CN108853581B - 一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座及其制备方法。义眼座具有内部孔道完全贯通的多孔结构，孔隙率为50～85％，孔道内径为150～800um，孔壁上采用水凝胶对其进行改性。其制备方法为：1)Medpor义眼座的内表面改性，2)制备高分子聚合物悬浮溶液，3)负压条件下，将高分子聚合物导入内表面改性的Medpor义眼座中，用交联剂交联，即得所需的水凝胶复合多孔义眼座。本发明的义眼座具有仿生细胞外基质，提高材料生物相容性，促进血管生成细胞的粘附和增殖，促进眼座的快速血管化，从而可降低眼座植入术后眼座暴露、感染等并发症的发生，具有良好的应用价值。

Description

一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用生物材料中的一种Medpor义眼座及其制备方法，特别是涉及了一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座及其制备方法。

背景技术

眼球摘除术是目前治疗绝对期青光眼、眼球严重破裂伤、眼内恶性肿瘤最终的手术治疗方案，但术后眼球缺失所致的永久性视力丧失、上睑塌陷、和眼窝凹陷，给患者带来沉重的精神和心理负担。选择行眼座植入术弥补眶内容物缺失并配戴合适的义眼片，是修复眼球缺失、恢复面部外观较为理想的治疗方案。

目前，临床使用的眼座材料主要有羟基磷灰石(HA)、高密度聚乙烯(Medpor)、甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和氧化铝等，其中以HA眼座和Medpor眼座应用最为广泛。HA眼座是由天然珊瑚的碳酸钙在特殊的条件下经化学反应转化为多孔羟基磷灰石磷酸钙而制得，由于天然珊瑚羟基磷灰石义眼台价格昂贵，再者为了保护生态环境及深海资源，各国政府已经禁止采挖天然珊瑚。高密度多孔聚乙烯植入物(Medpor)是在20世纪80年代后期引入眼眶整形并已被广泛接受的作为HA眼座的替代品，是目前国内外较为主流的眼座植入材料。

随着义眼座在临床的广泛应用，其并发症也日益暴露并受人关注，其中眼座暴露、眼座感染是最为常见的并发症，而眼座血管化不足是眼座感染、暴露的主要原因。眼座植入眼眶后新生血管及纤维结缔组织沿微孔缓慢从外周向中央生长，此过程即为眼座血管化。动物模型发现Medpor材料炎症反应较HA材料轻，但纤维血管化相对滞后。血管化不足导致暴露和感染风险增加。若感染难以控制，最终导致不得不将眼座取出，给患者的身心健康带来了巨大的二次伤害。因此，改善Medpor眼座材料的理化性能和生物活性，促使义眼座尽早血管化，是降低眼座暴露、感染风险，减少并发症发生的有效途径。

眼座植入眼眶后，材料表面依次发生一系列生物反应，如血浆蛋白吸附，血管内皮细胞和成纤维细胞粘附、增殖等，以建立有利于血管新生的微环境，从而使得纤维血管和结缔组织逐步长入，材料与组织最终融为一体。然而Medpor材料为多孔疏水支架，细胞粘附力弱，从而在一定程度上影响了材料表面血浆蛋白的吸附，以及血管内皮细胞和成纤维细胞粘附；此外多孔材料的孔径过大，大于内皮细胞和成纤维细胞的尺寸，细胞沿着孔壁呈2D生长，无法模拟3D的生长环境，而且多孔疏水结构也不利于保存新合成的细胞外基质的沉淀。细胞外基质(ECM)是由动物细胞合成并分泌到胞外，分布在细胞表面或细胞之间的蛋白质和多糖等大分子构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。有研究表明模拟天然细胞外基质的具有特定结构和功能的生物活性支架，能够在体外有效地促进细胞的粘附、增殖和分化。

