CN108853595A - 一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法 - Google Patents

一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，包括：（1）交联玻尿酸微粒的制备；（2）磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备：将磷酸二氢铵混合在去离子水中，并用氢氧化钠调整为偏碱性的溶液；之后将硝酸钙和步骤（1）制备的玻尿酸微粒依序加入到磷酸二氢铵的溶液中，将溶液用筛子过滤，将过滤后的悬浮液收集后离心，冷冻干燥后存放于4°C中备用。本发明发展并合成了以玻尿酸为基质的球状微粒，同时在这些微粒的表面镀上磷酸钙藉此保护它们免于被身体的酵素所降解且能延长在皮肤上的效用。由于磷酸钙是人体牙齿与骨骼主要的矿物质成分，因此磷酸钙有着高度的生物兼容性与可降解性，本发明可广泛地应用在长效型的皮下注射填充物。

Description

一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法
技术领域
本发明涉及一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，属于医疗器材制造技术领域。
背景技术
人类皮肤中的真皮层(dermis)主要是由一个紧密且富含胶原蛋白的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)所组成，且细胞外基质包含有蛋白多糖(proteoglycans),纤维蛋白(fibrous proteins)，沾黏分子(adhesion molecules)和不同种类的金属基质蛋白酶(metalloproteinase)。
目前探讨皮肤老化的形成分为内在与外在的因素，而这些老化因素皆会降低皮肤结构的完整性与皱纹的生成。由于基因的调控，内生性的老化会影响每个人全身的皮肤组织，差别在于每个人不同的老化速度。而外在的因素大多来自于环境的影响，如: 太阳辐射、烟害或是者是空气污染等，皆会造成过多的活性氧化物质(Reactive Oxygen Species,ROS)在我们周遭的环境中。
目前皮肤老化的研究大多关注在长期暴露紫外线所造成的「光老化」(photoaging)，研究发现紫外线会增加基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMPs)的合成与活性，同时也会造成细胞中氧化性伤害以及自由基与活性氧化物质的累积。此外，过多的活性氧化物质亦会刺激丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated proteinkinase, MAPK)的活化，并进一步活化AP-1(Activator protein-1)转录因子。AP-1转录因子会抑制胶原基因的表达，同时刺激基质金属蛋白基因，MMP-1, -3, -9的基因转录。活化的基质金属蛋白酶会直接降低皮肤的胶原纤维因而造成皱纹的生成。
目前美国食品药物管理局(U.S.FDA)核准使用的皮肤填充物有:
胶原蛋白(Collagen): 是早期(1993~2001)唯一针对软组织增生的皮肤填充物。然而胶原蛋白有着过敏反应的风险，因此脸部回春的效果有限；同时胶原蛋白在体外的耐久性也是有限制。
玻尿酸(Hyaluronic acid, HA): 一种是由双糖基本结构组成的糖胺聚糖，是一种由葡萄糖醛酸和乙酰葡萄糖胺重复结构的交联聚合物，它提供了一个非过敏性与长效性的皮肤填充物。玻尿酸以一种聚阴离子聚合物的形式存在生理环境中，因此可以很容易和水分子结合。虽然玻尿酸有着优秀的生物兼容性与亲水性，但是它 在生物组织内的半衰期却只有1-2天；这个过程会造成透明质酸和自由基裂解成非交联性的玻尿酸碎片，接着会转变成水与二氧化碳。因此目前会使用乙烯砜、丁二醇二缩水甘油醚与过氧化酮来增进玻尿酸在软组织中的机械性质与生命周期。
