CN103357066A - 一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶及制备方法。非交联的透明质酸并不适合作为一个良好的软组织填充剂。本发明将交联透明质酸钠水凝胶与胶原蛋白溶液混合通过高速搅拌或研磨使通过范德华力、氢键等物理作用力结合形成具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶。本发明在单纯透明质酸水凝胶的基础上，提升了其降解性能，并且胶原蛋白具有良好的细胞粘附性和促细胞生长性能，能够对水凝胶的生物学性能起到很大的改善作用，从而使产物更适于作为一种软组织填充材料和组织修复材料应用于医疗整形行业。

Description

一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶及制备方法

技术领域

    本发明涉及一种水凝胶，具体涉及一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶及制备方法。

背景技术

透明质酸是一种由乙酰葡糖胺和葡糖醛酸组合的双糖单元连接构成的大分子粘多糖。未经交联的透明质酸具有良好的保湿性、润滑性和生物粘弹性，但作为软组织填充时，因人体内存在的透明质酸酶和自由基会迅速降解透明质酸，使其在体内的存留时间非常短，对填充部位的作用会很快消失。因此，非交联的透明质酸并不适合作为一个良好的软组织填充剂。

但是，如果将透明质酸钠利用交联剂进行分子内和分子间交联，可显著提高透明质酸的稳定性，对透明质酸酶和自由基的抵抗力明显增强，从而使透明质酸在体内的存留时间明显增长。

交联透明质酸通常是把交联剂和透明质酸在水溶液中混合，一定温度下反应就可得到粘弹性好的透明质酸钠凝胶。但当注射入人体后，未发生交联的交联剂会游离出来扩散进入人体，交联剂有毒或不能被人体降解时，便会产生不良反应。因此，在制备过程中，要有效地去除残留交联剂以确保水凝胶的安全性。近年来，以透明质酸为原材料制备的毒性较小、生物相容性较好的水凝胶已经陆续被应用于多个行业。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶及制备方法，保留了胶原蛋白良好的细胞粘附性和促细胞生长性能，有效提升了透明质酸水凝胶的降解性能。

本发明所采用的技术方案是：

一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

由以下组分通过高速搅拌或研磨充分混合制备而成：

交联透明质酸凝胶 2-10%；

胶原蛋白1-3%；

水 余量。

所述的胶原蛋白选自从动物组织提取的全长胶原蛋白、胶原蛋白多肽、明胶，或采用基因工程方法生产的重组胶原蛋白、类人胶原蛋白。

所述的交联透明质酸凝胶由以下步骤制得：

步骤一：将透明质酸钠溶解于氢氧化钠溶液中，透明质酸钠在溶液中的质量浓度为6%-20%，搅拌至充分溶解；

步骤二：加入交联剂搅拌均匀，交联剂在溶液中的质量浓度为1%-5%，反应温度35-60℃，反应时间2-14小时，得到交联透明质酸凝胶；

步骤三：将得到的交联透明质酸凝胶置于盐酸溶液中，盐酸溶液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的1-5倍，室温下搅拌，反应时间2-12小时；

步骤四：过滤除去盐酸溶液，加入缓冲液，缓冲液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的10-50倍，清洗36-48小时；

步骤五：过滤除去多余缓冲液，粉碎得到颗粒状水凝胶。

步骤一中，透明质酸钠分子量为50-300万。

步骤一中，氢氧化钠溶液的摩尔体积分数为0.02-2mol/L。

步骤二中，交联剂选自1，2，7，8-二环氧辛烷、乙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、二乙烯基砜。

步骤三中，盐酸溶液的摩尔体积分数为0.005-0.05mol/L。

步骤四中，缓冲液为磷酸盐缓冲液，摩尔体积分数为0.005-0.05mol/L，pH值为6.5-7.0。

步骤五中，粉碎方式选自挤压、研磨、切割、搅拌。

一种如所述的具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法制得的水凝胶。

本发明具有以下优点：

本发明中，在交联透明质酸中混合入胶原蛋白，胶原蛋白这种线性大分子可在交联透明质酸的孔隙中形成一种网状结构，从而阻挡透明质酸酶的进入，可进一步防止透明质酸酶对透明质酸的分解，另外，透明质酸是一种隋性的粘多糖，在注射入人体后，只能起来一种物理填充的作用，当凝胶被人体细胞及酶降解后，这种填充和修复作用也不复存在，因此，单纯透明质酸水凝胶的作用周期较短，而胶原蛋白具有良好的细胞粘附性和促细胞生长性能，在水凝胶降解的同时，可以促进细胞在凝胶内部生长增殖，形成新生组织替代凝胶填充、修复的部位，显著提升水凝胶的生物学性能，使其作为软组织填充材料和组织修复材料具有更为广泛的应用范围。 

