CN104368046B

CN104368046B - 一种纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架及其制备方法

Info

Publication number: CN104368046B
Application number: CN201410631847.XA
Authority: CN
Inventors: 张利; 侯毅; 李玉宝; 涂英; 郭志君
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2034-11-10
Also published as: CN104368046A

Abstract

本发明属于人工角膜支架材料领域，提供了一种纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架及其制备方法，所述裙边支架由亲水性水凝胶、纤维和可生物降解载药微球组成，纤维的含量为6wt％～10wt％、可生物降解载药微球的含量为8wt％～15wt％、亲水性水凝胶的含量为75wt％～86wt％，所述纤维无序地分布在亲水性水凝胶中。该裙边支架具有水凝胶特有的优良生物相容性和渗透性，而且具有很高的抗拉强度，可生物降解载药微球释放出的药物能够缓解角膜移植术后炎症和并发症的发生。

Description

一种纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架及其制备方法

技术领域

本发明属于人工角膜支架材料领域，特别涉及一种纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架及其制备方法。

背景技术

角膜病是一种发病率高、治疗困难的致盲性眼病，角膜移植是目前治疗这类疾病最有效和最常见的方法。由于角膜具有无血管的特征，使得角膜移植成为全身组织和器官移植成功率最高的手术，目前角膜移植手术使用的角膜大部分来源于捐赠的角膜供体。然而，捐赠的角膜数量十分有限，远不能满足众多角膜病患者的需求，因此，研究和制备出性质及功能与天然角膜相似的人工角膜用于角膜移植具有重要的意义。

随着人工角膜“裙核”理论的提出，使人工角膜裙边支架材料得到了广泛的研究。主要的人工角膜裙边支架材料种类有：(1)氟碳多聚体，如聚四氟乙烯(PTFE)；(2)碳纤维；(3)聚氨基甲酸乙酯；(4)金属材料，如金属钛；(5)陶瓷，包括氧化铝，玻璃陶瓷，天然羟基磷灰石等；(6)水凝胶，如聚羟乙基丙烯酸甲酯(PHEMA)，聚乙烯醇(PVA)及胶原共聚物等。其中，水凝胶具有良好的生物相容性和渗透性，可使蛋白质及其他营养物质容易地输送到水凝胶的表面和人体的内部细胞中，是一种非常有潜力的人工角膜替代材料。但水凝胶类人工角膜支架在手术缝合时往往因抗拉强度较差而极易被撕裂，即使人工角膜顺利植入，但由于周围眼组织与植入的人工角膜裙边支架交界面处的结合较差，导致患者的眼部出现并发症，并且角膜周围的纤维及血管长入裙边支架的孔隙中的过程较为缓慢，人工角膜的生物固定过程较长，这也会导致患者眼部并发症的发生。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗拉强度好且能降低眼部并发症的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架及其制备方法。

本发明提供的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架，由亲水性水凝胶、纤维和可生物降解载药微球组成，纤维的含量为6wt％～10wt％、可生物降解载药微球的含量为8wt％～15wt％、亲水性水凝胶的含量为75wt％～86wt％，所述纤维无序地分布在亲水性水凝胶中。

上述人工角膜裙边支架中，所述纤维无序地分布在亲水性水凝胶中是指纤维杂乱无规则地分布在亲水性水凝胶中，而不是按同一方向分布在亲水性水凝胶中。所述可生物降解载药微球最好均匀分散在亲水性水凝胶中。

上述人工角膜裙边支架中，所述亲水性水凝胶的含水量为80wt％～90wt％。所述亲水性水凝胶为聚羟乙基丙烯酸甲酯水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶或者胶原共聚物水凝胶。

上述人工角膜裙边支架中，所述纤维为聚乙烯醇纤维、胶原蛋白纤维或者明胶纤维，或者是以聚乙烯醇、胶原蛋白、明胶中的至少两种为原料制备的复合纤维；所述纤维的直径为100nm～50μm。

