CN106999626B - 生物相容性组合物以及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物相容性组合物及其制备方法，通过杂化交联(hybrid‑Crosslinked)来制备β‑葡聚糖(β‑Glucan)和透明质酸(Hyaluronic acid)的杂化组合物。本发明的生物相容性组合物对于热量和生物酶的稳定性高，因此可以用作医用材料。

Description

生物相容性组合物以及制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物相容性组合物及其制备方法，更加详细而言，涉及一种能够用于植入人体内部或接触皮肤的医用、化妆品等的生物相容性组合物及其制备方法。
背景技术
植入人体内部的医用工具、假体等材料直接接触血液、组织、器官等，应具备稳定性，这样的材料称作生物相容性材料。目前，为了开发生物相容性材料，正在研究多种制备方法。尤其是为了弥补现有所开发的生物相容性材料的个别性质，将其交联，从而加速开发新材料的研究。
透明质酸(Hyaluronic acid)及其衍生物具有高粘度，生物相容性突出，具有完全的生物可降解性，因此用于广泛的用途。
但是透明质酸及其衍生物容易被热和生物酶(透明质酸酶，hyaluronidase等)降解，丧失透明质酸固有的性质。植入生物体内的假体具备快速的生物可降解性并且丧失固有性质，不仅导致人体内假体的植入周期缩短，还降低粘度以及弹性，从而成为假体功能下降的原因。例如，一般透明质酸填充物在生物体内的保持期限为六个月至一年，但是在此期限内也容易丧失原有的粘度以及弹性，因此成为问题。
结果，透明质酸及其衍生物虽然确保了生物相容性，但是需弥补填充物等的重塑施术周期的缺点等。另外，当假体等在生物体内降解时，降解的产物不能对人体产生恶劣影响，而是要带来有益效果。
发明内容
所要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种被热和生物酶完全降解但是在短时期内不容易降解且保持原有粘度和弹性的生物相容性组合物及其制备方法。
技术方案
本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的一实施例涉及的生物相容性组合物是β-葡聚糖(β-Glucan)以及透明质酸(Hyaluronic acid)的杂化交联(hybrid-Crosslinked)物。所述β-葡聚糖可以由源于植物的β-1,3-葡聚糖、β-1,4-葡聚糖、β-1,6-葡聚糖或它们中两种以上的混合物构成，优选使用在β-1,3上具有侧链的β-1,6-葡聚糖。
所述β-葡聚糖优选分子量为30000～300000Da，可以使用源于灰树花(Grifolafrondosa)菌丝体的β-葡聚糖。
本发明的一实施例涉及的生物相容性组合物的制备方法包括如下步骤：(a)将分子量为30000～300000Da的β-葡聚糖和透明质酸进行混合；以及(b)添加含有环氧(Epoxide)基团、表卤代醇(Epihalohydrin)基团以及二乙烯砜(Divinylsulfone)基团中的至少一个的交联剂。所述步骤(a)的β-葡聚糖以及透明质酸可以以1:9～9:1的质量比混合。所述步骤(b)的交联剂可以选自1,4-丁二醇二缩水甘油醚(1,4-Butandiol diglycidylether，BDDE)、乙二醇二缩水甘油醚(Ethylene glycol diglycidyl ether，EGDGE)、1-(2,3-环氧丙基)-2,3-环氧环己烷(1-(2,3-Epoxypropyl)-2,3-epoxycyclohexane)、1,2-乙二醇二缩水甘油醚(1,2-Ethandiol diglycidyl ether)以及它们的混合物中。
有益效果
本发明涉及的生物相容性组合物是透明质酸以及β-葡聚糖交联的新材料，由于对于热量和生物酶的稳定性高，因此能够在人体内保持原有形状以及性质，在生物体内降解后，促进胶原合成。
附图说明
图1是本发明的一实施例涉及的在β-1,3上具有侧链的β-1,6-葡聚糖的化学式。
图2是拍摄本发明的生物相容性组合物在生理盐水中膨胀的状态的图像。
图3是拍摄通过注射针挤出本发明的生物相容性组合物的状态的图像。
具体实施方式