明胶是胶原蛋白经部分变性或化学处理水解得到的天然产物。胶原蛋白是由动物的结缔组织中提取出来的蛋白质，是构成细胞外基质的主要成分。二者的氨基酸组成大致相同，在化学成分上很相似。明胶具有优良的物理化学性能，亲水性强。同时，它来源广泛、价格低廉，具有很好的生物相容性，在组织工程支架材料中应用广泛。壳聚糖是一种具有生物可降解性和生物活性的天然高分子聚合物，其结构和性质与细胞外基质的主要成分氨基葡聚糖类似，具有良好的生物相容性且来源广泛、成本低廉。壳聚糖制成的细胞支架能够为细胞生长提供理想的支架外环境，是理想的细胞外基质材料，已广泛应用于骨、软骨、皮肤等组织工程中。

肝素是一类具有优异抗凝血特性的天然聚阴离子，具有生长因子结合位点，能够捕获VEGF等生长因子。肝素因其对生长因子的活性具有一定的保护作用而备受重视，大量研究表明肝素化的支架能够有效地促进血管化。但是肝素的分子量较低，加工和机械性能差，很难作为单一组分构建生物材料体系。基于肝素对生物活性因子的特异性保护作用，通过对肝素分子组成和结构的模拟，一类经磺化改性的生物大分子被广泛应用于生物活性因子的保护，如磺化壳聚糖和磺化纤维素等，因其具有类肝素的结构和特征反应而受到广泛的关注。研究表明，磺化壳聚糖上带负电的磺酸基团和生长因子上带正电的赖氨酸残基或精氨酸残基的特异性相互作用，可以有效保持生长因子的构象，从而延长生长因子的活性。

目前针对眼座材料促血管化的研究主要聚焦于将外源性细胞因子如VEGF、bFGF、EGF等添加到材料中而达到快速血管化的目的，但是该类生长因子存在费用昂贵，细胞因子易失活，保存条件要求高等问题。

发明内容

为了克服背景技术中Medpor义眼座血管化不足导致眼座感染、暴露的技术问题，本发明的目的在于提供一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座及其制备方法，促进快速血管化。

本发明采用的技术方案是：

一、一种明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座：

所述的义眼座是一种由明胶/磺化聚合物水凝胶改性获得的Medpor义眼座。

所述的义眼座为多孔高密度聚乙烯聚合物制成的圆球形，直径为12～24mm，义眼座内部具有互相贯穿的多孔网络结构，孔隙率为50％～85％，孔道孔径在150～800um，孔道壁由明胶/磺化聚合物水凝胶改性。

二、一种明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座的制备方法：

1)表面改性处理Medpor义眼座多孔支架内表面，得到内表面改性的Medpor义眼座，备用；

2)将高分子聚合物导入内表面改性的Medpor多孔义眼座中，得到水凝胶表面改性的明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座。

所述步骤2)中的高分子聚合物通过磺化反应将其制备成磺化聚合物后导入到内表面改性的Medpor多孔义眼座中，具体为：

2.1)在冰水浴条件下，将一定量的氯磺酸加入二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌均匀，制备得到氯磺酸-DMF磺化试剂；

2.2)将高分子聚合物均匀分散在溶解溶剂中，制得高分子聚合物悬浮溶液；

2.3)在60℃下，高分子聚合物悬浮溶液中加入一定体积的氯磺酸-DMF磺化试剂进行磺化反应，然后加入足量无水乙醇后收集沉淀物，沉淀物经无水乙醇清洗若干次后溶解于水中，透析4-5天后，获得磺化聚合物。

所述步骤2)中将由高分子聚合物制成的磺化聚合物后导入到内表面改性的Medpor多孔义眼座中，具体为：在负压条件下，将不同比例的明胶和磺化聚合物导入内表面改性的Medpor多孔义眼座中，采用交联剂交联处理得到明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座。

所述的明胶和磺化壳聚糖的比例为1-10％:10-1％范围内的比例。

所述步骤1)中的表面改性采用溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法、原子力显微探针震荡法中的一种或者几种的任意组合。其中等离子体处理法是辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电、微波放电或者几者的任意组合。

