CN104189951B

CN104189951B - 一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN104189951B
Application number: CN201410477823.3A
Authority: CN
Inventors: 罗序中; 刘启昊; 廖烈强; 钟地长; 钟金莲; 王科军; 柳辉金; 罗海清
Original assignee: GAN NAN NORMAL COLLEGE
Current assignee: GAN NAN NORMAL COLLEGE
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2017-06-30
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: CN104189951A

Abstract

本发明公开了一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂及其制备方法和应用。采用室温下液态的聚乙二醇（PEG200、400或600）作为溶剂，配制N,N',N''‑三(3‑吡啶基)均三苯甲酰胺（3‑BTAPA）或N,N',N''‑三(4‑吡啶基)均三苯甲酰胺（4‑BTAPA）的聚乙二醇200、400或600，浓度为0.8~5.0g/L（质量百分比浓度为0.7～4.2％），该溶液室温稳定，遇水立即形成稳定水凝胶，该水凝胶具有剪切变稀特性。水凝胶中以液态PEG200、400、600为主要成分，添加的有机物基质3‑BTAPA或4‑BTAPA量非常少（质量百分比浓度为0.7～4.2％），所成水凝胶稳定，毒性低，具有优良的生物相容性，可望在生物医学工程领域得到应用。

Description

一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物医学工程材料领域，更具体地说涉及一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂及其制备方法和应用。

背景技术

原位可注射水凝胶是近年来出现的新型水凝胶体系，在组织工程和药物控释等方面有着广泛的用途。

水凝胶是能够被水溶胀而又不溶于水的聚合物网络。通过注射的方法将具有一定流动性的生物材料植入体内，因此很容易充满整个具有不规则形状的缺损部位，手术创伤非常小且操作简单。该体系其在室温下呈液态，可包裹活性细胞和治疗药物，当注射到指定位置后，在温度、pH 值、离子浓度或在离子、其它条件作用下，在注射位置处产生溶液-凝胶相转变而形成水凝胶。[魏宏亮, 王连才, 张爱英, 朱凯强, 冯增国. 可注射水凝胶的制备与应用. 化学进展,2004, 16 (6): 1008-1016]。

同预成型的聚合物支架材料相比，原位可注射水凝胶具有明显的优势：（1）水凝胶体系可以根据环境的变化调整体系状态；（2）在溶液状态下细胞或者药物能够均匀分散或溶解于高分子材料中；（3）注入材料可在损伤部位形成所要求形状的水凝胶，这样可以对复杂或多维的损伤部位进行更好的填充；（4）在凝胶形成过程中，交联的高分子混合物可与组织之间嵌合紧密，大大增强了水凝胶与组织的界面结合；（5）适用范围广泛，制备工艺简单，操作方便。[陈涛, 姚康德. 可注射水凝胶在组织工程中应用进展. 化工进展, 2004, 23(8):827-831]。

聚乙二醇（PEG）无毒、无刺激性，具有良好的水溶性、生物相容性和血液相容性，在体内能溶于组织液中迅速排出体外而不产生任何毒副作用，因此被美国 FDA批准可用于人体中。同时由于PEG分子量范围广，选择余地大，端基可以进一步反应合成新的化合物，对于聚合物改性修饰和药物载体材料方面具有重要意义。[钟天翼.PLA-PEG-PLA/丝素水凝胶的制备及作为药物缓释载体的研究.苏州大学,2012-03-01]。

有关制备可注射水凝胶的报道很多,它们可分为两大类:一是用天然的高分子或修饰的天然高分子来制备；另一类是用合成高分子来制备。Lee等将可注射的聚葡糖醛(PAG)水凝胶用于骨组织工程。把抗肿瘤药物道诺霉素(daunomycin)通过共价键连接到该水凝胶上，当药物和聚合物之间的共价键水解之后即可释放出药物。[Bouhadir K H,Kruger G M, Lee K Y, et al. Journal of Pharmaceutical Sciences,2000,89(7):910—919]。Westhaus等通过引发金属离子从脂质体中释放，开发了从含有聚糖和蛋白质的前体溶液中快速形成水凝胶的通用方法。他们认为该方法有助于开发快速凝胶化的可注射水凝胶，用于制备生物材料，进行组织修复和重建以及药物的定向释放。[Westhaus E,Messersmith P B.Biomaterials,2001,22:453—462]。