后述的对于本发明的详细说明记述为能够实施本发明的特定实施例，并且详细说明，以使本领域技术人员能够充分实施本发明。要理解，本发明的多种实施例虽然彼此不同，但是无需相互排斥。因此，后述的详细说明并非旨在限定，本发明的范围应包括权利要求书中记载的内容以及与其等同的所有范围。
本发明的一实施例涉及的生物相容性组合物具有β-葡聚糖以及透明质酸被杂化交联(hybrid-Crosslinked)的形式。首先说明能够用于制备本发明的生物相容性组合物的原料。
<β-葡聚糖>
能够用于制备本发明的生物相容性的β-葡聚糖具有葡萄糖(glucose)单体通过糖苷键(Glycosidic bond)连接的聚合物的形状。β-葡聚糖可以源于天然的植物。例如，β-葡聚糖可以提取自蘑菇类、酵母的细胞壁、谷物类等中。只是，用于制备本发明的生物相容性组合物的β-葡聚糖可以源于天然的植物，也可以源于化学合成以及聚合。作为优选实施例，可以从灰树花(Grifola frondosa)菌丝体培养液中提取β-葡聚糖并使用，与其他蘑菇类相比，灰树花的β-葡聚糖含量高且菌丝体培养周期较短。
β-葡聚糖对于生物体的增强免疫效果已有报道(FEMS immunology and medicalmicrobiology，13(1)：51-57；Vetvicka，V et al，(1996))。在日本，β-葡聚糖以抗癌用医药品或功能性食品的形式销售，美国FDA建立了β-葡聚糖的安全标准，并证明了增强免疫力效果及其稳定性。另外，在皮肤美容相关行业，β-葡聚糖用作化妆品原料，以提高粘弹性、保湿特性、生物相容性、胶原合成促进效果、皮肤再生以及保护效果(Journal of CosmeticScience，27(5)：292)。
根据葡萄糖单体的连接位置，β-葡聚糖分为β-1,3-葡聚糖、β-1,4-葡聚糖、β-1,6-葡聚糖。能够用于本发明的β-葡聚糖包含β-1,3-葡聚糖、β-1,4-葡聚糖、β-1,6-葡聚糖或其两种以上的混合物，还包含分别具有侧链的β-1,3-葡聚糖、β-1,4-葡聚糖、β-1,6-葡聚糖。尤其是在所述β-葡聚糖中优选使用在β-1,3上具有侧链的β-1,6-葡聚糖。图1是在β-1,3上具有侧链的β-1,6-葡聚糖的化学式。
优选对分子量为30000～300000Da的β-葡聚糖进行分馏来制备所述β-葡聚糖，以提高粘度、膨胀性、注射器挤出性。
<透明质酸(Hyaluronic acid)>
透明质酸作为由氨基酸和糖醛酸构成的多糖类的一种，是由乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine)以及葡糖醛酸(Glucuronic acid)构成的高分子化合物。能够用于本发明的透明质酸具有100000～1000000Da的分子量。用于本发明的实施例的透明质酸的分子量为150000～300000Da，购买并使用了Sigma-Aldrich公司产品。
<生物相容性组合物>的制备
本发明的生物相容性组合物的制备方法包括如下步骤：(a-1)在碱性水溶液中稀释β-葡聚糖，制备水溶液；(a-2)将水溶液的pH调节为9～13；(a-3)在碱性条件下，添加过氧化氢并加热，将β-葡聚糖水解为低分子β-葡聚糖(30000～300000Da)；(a-4)分离低分子量的β-葡聚糖；(a-5)以1:9～9:1的质量比混合β-葡聚糖水溶液和所述透明质酸；(b)添加交联剂；(c)在25℃～80℃下，交联反应2～8小时。
具体而言，将源自天然植物的β-葡聚糖溶于碱性水溶液中后，匀化(a-1)。所述碱性水溶液包括氢氧化钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、氢氧化钙水溶液、氢氧化钡水溶液、氢氧化铝水溶液、氨水。优选使用氢氧化钠水溶液，将pH调节为9～13之间(a-2)。接着，添加0.5～1.5％(v/v)的过氧化氢后，在100℃～180℃的温度以及1～2气压条件下水解10～90分钟(a-3)。
经水解的β-葡聚糖可以具有多种分子量。利用过滤装置，可以从经水解的β-葡聚糖中分离分子量为30000～300000Da的β-葡聚糖(a-4)。然后，将经分离的β-葡聚糖进行冻干。
将经冻干的β-葡聚糖溶于碱性水溶液中后，匀化。接着，混合透明质酸(a-5)。此时，优选以1:9～9:1的质量比混合β-葡聚糖和透明质酸。