所述的高分子聚合物是天然的或者合成的亲水性高分子聚合物的任意一种或者几种的组合。

所述的天然的亲水性高分子聚合物包括多糖类(如壳聚糖，透明质酸，硫酸软骨素，硫酸皮肤素，海藻酸，纤维素，淀粉等)和多肽类(如明胶，胶原，聚L-赖氨酸，聚L-谷氨酸等)；

所述的合成的高分子聚合物包括亲水的醇(如聚乙二醇，聚乙烯醇等)和丙烯酸及其衍生物类(如聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等)。

优选的，所述的天然的高分子聚合物为糖胺聚糖或多糖，包括壳聚糖，透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、纤维素、淀粉的任意一种，其用量为1g-4g，将其均匀分散在溶解溶剂。

所述步骤3)中的溶解溶剂为二氯乙酸-DMF混合溶液、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液和乙酸溶液中的任意一种。

所述步骤2.1)中，氯磺酸用量为4-8ml，二甲基甲酰胺(DMF)用量为10-40ml，搅拌均匀，制备得到氯磺酸-DMF磺化试剂。

所述步骤2.3)中，所述的氯磺酸-DMF磺化试剂的用量为5ml-20ml，反应时间为1～4h。通过改变氯磺酸-DMF磺化试剂的加入量与反应时间调节制备具有不同磺化率的磺化聚合物。

所述的交联剂是京尼平、戊二醛、环氧氯丙烷、三偏磷酸钠、己异二氰酸酯、碳化二亚胺和叠氮二苯基磷中的一种或几种的任意组合。

本发明采用磺化聚合物，具有类肝素的特性，能特异性保护生物活性因子，也进一步为眼座材料的血管化提供了协同增效作用。

本发明具有的有益效果是：

(1)针对Medpor眼座材料的自身特点，从材料本质上进行亲水改性，并采用良好生物相容性的高分子聚合物水凝胶进行表面修饰，仿生模拟细胞外基质，有利于眼座植入后，细胞在材料表面的粘附和增殖，促进血管生长。

(2)水凝胶中的磺化聚合物，除了具有模拟细胞外基质促进细胞粘附增殖外，还因其具有类肝素的特性，可有效地促进血管化。

(3)目前常用的添加生长因子促进义眼座血管化的方法存在价格昂贵，生长因子易失活等缺点，而本发明采用的明胶/壳聚糖水凝胶修饰促血管化的方法，原料来源广泛，成本低廉，易于保存，因而更易于临床推广。

综合来说，本发明的义眼座具有仿生细胞外基质，提高材料生物相容性，促进血管化的优点，从而可降低眼座植入术后眼座暴露、感染等并发症的发生，具有良好的应用价值。

附图说明

图1是具体实施例1的水凝胶多孔复合Medpor义眼座的实际放大后表面纹理结构示意图。

图中：1、Medpor多孔眼座，2、孔道内明胶，3、孔道内磺化聚合物。

图2是实施例1的义眼台等离子体处理前后的扫描电镜照片；(A/B)Medpor多孔眼座等离子体改性前，(C/D)Medpor多孔眼座等离子体改性后。

图3是实施例1的磺化壳聚糖的核磁共振碳谱图，表明壳聚糖3,6位被磺化。

图4是改性前后义眼台表面血管内皮细胞荧光显微镜观察结果；(A)单纯的多孔眼座，(B)改性后的多孔眼座，白色箭头表示血管内皮细胞在水凝胶复合改性后的多孔眼座表面粘附更多。

图5是改性前后义眼台MTT法检测血管内皮细胞增殖结果，显示改性义眼座的细胞增殖优于单纯的义眼座，提示改性后的义眼座具有更高的生物相容性。

图6是改性前后义眼台植入后4周血管化情况及组织切片染色结果图；(A)单纯的多孔眼座，(B)改性后的多孔眼座，黑色箭头表示肉眼明显可见的新生血管长入，(C)改性后的多孔眼座组织切片染色结果，白色箭头表示长入的新生血管管腔。