附图说明

图1为水凝胶的体外透明质酸酶的酶解曲线。

图2为骨髓干细胞在不同材料上的增殖曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明通过高速搅拌或研磨在交联透明质酸中混合入胶原蛋白，胶原蛋白会与交联透明质酸通过范德华力、氢键等物理作用力结合，进而填充到交联透明质酸的孔隙中，可以阻挡透明质酸酶的进入，可进一步防止透明质酸酶对透明质酸的分解，而胶原蛋白具有良好的细胞粘附性和促细胞生长性能，能够对水凝胶的生物学性能起到很大的改善作用。

本发明所涉及的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，由以下组分通过高速搅拌或研磨充分混合制备而成：

交联透明质酸凝胶 2-10%；

胶原蛋白1-3%；

水 余量。

其中，胶原蛋白选自从动物组织提取的全长胶原蛋白、胶原蛋白多肽、明胶，或采用基因工程方法生产的重组胶原蛋白、类人胶原蛋白。

交联透明质酸凝胶由以下步骤制得：

步骤一：将透明质酸钠溶解于氢氧化钠溶液中，透明质酸钠在溶液中的质量浓度为6%-20%，搅拌至充分溶解。

透明质酸钠分子量为50-300万；氢氧化钠溶液的摩尔体积分数为0.02-2mol/L。

步骤二：加入交联剂搅拌均匀，交联剂在溶液中的质量浓度为1%-5%，反应温度35-60℃，反应时间2-14小时，得到交联透明质酸凝胶。

交联剂选自1，2，7，8-二环氧辛烷、乙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、二乙烯基砜。

步骤三：将得到的交联透明质酸凝胶置于盐酸溶液中，盐酸溶液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的1-5倍，室温下搅拌，反应时间2-12小时。

盐酸溶液的摩尔体积分数为0.005-0.05mol/L。

步骤四：过滤除去盐酸溶液，加入缓冲液，缓冲液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的10-50倍，清洗36-48小时。

缓冲液为磷酸盐缓冲液，摩尔体积分数为0.005-0.05mol/L，pH值为6.5-7.0。

步骤五：过滤除去多余缓冲液，粉碎得到颗粒状水凝胶。

粉碎方式选自挤压、研磨、切割、搅拌。

实施例1：

一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，由以下组分通过高速搅拌或研磨充分混合制备而成：

交联透明质酸凝胶 2%；

胶原蛋白1%；

水 余量。

其中，胶原蛋白选取从动物组织提取的全长胶原蛋白。

交联透明质酸凝胶由以下步骤制得：

步骤一：将透明质酸钠溶解于氢氧化钠溶液中，透明质酸钠在溶液中的质量浓度为6%，搅拌至充分溶解。

透明质酸钠分子量为50-300万；氢氧化钠溶液的摩尔体积分数为0.02mol/L。

步骤二：加入交联剂搅拌均匀，交联剂在溶液中的质量浓度为1%，反应温度35℃，反应时间2小时，得到交联透明质酸凝胶。

交联剂选自1，2，7，8-二环氧辛烷、乙二醇二缩水甘油醚。

步骤三：将得到的交联透明质酸凝胶置于盐酸溶液中，盐酸溶液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的1倍，室温下搅拌，反应时间2小时。

盐酸溶液的摩尔体积分数为0.005mol/L。

步骤四：过滤除去盐酸溶液，加入缓冲液，缓冲液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的10倍，清洗36小时。

