环境，保留渗出液中的活性物质并促进活性物质的释放，有利于坏死组织的溶解和组织细胞的增殖分化及上皮细胞的移行，同时使伤口内微循环保持低氧状态，刺激新生毛细血管的生长，促进肉芽组织的生长，针对伤口情况选择合适的敷料可以加速伤口的愈合。国外文献报道肝素凝胶对于化疗性静脉炎局部止痛作用明显，但无法减轻化疗药物对静脉及周围组织的毒性损伤程度。国内文献报道由自然水胶体涂聚氨酯薄膜制成的水凝胶可在化疗性静脉炎创面上形成一个柔软、潮湿、类似凝胶的半固体物质，以维持创面的湿润环境，在创面形成一个缺氧环境，加速新生微血管生长，加快创面愈合，从而使患者的治疗得以顺利进行。另一种由羧甲基纤维素钠和医用黏胶组成的新型水胶体敷料除提供湿性愈合环境外，还具有生物性清创作用，可加快创面坏死组织脱落，形成新鲜肉芽，有一定的抗感染能力，其临床应用效果明显优于传统方式。

本专利发明了一种新型的光交联壳聚糖水凝胶膜。通过在水溶性羟丙基壳聚糖的氨基上引入有光反应活性的叠氮基团(4-叠氮苯甲酸)，制备一种光可交联的叠氮化羟丙基壳聚糖；叠氮化羟丙基壳聚糖的水溶液在紫外灯下照射交联成为具有生物黏附性的壳聚糖水凝胶膜。该水凝胶膜除具有止血、止痛、抑菌、抗炎、抗氧化等壳聚糖的一般特性外，还具备水凝胶材料生物相容性好、保湿性好、水蒸气透过率好、黏附强度大等优点，且使用便捷，舒适度良好，在化疗性静脉炎的防治方面具有良好的功效。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于防治化疗性静脉炎的水凝胶膜的制备方法。

本发明的技术方案为：以壳聚糖为起始物，首先在异丙醇溶剂中进行碱化，然后以四甲基氢氧化铵作为催化剂，与环氧丙烷反应得到6-O取代的羟丙基壳聚糖；羟丙基壳聚糖的氨基与4-叠氮苯甲酸在一定条件下发生酰化反应，引入光反应活性的叠氮基团，得到光可交联的壳聚糖；然后以紫外光照射一定浓度的光可交联壳聚糖的水溶液数秒，得到壳聚糖的水凝胶膜。

本发明提出的光交联壳聚糖膜的制备的具体操作步骤如下：25g的壳聚糖加入2.5～500ml异丙醇中搅拌30分钟，加入10～100ml 33％(质量分数)的氢氧化钠溶液，搅拌1h后-20℃下冷冻；然后，加入10～100ml 10％(体积分数)的四甲基氢氧化铵水溶液，再加入100～1000ml环氧丙烷，室温下搅拌反应1小时，反应温度缓慢上升至60℃，反应时间为5～50h；用乙醇溶液沉淀反应产物，过滤，用95％的乙醇洗涤两遍，用去离子水溶解，透析、冻干即得到6-O位取代的羟丙基壳聚糖。10g上述羟丙基壳聚糖溶解于1～200ml的50mM的TEMED水溶液中，加入0.1～10g的EDC和0.1～10g的4-叠氮苯甲酸，室温搅拌反应1～100h，透析、冻干得到光可交联壳聚糖。400μl浓度为1～80mg/ml的光可交联壳聚糖水溶液涂布在直径为7cm培养皿内，以波长为200～500nm，功率为1～100W的紫外灯光照射涂布光可交联壳聚糖的培养皿，照射时间1～1000s，得到光交联壳聚糖水凝胶膜。

本发明具有如下特点：首先，壳聚糖是天然生物高分子，来源极为广泛、安全无毒，价格低廉，与合成高分子相比，具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此壳聚糖水凝胶膜作为伤口敷料具有很高的环境友好性和生物安全性。其次，本发明采用光交联的方法，降低了水凝胶膜对生物体的毒性。通过对本发明所涉及的光交联壳聚糖水凝胶膜吸水率、水蒸气透过率、水分保留和黏附强度的测定表明，这种水凝胶可以在创伤面上较长时间地维持一个湿润环境，经初步的研究确认其可以达到防治化疗药物外渗性损伤及静脉炎的目的，可以作为医用敷料应用于临床。

具体实施方式

以下利用实施例进一步详细说明本发明，但不能认为是限定发明的范围。

实施例一：水溶性羟丙基壳聚糖的制备

40g壳聚糖加入250ml异丙醇中搅拌30分钟。然后在混合物加入30ml氢氧化钠溶液(33％，w/v)。混合溶液搅拌1h后在室温下加入烧瓶并密封，并在-20℃下冷冻过夜。滴加40m110％(v/v)的催化剂溶液(四甲基氢氧化铵)到混合物中，然后再加入400ml环氧丙烷。室温下搅拌反应1h，反应温度缓慢上升至60℃，反应时间为7h。将反应液加入到4倍体积的乙醇溶液中，得到沉淀，用10倍体积的乙醇洗涤沉淀两遍，用去离子水重新溶解沉淀，透析、冻干即得到高纯度的羟丙基壳聚糖。