上述人工角膜裙边支架中，所述可生物降解载药微球由基材和药物组成，所述基材为胶原蛋白微球、明胶微球或者海藻酸钠微球，所述药物为成纤维细胞生长因子，优选为α成纤维细胞生长因子或者β成纤维细胞生长因子。

上述人工角膜裙边支架中，所述可生物降解微球的粒径为500nm～50μm；所述可生物降解微球中药物的含量为5wt％～15wt％。

上述纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架的制备方法，步骤如下：

(1)将亲水性水凝胶的原料溶解在水中，制备成亲水性水凝胶原料浓度为10wt％～20wt％的亲水性水凝胶前驱液；采用乳化固化法制备可生物降解载药微球；

(2)将可生物降解载药微球加入亲水性水凝胶前驱液中，混合均匀得到浆料，将所述浆料加入人工角膜裙边支架模具中，浆料的加入量应使所述模具的底部被完全覆盖，然后将纤维无序地放置在所述模具中的混合浆液上，再向所述模具中加入浆料将纤维完全覆盖，继后将所述模具依次在-10℃～-20℃冷冻5h～10h、在室温放置2～5h，重复前述冷冻和室温放置的操作5～10次，即得纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架；所述纤维、可生物降解载药微球、亲水性水凝胶前驱液的加入量分别为纤维、可生物降解载药微球和亲水性水凝胶前驱液总重量的6％～10％、8％～15％以及75％～86％。

上述方法中，所述可生物降解载药微球可以参照丁红,邢桂琴,谢茵.阿霉素明胶微球的制备与特性研究[J].中国医院药学杂志,2000,20(7):387-389.中的乳化固化法进行制备，优先采用如下方法：将乳化剂加入溶剂中并混合均匀，然后加入药物与载体材料的混合溶液，搅拌至形成乳液，继后加入交联剂继续搅拌至乳液液滴固化成微球，再加入石油醚破乳，破乳后进行离心并收集沉淀，洗涤所得沉淀以除去未反应的物质，冷冻干燥即得可生物降解载药微球。所述乳化剂为司班-80或者吐温-80，所述溶剂为液体石蜡，所述载体材料为胶原蛋白、明胶微球或者海藻酸钠，所述交联剂为戊二醛。

上述方法中，所述水为蒸馏水或去离子水。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种新的人工角膜裙边支架，由于该人工角膜裙边支架以亲水性水凝胶为基础材料，向其中添加了纤维和可生物降解载药微球，因此该裙边支架不但具有水凝胶特有的优良生物相容性和渗透性，而且具有非常优异的抗拉强度，并且由于可生物降解载药微球的存在，载药微球释放出的药物能够缓解角膜移植术后炎症和并发症的发生。

2.本发明所述人工角膜裙边支架中含有纤维，纤维的掺入将水凝胶人工角膜裙边支架的抗拉强度由不掺入纤维的0.6MPa～0.9MPa提高到了14.7MPa～18.2MPa，并且在水凝胶中掺入纤维还能模拟天然角膜中的胶原纤维板结构，具有良好的仿生性。

3.由于本发明所述人工角膜裙边支架中含有载有成纤维细胞生长因子的可生物降解微球，负载在微球表面的成纤维细胞生长因子会首先释放出来，随着微球的缓慢降解，负载于微球内部的成纤维细胞生长因子也会缓慢释放，从而促进角膜移植术后眼部纤维和血管组织长入人工角膜裙边支架的孔隙中，使二者间产生生物性的结合，降低并发症发生的几率，提高人工角膜移植术的成功率，并且，微球的降解产物可通过与水凝胶中水分子的交换和渗透作用排出体外，不会残留在裙边支架中，因而不会对患者造成不利影响。

4.本发明还提供了一种所述人工角膜裙边支架的制备方法，该方法操作简单，采用常规设备即可进行生产。

附图说明

图1为本发明所述纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架的结构示意图，其中，1—亲水性水凝胶、2—纤维、3—可生物降解载药微球。