接着，添加交联剂(b)。所述交联剂可以含有环氧(Epoxide)基团、表卤代醇(Epihalohydrin)基团以及二乙烯砜(Divinylsulfone)基团中的至少一个。例如，所述环氧基团可以选自1,4-丁二醇二缩水甘油醚(1,4-Butandiol diglycidyl ether，BDDE)、乙二醇二缩水甘油醚(Ethylene glycol diglycidyl ether，EGDGE)、1-(2,3-环氧丙基)-2,3-环氧环己烷(1-(2,3-Epoxypropyl)-2,3-epoxycyclohexane)、1,2-乙二醇二缩水甘油醚(1,2-Ethandiol diglycidyl ether)以及它们的混合物中。优选采用其中的1,4-丁二醇二缩水甘油醚，其稳定性被证实，与其他交联剂相比，炎症或过敏反应少，所述交联剂的添加量可以是，添加交联剂之前的β-葡聚糖以及透明质酸的混合物的总体积的0.1～5.0％(v/v)。
接着，在25℃～80℃下，杂化交联反应2～8小时(c)。完成交联反应时，可以利用盐酸中和为生理pH(7.4)，洗涤，冻干。
通过上述的制备方法可以制备本发明的生物相容性组合物。本发明的生物相容性组合物可以用作植入人体内的手术用器具、假体、填充物、化妆品材料等。
发明的实施方式
下面，通过本发明的实施例进一步详细说明本发明的生物相容性组合物的制备方法，另一方面，本发明并非局限于这些实施例。
<实施例>
1、β-葡聚糖水溶液的制造以及水解
获取了从灰树花(Grifola frondosa)提取的β-葡聚糖。所述β-葡聚糖是在β-1,3上具有侧链的β-1,6-葡聚糖。将20g的所述β-葡聚糖粉末溶于100ml的1.0％的氢氧化钠溶液中，匀化至得到透明的溶液后，添加了1.0％(v/v)的过氧化氢。然后，在121℃下，对β-葡聚糖进行60分钟的高温高压(121℃，1.2气压)处理，使其水解。利用超滤装置，按照不同的分子量分馏经水解的β-葡聚糖后，冻干，将其结果示于表1中。
表1
[表1]
分子量 水解前 水解后
300000Da以上 18.9g 4.2g
100000Da～300000Da - 2.6g
30000Da～100000Da - 6.2g
损失(g) 1.1g 7.0g
2、杂化交联组合物的制备
将4g的30000～300000Da的低分子β-葡聚糖粉末溶于100ml的1.0％的氢氧化钠溶液中，匀化至得到透明的溶液。制备4.0％(w/v)的透明质酸水溶液后，将其添加到低分子β-葡聚糖水溶液中，通过搅拌使其均匀混合。添加相对于所获得的β-葡聚糖以及透明质酸混合物总体积为0.3％(v/v)的BDDE(1,4-butandiol diglycidyl ether：1,4-丁二醇二缩水甘油醚)后，在60℃下，交联反应6小时。交联反应结束后，添加5N盐酸(HCl)，将pH中和为生理pH(7.4)。用乙醇洗涤经制备的杂化交联组合物3～4次后，冻干而得。
<实验例1-膨胀度>
在表2中示出了对于在实施例制备的生物相容性组合物(实施例)的膨胀度以及对于未交联透明质酸的低分子量的β-葡聚糖(比较例)的膨胀度的测定结果。利用下面的公式，计算了经实施例的冻干后测定生物相容性组合物的重量(干重，Wd)以及在生理盐水中膨胀24小时后去除表面的水分并进行测定的重量(膨胀重量，Ws)。
[膨胀度＝(Ws-Wd)/Wd]
表2
[表2]
区分 膨胀重量(Ws) 干重(Wd) 膨胀度(Ws-Wd)/Wd
比较例 - 0.34g 溶解(无法测定)
实施例 8.18g 0.34g 23.06
图2是拍摄生物相容性组合物在实验例1的生理盐水中膨胀的状态的图像。
<实验例2-注射器挤出性>
为了测定实验例1中经膨胀的生物相容性组合物的被挤出的力，填充到1cc注射器后，通过27G×1/2"注射针测定了组合物是否被挤出。
图3是拍摄通过注射针挤出本发明的生物相容性组合物的状态的图像。如图3所示，通过27G注射针容易挤出本发明涉及的30000～300000Da的低分子β-葡聚糖以及透明质酸的杂化交联组合物，另外表现出了优秀的粘弹性。
<实验例3-对于热的稳定性>
为了比较测定本发明的生物相容性组合物(实施例)以及商用交联透明质酸(比较例)对于热降解的稳定性，在121℃下高温高压处理60分钟，比较了灭菌前和灭菌后的各粘度。用Brookfield粘度计(Brookfield Rheometer)测定粘度，并将其结果示于表3中。利用从Sigma-Aldrich公司购买的分子量为150000～300000Da的透明质酸，制备4.0％(w/v)的透明质酸水溶液后，添加相对于透明质酸水溶液总体积为0.3％(v/v)的BDDE(1,4-butandiol diglycidyl ether：1,4-丁二醇二缩水甘油醚)后，在60℃下，交联反应6小时，制备了比较例的交联透明质酸。