实施例二：光可交联壳聚糖的制备

取10g制备的羟丙基壳聚糖溶解于50ml的50mM TEMED溶液中搅拌，搅拌直到羟丙基壳聚糖全部溶解，加入5g的EDC和10g的4-叠氮苯甲酸。室温25℃的条件下搅拌反应50h。在去离子水中透析两天、冻干得到光可交联壳聚糖。

实施例三：光交联壳聚糖水凝胶膜的制备

400μl浓度为40mg/ml的光可交联壳聚糖水溶液涂布在直径为7cm培养皿内。以波长为365nm，功率为20W的紫外灯光照射涂布光可交联壳聚糖的培养皿，照射时间500s，得到膜厚约为0.1mm的光交联壳聚糖水凝胶膜。

实施例四：光交联壳聚糖水凝胶膜的理化性能评价

1.实验方法

1.1吸水率测定

完全干燥的膜被切割成方块型样品并称量。然后，将样品沉浸在磷酸盐缓冲液(pH 7.4)，在特定的时间间隔，即分别于6，12，24和48小时后迅速将样品拿出溶液。用纸巾擦试样品后，称量其重量。这种水凝胶膜的吸水率(FUA)按下面的公式进行计算：吸水率(FUA)(％)＝(W_s-W_d)×100/W_s，公式中的W_d代表水凝胶膜干燥时的重量，而W_s代表水凝胶膜吸水后的重量。

1.2水蒸气透过率测定

水凝胶膜的水蒸气透过率测试是根据美国标准局公布的ASTM E96-00方法而测量得到。将已制备好的水凝胶膜放置在圆柱形塑料杯口(直径36mm)，塑料杯中装有10ml水，塑料杯口边缘用聚四氟乙烯带密封以防止任何水汽从杯口边缘损失。然后在37℃时，把塑料杯放进含有硫酸铵饱和溶液的干燥器中(相对湿度79％)。计算出重量损失随测量间隔时间的变化斜率。按照斜率，水蒸气透过率(WVTR)计算如下：水蒸气透过率(WVTR)(g/m²/day)＝斜率×24/A，公式中的A代表测试样本的表面积。

1.3失水率测定

为测定水凝胶膜的水分保留能力，水凝胶膜样品被保存在37℃含有硫酸铵饱和溶液的干燥器中(相对湿度79％)。然后这些膜在不同的时间间隔被取出来称重。剩余重量百分率按如下方式计算：剩余重量百分率(WR)(％)＝W_t×100/W₀，公式中的W_t代表不同时间间隔时的水凝胶膜重量，而W₀代表水凝胶膜初始的重量。

1.4黏附强度测定

用力学测试机来测试黏附强度，光交联羟丙基壳聚糖水凝胶的黏附强度(AS)计算如下：黏附强度(AS)(N/cm²)＝TF/C，公式中的C代表猪皮肤组织条的横截面积(cm²)。

2.实验结果

2.1吸水率

在头6小时内，水凝胶膜的吸水率为96.79±0.13％，在接下来的6小时内，吸水率的数值达到最高的97.02±0.07％，在随后的测试中，该数值随着时间的延长并没有发生任何变化。测试用的水凝胶膜在PBS中浸泡一个星期后仍然显示出完整性。以上结果表明，光交联羟丙基壳聚糖水凝胶膜在PBS中溶胀迅速，并在12小时后达到平衡。

2.2水蒸气透过率

在相对湿度79％温度37℃时，水凝胶膜的水蒸气透过率为2561±115g/m²/day。跟对照实验数据相比(无水凝胶覆盖)3369±143g/m²/day，水凝胶膜作为伤口敷料应该能够降低大约25％的水分蒸发。在这个水蒸气透过率上，水凝胶膜是可以防止大量的分泌物累积在创面上，同时又能确保损伤部位脱水的情况不会发生。水凝胶膜能在损伤部位维持一个适当的液体平衡环境，因此加速新生微血管生长，加快创面愈合。

2.3失水率

在头3-4天内水分流失较快(约50％)，然后在接下来的2-3天内缓慢下降(约15％)，显示失水行为对时间的依赖性。从本实验可以发现水凝胶膜长时间暴露在干燥的环境下就会失去它含有的水分。因此，这些敷料将对治疗有中等量分泌物的静脉炎更加有利。

2.4黏附强度

在原位形成光交联羟丙基壳聚糖水凝胶膜的过程中，水凝胶膜能够化学黏附于皮肤组织上。我们发现黏附强度对叠氮基的取代度具有依赖性。当叠氮基的取代度从2.8％增加至5.6％时，光交联羟丙基壳聚糖水凝胶膜的黏附强度增加了2.5倍(从4.8±1.3N/cm²至12.3±2.0N/cm²)。众所周知，在紫外线的照射下，叠氮基取代度的增加将产生更多的氮烯基团，导致更多的水凝胶与皮肤组织之间的连接。