具体实施方式

本发明用下列实施例来解释说明本发明，但不应理解为对本发明的限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。所有实施例使用试剂不低于分析纯标准。

本发明的实施例如下：

实施例1

1)采用等离子体表面处理Medpor义眼座多孔支架内表面，备用。实施例的Medpor义眼座多孔支架为临床常用的高密度多孔聚乙烯义眼座(Medpor，Porex Surgical Inc,Newnan,GA，USA)。

本实施例采用等离子体处理仪DT-1型，以空气中的氧气等离子体对高密度多孔聚乙烯眼座进行内表面改性，引入含氧的极性基团，提高材料的亲水性。方法为将Medpor多孔支架放入培养皿，放入真空仓内，置于距离电极3cm处，在20Pa的工作压力下，使用高频电源放电处理20分钟，即得内表面改性的Medpor眼座，其扫描电镜照片如图2所示。

2)先取5ml氯磺酸，在冰水浴条件下，加入到20ml二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌后制得氯磺酸-DMF磺化试剂。

3)将称取的1.5g壳聚糖，加入到60ml的DMF中，再加入2ml二氯乙酸，充分搅拌后制得壳聚糖悬浮溶液。

4)在60℃条件下，在步骤3)获得的壳聚糖悬浮溶液中加入5ml的氯磺酸-DMF磺化试剂，磺化反应1.5h，然后经反复无水乙醇清洗后收集沉淀物，重新溶解于双蒸水中，再透析5天后，经冷冻干燥获得所制备的磺化壳聚糖，磺化壳聚糖的核磁共振碳谱如图3所示。

5)在负压条件下，将明胶和磺化聚合物按照5％(w/w):1％(w/w)的比例混合导入内表面改性的Medpor多孔义眼座中，采用1％京尼平交联剂交联60分钟，得到明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座，如图1所示，1、Medpor多孔眼座1内具有互相贯穿的多孔网络结构，具有孔道内明胶2和孔道内磺化聚合物3。

实施例1的验证

本发明选用3月龄雄性大鼠，体重250g±10g，由浙江大学医学动物实验中心提供，所有动物实验操作均遵守浙江大学医学院动物实验伦理学规定。按10％水合氯醛0.25ml/100g的用量实施腹腔麻醉后，背部备皮，常规消毒铺巾。取背部正中纵行切口，长约3cm，游离皮下，显露腰背筋膜，在离正中线约5mm处纵向切开腰背筋膜，深至肌层表面，切开长约2.5cm，切口外侧腰背筋膜与肌层表面之间做钝性分离，形成一个袋状结构，将实施例制备的义眼座灭菌后植入该袋状结构中。缝合腰背筋膜切口。仔细止血，清洗伤口后逐层关闭创口，缝合皮肤。术后青霉素40万单位肌肉注射。正常喂食。4周后处死大鼠，观察义眼座与周围组织情况。

实验结果中，改性前后义眼台表面血管内皮细胞荧光显微镜观察结果如图4所示，图中白色箭头表示血管内皮细胞在水凝胶复合改性后的多孔眼座表面粘附更多。改性前后义眼台采用MTT法检测血管内皮细胞增殖结果如图5所示，图中显示改性义眼座的细胞增殖优于单纯的义眼座，改性后的义眼座具有更高的生物相容性。

实验结果还发现实施例义眼座周围组织和血管长入孔道中，筋膜面可见清晰的血管长入，但是单纯Medpor义眼座血管化程度显著偏低(图6)。

由上述实施例可知，本发明的义眼座能实现孔道内快速血管化，减少眼座暴露、感染的风险，在眼窝重建中具有突出的技术效果和广泛的临床应用前景。

Claims (8)

1.一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座，其特征在于：所述的义眼座是一种由明胶/磺化聚合物水凝胶改性获得的Medpor义眼座；