聚合物水凝胶由于具有良好的生物相容性、溶胀性及载药不失活等特性，在药物（控制）释放及组织工程中得到了广泛的应用。依据网络连接方式的不同，水凝胶可分为化学凝胶和物理凝胶。化学凝胶是在化学交联剂或引发剂作用下，通过化学反应形成共价键连接而成的，当其成形后植入或注射后再反应成形，其中残存的交联剂或引发剂具有一定的毒性作用，而且在体内进行化学反应往往会引起组织炎症或损伤。物理凝胶则是通过非共价键相互作用，如氢键、疏水作用、链缠结及结晶等作用形成，避免了化学溶剂的使用及交联剂及其相关化学反应，因而备受青睐。近年来，原位形成的可注射物理凝胶由于可注射到特定部位释药及可充满任何形状的受损组织而在药物（控制）释放及组织工程等领域受到广泛关注。

专利WO 02094324及US 2002019369公开了由高分子量聚氧乙烯或聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯与α-环糊精在水溶液中通过超分子自组装形成水凝胶作为药物释放体系的方法。该超分子结构水凝胶可在水溶液中由环糊精与聚氧乙烯链段通过非共价键作用形成结晶包合物而得到,因而避免了化学交联剂及相关化学反应，也不涉及任何化学溶剂的使用，且具有有利于注射的剪切变稀，作为药物释放载体具有广阔的应用前景。专利CN100371020C公开了环糊精水溶液与聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物通过非共价键作用形成结晶包合物而得到超分子结构水凝胶。这些凝胶原位迅速形成，但是，这些体系仍存在以下不足：①客体为聚合物基材，实际应用时存在聚合物降解吸收过程；②制备条件要求苛刻（如聚合物平均分子量及质量百分浓度较高等)；③形成凝胶时需要两个溶液体系进行混合。

目前，已经报道可注射用原位的物理水凝胶材料主要是使用高分子材料为基质。利用小分子基质制备可注射的原位小分子水凝胶材料的报道很少，文献中仅有Pharmaceutical Research, 2004，Vol. 21, No. 3, 454报道过将L-丙氨酸衍生物、大豆油和酒精溶液用于原位注射形成凝胶实验。

发明内容

本发明提供了一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂及其制备方法和应用。采用室温下液态的聚乙二醇（PEG200、400或600）作为溶剂，配制N,N',N''-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺（3-BTAPA）或N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺（4-BTAPA）的聚乙二醇200、400或600，浓度为0.8~5.0 g/L（质量百分比浓度为0.7～4.2％），该溶液室温稳定，遇水立即形成稳定水凝胶，该水凝胶具有具有剪切变稀特性。水凝胶中以液态PEG200、400、600为主要成分，添加的有机物基质3-BTAPA或4-BTAPA量非常少（质量百分比浓度为0.7～4.2％），所成水凝胶稳定，毒性低，具有优良的生物相容性，可望在生物医学工程领域得到应用。

本发明技术所采用的技术方案是：

一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂，所述原位小分子水凝胶液态制剂由均苯三甲酸衍生物与聚乙二醇原料组成，均苯三甲酸衍生物选用N,N',N''-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺或N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺中的一种；均苯三甲酸衍生物在聚乙二醇原料中的浓度范围为0.8—5. 0 g/L，该液态制剂遇水形成稳定水凝胶。

所述的聚乙二醇原料选自医用级的PEG 200、PEG 400、PEG 600中的任意一种。

所述一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂的制备方法，该方法包括以下步骤，其中未说明部分均以摩尔分数表示：

（1）酰氯制备

将1份1,3,5-苯三甲酸，3—6份二氯亚砜加入到反应容器中，混合均匀后，向其中滴加1滴DMF，然后在磁力搅拌下回流3小时，得到一种澄清液；澄清液经减压蒸馏出过量的二氯亚砜后，在4℃时结晶出酰氯；