实施例五：水凝胶膜对化疗性静脉炎防治作用的评价

1.实验方法

1.1兔耳缘静脉化疗性静脉炎动物模型的建立

选择体重2.0～2.5kg，耳周无局部病患的健康雌性实验家兔作为实验动物。先用速眠新0.15ml/kg剂量对家兔进行肌肉注射麻醉，麻醉平稳后进行生理盐水预穿刺，当确保头皮针在静脉中同时药液无渗漏时更换已准备好的长春瑞滨(长春新碱类化疗药)药液静脉推注。药物剂量1.0mg/kg，稀释药液至10ml，控制药物推注速度为0.5ml/min。

1.2水凝胶膜对化疗性静脉炎预防作用的研究

穿刺成功后，实验组予水凝胶膜覆盖穿刺部位保持至取病理标本；阳性对照组予50％硫酸镁湿敷至取病理标本；空白对照组不予干预。

评价指标：①于注射化疗药后每天肉眼观察局部血管和皮肤情况，按照美国静脉输液护士学会制定的标准，结合动物实验特点，评价静脉炎的等级(共有五级)；②分别以注射化疗药后48小时和7天作为观察对照点，取兔耳局部静脉病理组织标本，HE染色后从9个方面镜下观察病理改变。

1.3水凝胶膜对化疗性静脉炎治疗作用的研究

选取大体指标静脉炎等级相同的模型作为实验对象，实验组予水凝胶膜覆盖发生静脉炎的部位保持至症状消失；阳性对照组予50％硫酸镁湿敷至症状消失；空白对照组不予干预。

评价指标：①大体指标肉眼观察静脉炎发生局部血管和皮肤的变化情况，动态观察静脉炎的等级变化以及消失的时间；②选取静脉炎变化明显的节点，取病理标本，动态观察病理变化情况。

2.实验结果

2.1大体观察

不同干预组干预后，兔耳静脉局部及周围组织表现为不同程度静脉炎症表现(表1)。静脉炎平均恢复时间也有很大差异(表2)。

表1不同干预组家兔静脉炎症发生情况

表2不同干预组家兔静脉炎症恢复时间

2.2病理学改变

干预后第48h、第7d兔耳静脉及周围组织病理切片、HE染色，判断局部组织的病理损伤程度。从9个方面进行损伤程度的判定：血管内皮肿胀、血管周围水肿、炎细胞浸润、血管扩张、管壁增厚、管腔充血、血管周围出血、纤维增生、血栓形成等。每一项目分为4个等级：-(无)、+(轻微)、++(中度)、+++(重度)。

三个干预组兔耳静脉损伤的病理特征表现不尽一致。突出表现为急性炎症病理特点，如血管内皮肿胀、血管周围水肿、炎细胞浸润、血管扩张、管腔充血、血管周围出血等程度不同，空白组病理损伤程度最重；水凝胶组和硫酸镁组相比，在血管内皮肿胀、炎细胞浸润和血管周围出血几方面病理损伤硫酸镁组均重于水凝胶组。

采用不同的干预措施后7天，三个干预组静脉血管内皮损伤均有不同程度减轻，表现为各急性病理反应减轻；而对于管壁增厚、血管周围出血、纤维增生等慢性病理损伤特征空白组病理损伤程度较重；干预后7天，硫酸镁组血管壁增厚程度较水凝胶组明显。

Claims

1.一种光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于是由下述过程制备获得：以壳聚糖为起始物，首先在异丙醇溶剂中进行碱化，然后以四甲基氢氧化铵作为催化剂，与环氧丙烷反应得到6-O取代的羟丙基壳聚糖；羟丙基壳聚糖的氨基与4-叠氮苯甲酸在一定条件下发生酰化反应，引入光反应活性的叠氮基团，得到光可交联的壳聚糖；然后以紫外光照射一定浓度的光可交联壳聚糖的水溶液数秒，得到壳聚糖的水凝胶膜，可用于化疗性静脉炎的防治。

2.根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于壳聚糖与异丙醇的配比为0.05～10g/ml，当壳聚糖的质量为25g时，33％(质量分数)的氢氧化钠溶液的用量为10～100ml。

3.根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于催化剂10％的四甲基氢氧化铵水溶液的用量为10～100ml，环氧丙烷的用量为100～1000ml，反应时间为5～50小时。

4.根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于羟丙基壳聚糖与4-叠氮苯甲酸的酰化反应条件为：当羟丙基壳聚糖的质量为10g时，50mM N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)溶液的用量为1～200ml，二环己基碳二亚胺(EDC)的用量为0.1～10g，4-叠氮苯甲酸的用量为0.1～10mg。

5.根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于羟丙基壳聚糖与4-叠氮苯甲酸的酰化反应的时间为1～100h。

6.根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于形成光交联壳聚糖凝胶膜所需要的光可交联壳聚糖的浓度为1～80mg/ml。

7.根据权利要求1所述的光交联壳聚糖水凝胶膜，其特征在于形成光交联壳聚糖凝胶膜所需要的紫外光的功率为1～100W，波长为200～500nm，照射时间为1～1000s。