图2为实施例1制备的可生物降解载药微球的扫描电镜照片。

图3为实施例1制备的可生物降解载药微球中α-成纤维细胞生长因子的释放曲线。

图4为实施例1使用的聚乙烯醇纤维的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明所述纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架及其制备方法作进一步说明。下述各实施例中，所述α-成纤维细胞生长因子(αFGF)和β成纤维细胞生长因子(βFGF)购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，所述纤维可以采用常规的纺丝法自行制备，也可以采用市售商品，所述聚乙烯醇(PVA)纤维购自上海博宁工程纤维材料有限公司，胶原蛋白纤维购自上海全宇生物科技遂平有限公司。

实施例1

本实施例中，所述纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架为片状的圆环，其结构示意图见图1，其制备方法如下：

(1)采用乳化固化法制备可生物降解载药微球：将1g司班-80、0.6g吐温-80、46g液体石蜡加入容器中并搅拌至混合均匀得到混合液，向混合液中加入明胶与αFGF的混合水溶液10g，所述明胶与αFGF的混合水溶液中，明胶的质量为1.5g、αFGF的质量为0.2g，搅拌形成乳液，向容器中加入浓度为50wt％的戊二醛2.4mL，继续搅拌30min，乳液液滴在搅拌过程中交联、固化成球，然后加入与混合液等体积的石油醚搅拌15min进行破乳，破乳后进行离心并收集沉淀，再用异丙醇洗涤沉淀并将洗涤后的沉淀冷冻干燥即得可生物降解载药微球。

该步骤制备的可生物降解载药微球的扫描电镜照片如图2所示，可生物降解载药微球的粒径约为500nm～50μm。对该步骤制备的可生物降解载药微球进行药物释放行为测试，具体操作为：取可生物降解载药微球适量，加入透析袋中，再移取3mL的磷酸盐缓冲溶液(PBS溶液)加入透析袋中使可生物降解载药微球悬浮于PBS溶液中，将透析袋系紧后放入盛有100mL的PBS溶液的锥形瓶中，放入37℃摇床中震荡，分别于第1h、2h、4h、8h、12h、16h、24h、48h、72h从锥形瓶中取出3mL溶液，测定其吸光度，每次从锥形瓶中取出3mL溶液后均需要补充3mLPBS溶液于锥形瓶中。根据测得的吸光度数据并结合αFGF的标准曲线，绘制αFGF随时间的释放曲线，结果如图3所示，由图3可知，附着在可生物降解微球表面的αFGF首先快速释放，然后随着可生物降解微球的降解，αFGF缓慢释放。

(2)将亲水性水凝胶的原料聚乙烯醇(PVA)加入蒸馏水中搅拌均匀制备成PVA浓度为20wt％的PVA水凝胶前驱液。

(3)取步骤(1)制备的可生物降解载药微球1g加入6g步骤(2)制备的PVA水凝胶前驱液中，搅拌混合均匀得到浆料，将所述浆料加入人工角膜裙边支架模具中，浆料的加入量应使所述模具的底部恰好被完全覆盖，然后将0.5gPVA纤维无序地放置在所述模具中的浆料上，再向所述模具中加入剩余的浆料，正好将所述PVA纤维完全覆盖，继后将所述模具在-18℃冷冻7h、取出置于室温放置3h，重复前述冷冻和置于室温放置的操作5次，即得纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架。所述PVA纤维的扫描电镜照片如图4所示，由图4可知，PVA纤维的直径约为100～500nm。

本实施例制备的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架中，纤维的含量为6.7wt％，可生物降解载药微球的含量为13.3wt％，亲水性水凝胶的含量为80wt％，测试表明，本实施例制备的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架的抗拉强度为18.2Mpa，相同方法制备的未添加纤维和可生物降解载药微球的PVA水凝胶的抗拉强度为0.8MPa。

实施例2

本实施例中，所述纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架的结构示意图见图1，其制备方法如下：