羟基磷灰石(Calcium Hydroxyapatite, CaHA): CaHA填充物是由大约30%的CaHA微粒(25-45 μm)所组成，这些微粒是悬浮在羧甲基纤维素胶体中。羟基磷灰石的优点是持久性与较小的注射量。注射后，这些注射凝胶会被身体吸收，剩下的微粒会形成如支架的构造让新生皮肤组织靠着纤维母细胞而向内生长。时间一久，羟基磷灰石微粒会以钙离子与磷酸离子的形式崩解。
聚乳酸(Poly-L-Lactic acid, PLLA): PLLA是一种可吸收且高生物兼容性的合成生物可降解的聚合物，FDA在2009通过核准在化妆品的使用。PLLA的颗粒大小约40-63 μm，由于局部的组织反应会使得接受PLLA注射的用户皮肤组织体积的增加，然而这种「异物效果(foreign body effect)」会引起临床上潜在的发炎反应和纤维增生而导致胶原蛋白纤维的沉积，为了避免严重的发炎反应，PLLA的注射需要分成许多段的疗程，因此减低了治疗的效率。目前PLLA的注射一般不会运用在嘴唇与眶下缘凹陷处。
目前的皮肤填充物只能大约维持6到12个月，因此许多的治疗方法都需要改良出长效的能力。由于源自于天然的性质且易于被生物体内的酵素所降解，交联性玻尿酸目前正广泛地成为生物可降解性的皮下填充物。
研究发现，大约0.5-20 μm的微球会被皮肤上的许多细胞所吞噬，同时因为这些填充物的型态与表面化学特性，也会影响了这些微球填充物在体内的特性。目前业界在玻尿酸微粒的制备会产生了许多不规则的微粒，而这些不规则微粒比起球型微粒更会产生锐角，因此更容易使得身体产生异物感。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，使得玻尿酸能长期在皮肤组织内抵抗皮肤皱纹的生成并且降低了身体组织的排斥，进而达到了高度的生物兼容性与可分解性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，包括：
（1）交联玻尿酸微粒的制备方法：将玻尿酸溶液滴定到含有多库酯钠的正己烷中，并在室温中以600 rpm的速度搅拌；持续的搅拌后，加入乙烯砜，反应后用水冲洗微粒并过滤后冷冻干燥，即可取得交联玻尿酸微粒；
（2）磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法：将磷酸二氢铵混合在去离子水中，并用氢氧化钠调整为偏碱性的溶液；之后将硝酸钙和步骤（1）制备的玻尿酸微粒依序加入到磷酸二氢铵的溶液中，并在室温下以400 rpm的速度混合均匀；接着将溶液用筛子过滤，将过滤后的悬浮液收集后以4500 rpm的速度离心10分钟，冷冻干燥后存放于4°C中备用。
进一步地，步骤（1）中，所述多库酯钠的浓度为0.1M。
进一步地，步骤（1）中，所述玻尿酸和乙烯砜的重量比例为1～8:1。
进一步地，步骤（1）中，乙烯砜的浓度为3.4 w/v %。
进一步地，步骤（1）中，所述滤网的孔径为10μm。
进一步地，步骤（1）中，所述反应温度为25°C，所述反应所需时间为4小时。
进一步地，步骤（2）中，所述磷酸二氢铵的浓度为0.1M，所述氢氧化钠的浓度为0.1M，所述硝酸钙的浓度为0.06M。
进一步地，步骤（2）中，反应的溶液中钙离子与羧酸根的摩尔浓度比例为: Ca2+:COO- = 1～4:1。
进一步地，步骤（2）中，所述筛子的孔径为10μm。
进一步地，步骤（2）中，制得的磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的粒径大于20 μm。
本发明提供了一种表面镀有磷酸钙的玻尿酸微球，注射这些玻尿酸微球后，它们会提供皮肤的细胞外基质一个初始结构上的支持，同时表面的磷酸钙会刺激围绕在注射处的纤维母细胞去产生胶原蛋白；经过一段时间后，这些表面磷酸钙会降解成钙离子与磷酸根离子，而其余的玻尿酸微粒则会增大，提供了纤维母细胞周围的皮肤组织许多支撑，并进一步引发胶原蛋白的合成。
本发明所达到的有益效果：本发明发展并合成了以玻尿酸为基质的球状微粒，同时在这些微粒的表面镀上磷酸钙藉此保护它们免于被身体的酵素所降解且能延长在皮肤上的效用。由于磷酸钙是人体牙齿与骨骼主要的矿物质成分，因此磷酸钙有着高度的生物兼容性与可降解性。本发明可广泛地应用在长效型的皮下注射填充物。