（2）酰胺制备

将3份氨基吡啶，40—50份二甲基亚砜溶剂加入到反应器中，混合均匀后，向其中加入3份无水三乙胺；然后将1份酰氯溶于10—15份溶剂中，在0℃条件下，再将酰氯溶液缓慢滴加到氨基吡啶溶液中；继续加入1份无水三乙胺，混合搅拌中逐渐升温至室温；反应7小时后抽滤，用溶剂洗涤，干燥；最后用170份二甲基亚砜和1400份去离子水重结晶，抽滤，干燥，得到纯化后的均苯三甲酸衍生物；

（3）原位小分子水凝胶液态制剂的制备

向均苯三甲酸衍生物中加入聚乙二醇原料，在超声条件下水浴加热，使之溶解，室温静置，得到稳定的澄清溶液，即为原位小分子水凝胶液态制剂；均苯三甲酸衍生物在聚乙二醇原料中的浓度范围为0.8—5. 0g/L，该液态制剂遇水形成稳定水凝胶。

所述均苯三甲酸衍生物为N,N',N''-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺或N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺中的一种。

氨基吡啶选用3-氨基吡啶或 4-氨基吡啶基中的一种。

步骤（3）中，水浴加热的温度选用60摄氏度。

步骤（3）中，超声条件为60˚C水浴中超声30分钟，超声时使用昆山超声仪器有限公司生产的KQ3200B型超声清洗器。

上述水凝胶液态制剂或制备方法制得的水凝胶液态制剂在生物医学工程材料领域中的应用。

本发明的有益效果是：

1）采用采用室温下液态的聚乙二醇（PEG200、400或600）作为溶剂，配制N,N',N''-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺（3-BTAPA）或N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺（4-BTAPA）的聚乙二醇200、400或600的溶液，浓度为0.8~5.0 g/L，全部采用的是有机小分子，该制剂遇水立即形成水凝胶，该水凝胶具有剪切变稀特性。

2）现有类似发明(专利WO 02094324、US 2002019369及CN 100371020)一般都含有高分子材料，在生物体应用时，需要降解后才能被生物体吸收，本发明制剂仅含小分子有机化合物，不需要降解就可以直接被生物体吸收。

3）现有类似发明 (专利WO 02094324、US 2002019369及CN 100371020) 一般都采用两种溶液混合才能形成凝胶，本发明制剂只需一种溶液，遇水便可形成稳定凝胶，制备容易，操作简单。

4）本制剂中主要成分为聚乙二醇（PEG），聚乙二醇（PEG）无毒、无刺激性，具有良好的水溶性、生物相容性和血液相容性，在体内能溶于组织液中迅速排出体外而不产生任何毒副作用，被美国 FDA批准可用于人体中，制剂中N,N',N''-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺（3-BTAPA）或N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺（4-BTAPA）含量极低。因此，该发明制剂的毒性极低。

附图说明

图1是本发明N,N',N''-三(3-吡啶基) 均三苯甲酰胺与PEG200、PEG400配制的水凝胶液态制剂；

图2是本发明N,N',N''-三(3-吡啶基) 均三苯甲酰胺与PEG200、PEG400配制的水凝胶液态制剂加入等体积的蒸馏水后制备的凝胶材料；

图3是本发明N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺与PEG200、PEG 400、PEG 600配制的水凝胶液态制剂；

图4是本发明N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺与PEG200、PEG 400、PEG 600配制的水凝胶液态制剂加入等体积的蒸馏水制备的凝胶材料；

图5是本发明N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺与PEG 200组成的水凝胶液态制剂，注射到水中形成凝胶的效果示意图；

图6是N,N',N''-三(3-吡啶基) 均三苯甲酰胺(2.5 g/L)在1:1(V/V)的聚乙二醇-水的混合溶剂中所成凝胶的应力扫描曲线；

图7是N,N',N''-三(3-吡啶基) 均三苯甲酰胺(2.5 g/L)在1:1(V/V)的聚乙二醇-水的混合溶剂中所成凝胶的频率扫描曲线；

图8是N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺(1.5 g/L)在1:1(V/V)的聚乙二醇-水的混合溶剂中所成凝胶的应力扫描曲线；