(1)采用乳化固化法制备可生物降解载药微球：将1g司班-80、0.6g吐温-80、46g液体石蜡加入容器中并搅拌至混合均匀得到混合液，向混合液中加入海藻酸钠与βFGF的混合水溶液10g，所述海藻酸钠与βFGF的混合水溶液中，海藻酸钠的质量为1.6g、αFGF的质量为0.2g，然后搅拌形成乳液，向容器中加入浓度为50wt％的戊二醛2.4mL，继续搅拌30min，乳液液滴在搅拌过程中交联、固化成球，然后加入与混合液等体积的石油醚搅拌15min进行破乳，破乳后进行离心并收集沉淀，再用异丙醇洗涤沉淀并将洗涤后的沉淀冷冻干燥即得可生物降解载药微球，其粒径约为500nm～50μm。

(2)将亲水性水凝胶的原料聚羟乙基丙烯酸甲酯(PHEMA)加入蒸馏水中搅拌均匀制备成PHEMA浓度为15wt％的PHEMA水凝胶前驱液。

(3)取步骤(1)制备的可生物降解载药微球0.8g加入5.6g步骤(2)制备的PHEMA水凝胶前驱液中，搅拌混合均匀得到浆料，将所述浆料倒入人工角膜裙边支架模具中，浆料的倒入量应使所述模具的底部恰好被完全覆盖，然后将0.6g胶原纤维无序地放置在所述模具中的浆料上，再向所述模具中加入剩余的浆料，正好将所述胶原纤维完全覆盖，继后将所述模具在-10℃冷冻10h，取出置于室温放置2h，重复前述冷冻和置于室温放置的操作10次，即得纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架。

本实施例制备的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架中，纤维的含量为8.6wt％，可生物降解载药微球的含量为11.4wt％，亲水性水凝胶的含量为80wt％，测试表明，本实施例制备的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架的抗拉强度为15.6Mpa，相同方法制备的未添加纤维和可生物降解载药微球的PHEMA水凝胶的抗拉强度为0.6MPa。

实施例3

(1)采用乳化固化法制备可生物降解载药微球：将1g司班-80、0.6g吐温-80、46g液体石蜡加入容器中并搅拌至混合均匀得到混合液，向混合液中加入胶原蛋白与βFGF的混合水溶液10g，所述胶原蛋白与βFGF的混合水溶液中，胶原蛋白的质量为1.7g、βFGF的质量为0.3g，然后搅拌形成乳液，向容器中加入浓度为50wt％的戊二醛2.4mL，继续搅拌30min，乳液液滴在搅拌过程中交联、固化成球，然后加入与混合液等体积的石油醚搅拌15min进行破乳，破乳后进行离心并收集沉淀，再用异丙醇洗涤沉淀并将洗涤后的沉淀冷冻干燥即得载药微球，其粒径约为500nm～50μm。

(2)将亲水性水凝胶的原料聚丙烯酰胺(PAAG)加入蒸馏水中搅拌均匀制备成PAAG浓度为18wt％的PAAG水凝胶前驱液。

(3)制备明胶纤维：将装有质量分数为10wt％的明胶溶液10mL的注射器固定于纺丝仪器的助推器上，在高压电源的阳极接12#针头，阴极接铁丝网收集明胶纤维。在室温条件下，控制电压为3～7kV，接收距为12～15cm，以0.1～0.3mL/h的流速进行纺丝。

(4)取步骤(1)制备的可生物降解载药微球1.2g加入6g步骤(2)制备的PAAG水凝胶前驱液中，搅拌混合均匀得到浆料，将所述浆料加入人工角膜裙边支架模具中，浆料的加入量应使所述模具的底部恰好被完全覆盖，然后取0.8g明胶纤维无序地放置在所述模具中的浆料上，再向所述模具中加入剩余的浆料，正好将所述明胶纤维完全覆盖，继后将所述模具在-18℃冷冻7h，取出置于室温放置3h，重复前述冷冻和置于室温放置的操作5次，即得纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架。