附图说明
图1是交联玻尿酸微粒的电子显微镜(SEM)分析图；
图2是暗场与SEM的分析图在不同的[Ca2+]:[COO-]比例；
图3是小鼠注射4周后使用苏木精-伊红染色法所显示的结果；
图4是注射玻尿酸微球与磷酸钙玻尿酸微球的小鼠相较单纯注射磷酸盐缓冲液与一般玻尿酸的小鼠真皮组织厚度；
图5是注射了玻尿酸微球与磷酸钙玻尿酸微球的小鼠与单纯注射磷酸盐缓冲液小鼠的胶原蛋白组成结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，包括：
（1）本发明交联玻尿酸微粒的制备方法：准备四种玻尿酸（HA）与乙烯砜（DVS）的重量比例: 玻尿酸:乙烯砜分别为: 1:1, 3:1, 5:1和8:1。使用水乳油微胞(micelle)系统来调配出交联玻尿酸，方法是将玻尿酸溶液滴定到含有0.1M多库酯钠的正己烷(Hexane)，并在室温中以600 rpm的速度搅拌。持续的搅拌后，加入适量乙烯砜，反应温度为25°C，4小时后，用水冲洗这些微粒3次并过滤(10微米的滤网)后冷冻干燥，即可取得交联玻尿酸微粒(图1电子显微镜(SEM)分析图分别为a: HA:DVS=1:1; b: HA:DVS=3:1; c: HA:DVS=5:1; d: HA:DVS=8:1; scale bar=50 μm)。
（2）本发明配置含有磷酸钙修饰的玻尿酸微粒方法：使用0.1M的磷酸二氢铵混合在去离子水中，并用0.1M的氢氧化钠调整为偏碱性的溶液。之后用0.06M的硝酸钙和100 mg步骤（1）制备的玻尿酸微粒依序加入磷酸二氢铵的溶液中，并在室温下以400 rpm的速度混合均匀。本发明的磷酸钙中的钙离子与羧酸根的摩尔浓度比例分别为: Ca2+:COO- = 1:1,2:1, 4:1。接着将溶液以孔径10微米的筛子过滤，将过滤后的悬浮液收集后以4500 rpm的速度离心10分钟，冷冻干燥后存放于4°C中备用。(图2为暗场与SEM的分析图在不同的[Ca2 +]:[COO-]比例。a, b=1:1; c, d=2:1; e, f=4:1; scale bar=50 μm)。
于本发明中，磷酸钙修饰的交联玻尿酸在体外细胞培养与动物实验对于皮下填充物注射的实验材料与方法为：
于本发明中，体外(In vitro)细胞实验是使用老鼠的纤维母细胞株(fibroblastL929)来建立。L929细胞培养于10公分的培养皿中，其中细胞培养基(Dulbecco's modifiedeagle medium, DMEM)里添加了10%的胎牛血清(fetal bovine serum, FBS)、1%青霉素/链霉素(penicillin-streptomycin)。细胞培养于37°Ｃ且固定湿度与提供5%二氧化碳的培养箱(incubator)中。
本发明的细胞继代培养(subculture)是使用0.25%胰蛋白酶-乙二胺四乙酸(trypsin-EDTA)，一个星期操作两次。
动物模型的建立：取健康的C57BL/6小鼠，在刮除体毛与消毒后，控制组的小鼠皮下注射0.2 ml的生理食盐水，而实验组则是分为3组，分别是注射: 交联玻尿酸微粒、磷酸钙修饰的交联玻尿酸微粒以及非交联玻尿酸，以上3组的小鼠每次注射的量皆为20 mg/ml，每个实验组皆重复3次实验。4周后，将小鼠麻醉并取下皮肤的活体组织固定于10%的福尔马林溶液(formalin neutral-buffered solution)中24小时。
组织学分析：福尔马林固定后的小鼠皮肤组织，进行石蜡包埋(paraffinembedding)并切成5 μm的切片。接着以苏木精-伊红染色法(Hematoxylin&Eosin, H&Estaining)及Masson’s trichrome (MT staining)染色分析石蜡包埋的组织切片。真皮组织的厚度与胶原蛋白分布的分析与量化是采用Image J软件。