表3
[表3]
区分 灭菌前粘度(cP) 灭菌后粘度(cP) 粘度减小
比较例 942 645 31.5％
实施例 3164 2812 11.1％
如所述表3所示，与比较例相比，本发明的生物相容性组合物对于热降解的稳定性突出。
<实验例4-对于酶降解的稳定性>
比较调查了1.0％透明质酸水溶液(比较例)以及生物相容性组合物(实施例)的耐透明质酸酶(hyaluronidase)的稳定性。在实施例和比较例中分别添加1500IU的透明质酸酶，在37℃下反应30分钟后，用Brookfield粘度计(Brookfield Rheometer)测定粘度，并将其测定结果示于表4中。
表4
[表4]
Figure BDA0001316891030000071
如所述表4所示，与比较例相比，本发明的生物相容性组合物对于生物体内酶降解的稳定性更加突出。
实用性
本发明涉及生物相容性组合物的制备方法以及通过该方法制备的生物相容性组合物，可以用作人体植入用假体、填充物等的医用以及化妆品用材料。

Claims (9)

1.一种用作人体植入的生物相容性填充组合物，其中，
由β-葡聚糖(β-Glucan)和透明质酸(Hyaluronic acid)杂化交联(hybrid-Crosslinked)而成，其中所述β-葡聚糖包括在β-1,3上具有侧链的β-1,6-葡聚糖，所述β-葡聚糖源于灰树花(Grifola frondosa)菌丝体，所述β-葡聚糖的分子量为30,000～300,000Da。
2.根据权利要求1所述的生物相容性填充组合物，其中，
所述生物相容性组合物通过以1:9～9:1的质量比混合β-葡聚糖和透明质酸来制备。
3.一种权利要求1或2所述用作人体植入的生物相容性填充组合物的制备方法，其中，包括如下步骤：
(a)将分子量为30000～300000Da的β-葡聚糖(β-Glucan)和透明质酸(Hyaluronicacid)进行混合；以及
(b)添加交联剂，所述交联剂含有环氧(Epoxide)基团、表卤代醇(Epihalohydrin)基团以及二乙烯砜(Divinylsulfone)基团中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的生物相容性填充组合物的制备方法，其中，
所述步骤(a)包括如下步骤：
对β-葡聚糖进行水解；
利用过滤装置，分离分子量为30000～300000Da的β-葡聚糖；以及
将分离的β-葡聚糖和透明质酸进行混合。
5.根据权利要求3所述的生物相容性填充组合物的制备方法，其中，
所述步骤(a)包括如下步骤：
在碱性水溶液中稀释β-葡聚糖；以及
将稀释的水溶液的pH调节为9～13。
6.根据权利要求3所述的生物相容性填充组合物的制备方法，其中，
在所述步骤(a)中，将所述β-葡聚糖和所述透明质酸以1:9～9:1的质量比混合。
7.根据权利要求3所述的生物相容性填充组合物的制备方法，其中，
所述步骤(b)中的交联剂选自1,4-丁二醇二缩水甘油醚(1,4-Butandiol diglycidylether，BDDE)、乙二醇二缩水甘油醚(Ethylene glycol diglycidyl ether，EGDGE)、1-(2,3-环氧丙基)-2,3-环氧环己烷(1-(2,3-Epoxypropyl)-2,3-epoxycyclohexane)、1,2-乙二醇二缩水甘油醚(1,2-Ethandiol diglycidyl ether)以及它们的混合物。
8.根据权利要求3所述的生物相容性填充组合物的制备方法，其中，
在所述步骤(b)中，将相对于所述步骤(a)的由β-葡聚糖和所述透明质酸混合而成的混合物的总体积为0.1～5.0％(v/v)的交联剂添加到所述混合物中。
9.根据权利要求3所述的生物相容性填充组合物的制备方法，其中，在所述步骤(b)的添加交联剂之后，进一步包括如下步骤：
(c)在25℃～80℃下，交联反应2～8小时。
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