缓冲液为磷酸盐缓冲液，摩尔体积分数为0.005mol/L，pH值为6.5。

步骤五：过滤除去多余缓冲液，粉碎得到颗粒状水凝胶。

粉碎方式选取挤压。

实施例2：

一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，由以下组分通过高速搅拌或研磨充分混合制备而成：

交联透明质酸凝胶 5%；

胶原蛋白2%；

水 余量。

其中，胶原蛋白选取从动物组织提取的胶原蛋白多肽。

交联透明质酸凝胶由以下步骤制得：

步骤一：将透明质酸钠溶解于氢氧化钠溶液中，透明质酸钠在溶液中的质量浓度为10%，搅拌至充分溶解。

透明质酸钠分子量为50-300万；氢氧化钠溶液的摩尔体积分数为0.5mol/L。

步骤二：加入交联剂搅拌均匀，交联剂在溶液中的质量浓度为2%，反应温度40℃，反应时间5小时，得到交联透明质酸凝胶。

交联剂选自1，4-丁二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚。

步骤三：将得到的交联透明质酸凝胶置于盐酸溶液中，盐酸溶液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的2倍，室温下搅拌，反应时间5小时。

盐酸溶液的摩尔体积分数为0.02mol/L。

步骤四：过滤除去盐酸溶液，加入缓冲液，缓冲液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的20倍，清洗40小时。

缓冲液为磷酸盐缓冲液，摩尔体积分数为0.02mol/L，pH值为6.5。

步骤五：过滤除去多余缓冲液，粉碎得到颗粒状水凝胶。

粉碎方式选取研磨。

实施例3：

一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，由以下组分通过高速搅拌或研磨充分混合制备而成：

交联透明质酸凝胶8%；

胶原蛋白3%；

水 余量。

其中，胶原蛋白选取从动物组织提取的明胶。

交联透明质酸凝胶由以下步骤制得：

步骤一：将透明质酸钠溶解于氢氧化钠溶液中，透明质酸钠在溶液中的质量浓度为15%，搅拌至充分溶解。

透明质酸钠分子量为50-300万；氢氧化钠溶液的摩尔体积分数为1mol/L。

步骤二：加入交联剂搅拌均匀，交联剂在溶液中的质量浓度为4%，反应温度50℃，反应时间10小时，得到交联透明质酸凝胶。

交联剂选自聚丙二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚。

步骤三：将得到的交联透明质酸凝胶置于盐酸溶液中，盐酸溶液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的3倍，室温下搅拌，反应时间10小时。

盐酸溶液的摩尔体积分数为0.04mol/L。

步骤四：过滤除去盐酸溶液，加入缓冲液，缓冲液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的40倍，清洗44小时。

缓冲液为磷酸盐缓冲液，摩尔体积分数为0.04mol/L，pH值为7.0。

步骤五：过滤除去多余缓冲液，粉碎得到颗粒状水凝胶。

粉碎方式选取切割。

实施例4：

一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，由以下组分通过高速搅拌或研磨充分混合制备而成：

交联透明质酸凝胶10%；

胶原蛋白3%；

水 余量。

其中，胶原蛋白选自采用基因工程方法生产的重组胶原蛋白、类人胶原蛋白。

交联透明质酸凝胶由以下步骤制得：

步骤一：将透明质酸钠溶解于氢氧化钠溶液中，透明质酸钠在溶液中的质量浓度为20%，搅拌至充分溶解。

透明质酸钠分子量为50-300万；氢氧化钠溶液的摩尔体积分数为2mol/L。

步骤二：加入交联剂搅拌均匀，交联剂在溶液中的质量浓度为5%，反应温度60℃，反应时间14小时，得到交联透明质酸凝胶。

交联剂选取二乙烯基砜。

步骤三：将得到的交联透明质酸凝胶置于盐酸溶液中，盐酸溶液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的5倍，室温下搅拌，反应时间12小时。

盐酸溶液的摩尔体积分数为0.05mol/L。

步骤四：过滤除去盐酸溶液，加入缓冲液，缓冲液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的50倍，清洗48小时。