实验结果：图3(放大100X)为小鼠注射4周后使用苏木精-伊红染色法所显示的结果。由图示可看出磷酸钙修饰可以减少玻尿酸微球被动物体内酵素降解的可能性(图3e,f)，此外交联玻尿酸微球和磷酸钙修饰玻尿酸微球并没有从注射的地方迁移到皮肤组织的别处，因为注射物的迁移往往会造成并发症。(E: 表皮epidermis; D: 真皮dermis; S: 皮下组织subcutaneous)(a-d: scale bar=200 μm; e-f: 200X, scale bar=50 μm)。
图4显示为注射玻尿酸微球（HAp）与磷酸钙玻尿酸微球（HAp@CaP）的小鼠比起单纯注射磷酸盐缓冲液（PBS）与一般玻尿酸（HA）的小鼠真皮组织厚度确实有显著的增厚，表示交联性的玻尿酸微球确实可以促进胶原蛋白的合成进而导致真皮组织的增厚。
图5显示注射了玻尿酸微球（HAp）与磷酸钙玻尿酸微球（HAp@CaP）的小鼠所产生的胶原蛋白会多于单纯注射磷酸盐缓冲液（PBS）的小鼠 (scale bar=200 μm)。由于之前的文献有提出注射磷酸钙修饰玻尿酸微球的小鼠胶原蛋白组成会增加20%，因此比起单纯注射磷酸盐缓冲液之小鼠的统计数据结果p<0.05，显示两者之间具有显著的差异，本发明的磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球在皮下填充物的注射上的确优于控制组。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，包括：
（1）交联玻尿酸微粒的制备方法：将玻尿酸溶液滴定到含有多库酯钠的正己烷中，并在室温中以600 rpm的速度搅拌；持续的搅拌后，加入乙烯砜，反应后用水冲洗微粒并过滤后冷冻干燥，即可取得交联玻尿酸微粒；
（2）磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法：将磷酸二氢铵混合在去离子水中，并用氢氧化钠调整为偏碱性的溶液；之后将硝酸钙和步骤（1）制备的玻尿酸微粒依序加入到磷酸二氢铵的溶液中，并在室温下以400 rpm的速度混合均匀；接着将溶液用筛子过滤，将过滤后的悬浮液收集后以4500 rpm的速度离心10分钟，冷冻干燥后存放于4°C中备用。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（1）中，所述多库酯钠的浓度为0.1M。
3.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（1）中，所述玻尿酸和乙烯砜的重量比例为1～8:1。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（1）中，乙烯砜的浓度为3.4 w/v %。
5.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（1）中，所述滤网的孔径为10μm。
6.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（1）中，所述反应温度为25°C，所述反应所需时间为4小时。
7.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（2）中，所述磷酸二氢铵的浓度为0.1M，所述氢氧化钠的浓度为0.1M，所述硝酸钙的浓度为0.06M。
8.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（2）中，反应的溶液中钙离子与羧酸根的摩尔浓度比例为: Ca2+:COO- = 1～4:1。
9.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（2）中，所述筛子的孔径为10μm。
10.根据权利要求1所述的一种磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的制备方法，其特征是，步骤（2）中，制得的磷酸钙修饰的交联玻尿酸微球的粒径大于20 μm。
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