本实施例制备的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架中，纤维的含量为10wt％，可生物降解载药微球的含量为15wt％，亲水性水凝胶的含量为75wt％，测试表明，本实施例制备的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架的抗拉强度为14.7Mpa，相同方法制备的未添加纤维和可生物降解载药微球的PAAG水凝胶的抗拉强度为0.9MPa。

实施例4

(1)采用乳化固化法制备可生物降解载药微球：将1g司班-80、0.6g吐温-80、46g液体石蜡加入容器中并搅拌至混合均匀得到混合液，向混合液中加入明胶与βFGF的混合水溶液10g，所述明胶与βFGF的混合水溶液中，明胶的质量为1.9g、βFGF的质量为0.1g，然后搅拌形成乳液，向容器中加入浓度为50wt％的戊二醛2.4mL，继续搅拌30min，乳液液滴在搅拌过程中交联、固化成球，然后加入与混合液等体积的石油醚搅拌15min进行破乳，破乳后进行离心并收集沉淀，再用异丙醇洗涤沉淀并将洗涤后的沉淀冷冻干燥即得载药微球，其粒径约为500nm～50μm。

(2)将亲水性水凝胶的原料胶原共聚物加入蒸馏水中搅拌均匀制备成胶原共聚物浓度为18wt％的胶原共聚物水凝胶前驱液。

(3)取步骤(1)制备的可生物降解载药微球0.6g加入6.45g步骤(2)制备的胶原共聚物水凝胶前驱液中，搅拌混合均匀得到浆料，将所述浆料加入人工角膜裙边支架模具中，浆料的加入量应使所述模具的底部恰好被完全覆盖，然后将实施例3制备的明胶纤维0.45g无序地放置在所述模具中的混合浆液上，再向所述模具中加入剩余的浆料，正好将所述明胶纤维完全覆盖，继后将所述模具在-20℃冰箱中冷冻5h，取出置于室温放置5h，重复前述冷冻和室温放置的操作8次，即得纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架。

本实施例制备的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架中，纤维的含量为6wt％，可生物降解载药微球的含量为8wt％，亲水性水凝胶的含量为86wt％，测试表明，本实施例制备的纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架的抗拉强度为15.4Mpa，相同方法制备的未添加纤维和可生物降解载药微球的胶原共聚物水凝胶的抗拉强度为0.6MPa。

Claims

1.一种纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架，其特征在于该裙边支架由亲水性水凝胶、纤维和可生物降解载药微球组成，纤维的含量为6wt％～10wt％、可生物降解载药微球的含量为8wt％～15wt％、亲水性水凝胶的含量为75wt％～86wt％，所述纤维无序地分布在亲水性水凝胶中；

所述亲水性水凝胶为聚羟乙基丙烯酸甲酯水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶或者胶原共聚物水凝胶，含水量为80wt％～90wt％；所述纤维为聚乙烯醇纤维、胶原蛋白纤维或者明胶纤维，或者是以聚乙烯醇、胶原蛋白、明胶中的至少两种为原料制备的复合纤维，直径为100nm～50μm；所述可生物降解载药微球的粒径为500nm～50μm，由基材和药物组成，所述基材为胶原蛋白微球、明胶微球或者海藻酸钠微球，所述药物为成纤维细胞生长因子，药物含量为5wt％～15wt％。

2.权利要求1所述纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架的制备方法，其特征在于步骤如下：

(2)将可生物降解载药微球加入亲水性水凝胶前驱液中，混合均匀得到浆料，将所述浆料加入人工角膜裙边支架模具中，浆料的加入量应使所述模具的底部被完全覆盖，然后将纤维无序地放置在所述模具中的混合浆液上，再向所述模具中加入浆料将纤维完全覆盖，继后将所述模具依次在-10℃～-20℃冷冻5h～10h、在室温放置2～5h，重复前述冷冻和室温放置的操作5～10次，即得纤维增强型载药水凝胶人工角膜裙边支架；

所述纤维、可生物降解载药微球、亲水性水凝胶前驱液的加入量分别为纤维、可生物降解载药微球和亲水性水凝胶前驱液总重量的6％～10％、8％～15％以及75％～86％。