缓冲液为磷酸盐缓冲液，摩尔体积分数为0.05mol/L，pH值为7.0。

步骤五：过滤除去多余缓冲液，粉碎得到颗粒状水凝胶。

粉碎方式选取搅拌。

以下为本发明所制备的注射用水凝胶的相关性能检测：

1、凝胶降解性能

配制透明质酸酶：用去离子水配制300U/mL透明质酸酶溶液，过滤除菌后放于4℃备用。

干燥并灭菌后的水凝胶材料（质量W ₀ ）在无菌操作条件下分别置于相同体积的酶液中，置于37℃恒温培养箱中，分别在1、2、4、6、8、10、24h取样，用去离子水冲洗三次，然后冻干后称重（W ₁ ）。采用下面的公式计算其降解率（                                               ）：

结果参见图1。

    由图可以看出，经过修饰的透明质酸凝胶的降解速率要明显优于未经修饰的透明质酸凝胶，而在酶解初期，修饰后的凝胶降解速度要缓慢许多，后期降解速度则有所提高，可以是因为伴随着降解过程的进行，内部的胶原蛋白也被缓慢释放，它的阻挡作用也随之减弱并消失，从而使透明质酸进入到凝胶内部，使其快速降解。

2、材料的促细胞生长性能

    将骨髓干细胞和材料复合培养一定的时间后，这时将细胞-材料复合物转移到新的48孔培养板中，并加入500μL新鲜的培养液，之后再加入50μL的cck-8溶液，置于培养箱继续培养，以未接种细胞的材料为对照。3h后，取出培养板，吸取100μL的反应液至96孔板，使用酶标仪在450nm处测定吸光度。结果参见图2。

由图可知，随着细胞培养时间的延长，OD₄₅₀值持续增加，说明在整个培养过程中，两种水凝胶材料对细胞的增殖作用不同。未经修饰的透明质酸凝胶对细胞的增殖影响呈现出非常缓慢的增长趋势，而修饰后的透明质酸凝胶对细胞增殖的影响远远超过了未经修饰的透明质酸凝胶，细胞在其上迅速生长增殖，说明修饰后的透明质酸凝胶对细胞的增殖具有明显的促进作用，也证明了胶原蛋白明显提升了凝胶产物的促细胞生长性和促细胞粘附性能，使得凝胶获得了更完善的生物学活性。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

由以下组分通过高速搅拌或研磨充分混合制备而成：

交联透明质酸凝胶 2-10%；

胶原蛋白1-3%；

水 余量。

2.根据权利要求1所述的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

所述的胶原蛋白选自从动物组织提取的全长胶原蛋白、胶原蛋白多肽、明胶，或采用基因工程方法生产的重组胶原蛋白、类人胶原蛋白。

3.根据权利要求2所述的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

所述的交联透明质酸凝胶由以下步骤制得：

步骤一：将透明质酸钠溶解于氢氧化钠溶液中，透明质酸钠在溶液中的质量浓度为6%-20%，搅拌至充分溶解；

步骤二：加入交联剂搅拌均匀，交联剂在溶液中的质量浓度为1%-5%，反应温度35-60℃，反应时间2-14小时，得到交联透明质酸凝胶；

步骤三：将得到的交联透明质酸凝胶置于盐酸溶液中，盐酸溶液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的1-5倍，室温下搅拌，反应时间2-12小时；

步骤四：过滤除去盐酸溶液，加入缓冲液，缓冲液的添加体积为交联透明质酸凝胶体积的10-50倍，清洗36-48小时；

步骤五：过滤除去多余缓冲液，粉碎得到颗粒状水凝胶。

4.根据权利要求3所述的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

步骤一中，透明质酸钠分子量为50-300万。

5.根据权利要求4所述的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

步骤一中，氢氧化钠溶液的摩尔体积分数为0.02-2mol/L。

6.根据权利要求5所述的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

步骤二中，交联剂选自1，2，7，8-二环氧辛烷、乙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、二乙烯基砜。

7.根据权利要求6所述的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

步骤三中，盐酸溶液的摩尔体积分数为0.005-0.05mol/L。

8.根据权利要求7所述的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

步骤四中，缓冲液为磷酸盐缓冲液，摩尔体积分数为0.005-0.05mol/L，pH值为6.5-7.0。

9.根据权利要求8所述的一种具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法，其特征在于：

步骤五中，粉碎方式选自挤压、研磨、切割、搅拌。

10.一种如权利要求1所述的具有生物修复活性及优良降解性能的水凝胶的制备方法制得的水凝胶。

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