所述的义眼座为多孔高密度聚乙烯聚合物制成的圆球形，直径为12~24mm，义眼座内部具有互相贯穿的多孔网络结构，孔隙率为50%~85%，孔道孔径在150~800um，孔道壁由明胶/磺化聚合物水凝胶改性；

所述的义眼座采用以下方法制备而成，方法步骤如下：

1）表面改性处理Medpor义眼座多孔支架内表面，得到内表面改性的Medpor义眼座；

2）将高分子聚合物导入内表面改性的Medpor多孔义眼座中，得到明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座；

所述步骤2）中的高分子聚合物通过磺化反应将其制备成磺化聚合物后导入到内表面改性的Medpor多孔义眼座中，具体为：

2.1）在冰水浴条件下，将氯磺酸加入二甲基甲酰胺（DMF）中，搅拌均匀，制备得到氯磺酸-DMF磺化试剂；

2.2）将高分子聚合物均匀分散在溶解溶剂中，制得高分子聚合物悬浮溶液；

2.3）在60℃下，高分子聚合物悬浮溶液中加入氯磺酸-DMF磺化试剂进行磺化反应，然后加入足量无水乙醇后收集沉淀物，沉淀物经无水乙醇清洗若干次后溶解于水中，透析4-5天后，获得磺化聚合物；

在负压条件下，将明胶和磺化聚合物导入内表面改性的Medpor多孔义眼座中，采用交联剂交联处理得到明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座。

2.一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座的制备方法，其特征在于方法步骤如下：

1）表面改性处理Medpor义眼座多孔支架内表面，得到内表面改性的Medpor义眼座；

2）将高分子聚合物导入内表面改性的Medpor多孔义眼座中，得到明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座；

所述步骤2）中的高分子聚合物通过磺化反应将其制备成磺化聚合物后导入到内表面改性的Medpor多孔义眼座中，具体为：

2.1）在冰水浴条件下，将氯磺酸加入二甲基甲酰胺（DMF）中，搅拌均匀，制备得到氯磺酸-DMF磺化试剂；

2.2）将高分子聚合物均匀分散在溶解溶剂中，制得高分子聚合物悬浮溶液；

2.3）在60℃下，高分子聚合物悬浮溶液中加入氯磺酸-DMF磺化试剂进行磺化反应，然后加入足量无水乙醇后收集沉淀物，沉淀物经无水乙醇清洗若干次后溶解于水中，透析4-5天后，获得磺化聚合物；

在负压条件下，将明胶和磺化聚合物导入内表面改性的Medpor多孔义眼座中，采用交联剂交联处理得到明胶/磺化聚合物水凝胶复合Medpor义眼座。

3.根据权利要求2所述的一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座的制备方法，其特征在于：所述的高分子聚合物是天然的或者合成的亲水性高分子聚合物的任意一种或者几种的组合。

4.根据权利要求3所述的一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座的制备方法，其特征在于：所述的天然的高分子聚合物为糖胺聚糖或多糖。

5.根据权利要求4所述的一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座的制备方法，其特征在于：所述的天然的高分子聚合物包括壳聚糖，透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、纤维素、淀粉的任意一种。

6.根据权利要求2所述的一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座的制备方法，其特征在于：所述步骤2.2）中的溶解溶剂为二氯乙酸-DMF混合溶液、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液和乙酸溶液中的任意一种。

7.根据权利要求2所述的一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座的制备方法，其特征在于：所述步骤2.1）中，氯磺酸用量为4-8ml，二甲基甲酰胺（DMF）用量为10-40ml，搅拌均匀，制备得到氯磺酸-DMF磺化试剂。

8.根据权利要求2所述的一种高分子聚合物水凝胶复合Medpor义眼座的制备方法，其特征在于：所述的交联剂是京尼平、戊二醛、环氧氯丙烷、三偏磷酸钠、己异二氰酸酯、碳化二亚胺和叠氮二苯基磷中的一种或几种的任意组合。

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