图9是N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺(1.5 g/L)在1:1(V/V)的聚乙二醇-水的混合溶剂中所成凝胶的频率扫描曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例A:

（1）酰氯制备

（2）酰胺制备

（3）制备原位小分子水凝胶液态制剂

向均苯三甲酸衍生物中加入聚乙二醇原料，使用昆山超声仪器有限公司生产的KQ3200B型超声清洗器在60˚C水浴中超声30分钟，使之溶解，室温静置，得到稳定的澄清溶液，即为原位小分子水凝胶液态制剂；均苯三甲酸衍生物在聚乙二醇原料中的浓度范围为0.8—5.0 g/L，该液态制剂遇水形成稳定水凝胶。

在实施例A的其它条件不变的情况下，实施例1—12实施参数选择如下：

备注：3-BTAPA 为N,N',N''-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺， 4-BTAPA 为N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺。

图6—图8显示，N,N',N''-三(3-吡啶基) 均三苯甲酰胺和N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺凝胶的应力扫描结果显示在应力达到屈服值之前，该凝胶的弹性模量G′始终高于粘性模量G″，说明此凝胶具有较好的机械性能；频率扫描结果显示随着频率的增加, G′和G″对频率的依赖性很弱, 只有轻微的增加且不存在突变，呈现出典型的类固体流变学行为。

Claims

1.一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂，其特征是：所述原位小分子水凝胶液态制剂由均苯三甲酸衍生物与聚乙二醇原料组成，均苯三甲酸衍生物选用N,N',N''-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺或N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺中的一种；均苯三甲酸衍生物在聚乙二醇溶剂中的浓度范围为0.8—5. 0g/L，遇水形成稳定水凝胶；所述的聚乙二醇原料选自医用级的PEG 200、PEG 400、PEG 600中的任意一种。

2.一种制备权利要求1所述一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤，其中未说明部分均以摩尔分数表示：

（1）酰氯制备

（2）酰胺制备

将3份氨基吡啶，40—50份二甲基亚砜溶剂加入到反应器中，混合均匀后，向其中加入3份无水三乙胺；然后将1份酰氯溶于10—15份溶剂中，在0℃条件下，再将酰氯溶液缓慢滴加到氨基吡啶溶液中；继续加入1份无水三乙胺，混合搅拌中逐渐升温至室温；反应7小时后抽滤，用溶剂洗涤，干燥；最后用170份二甲基亚砜和1400份去离子水重结晶，抽滤，干燥，得到纯化后的均苯三甲酸衍生物；所述的氨基吡啶选用3-氨基吡啶或 4-氨基吡啶基中的一种；

（3）制备注射用原位小分子水凝胶液态制剂

向均苯三甲酸衍生物中加入聚乙二醇原料，在超声条件下水浴加热，使之溶解，室温静置，得到稳定的澄清溶液，即为注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂；均苯三甲酸衍生物在聚乙二醇原料中的浓度范围为0.8—5. 0 g/L，该液态制剂遇水形成稳定水凝胶；所述的聚乙二醇原料选自医用级的PEG 200、PEG 400、PEG 600中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂的制备方法，其特征是：所述均苯三甲酸衍生物为N,N',N''-三(3-吡啶基)均三苯甲酰胺或N,N',N''-三(4-吡啶基)均三苯甲酰胺中的一种。

4.根据权利要求2所述的一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂的制备方法，其特征是：步骤（3）中，水浴加热的温度选用60摄氏度。

5.根据权利要求2所述的一种注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂的制备方法，其特征是：步骤（3）中，超声条件为60˚C水浴中超声30分钟，超声时使用昆山超声仪器有限公司生产的KQ3200B型超声清洗器。

6.权利要求2-5任一项所述的制备方法制得的水凝胶液态制剂在生物医学工程材料领域中的应用。

7.权利要求1所述的注射用快速形成原位小分子水凝胶的液态制剂在生物医学工程材料领域中的应用。