CN109364297A - 具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层的制备方法及其产品和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有生物活性的明胶‑聚乳酸胶束载药涂层的制备方法及其产品和应用，通过对聚酯表面进行化学键共价改性，将明胶接枝于表面，然后将载有药物的明胶‑聚乳酸胶束化学交联于明胶涂层表面，在聚酯材料表面涂覆高稳定性的明胶‑聚乳酸胶束涂层。通过该方法制备的载药生物活性涂层不仅克服了合成高分子和天然高分子之间的界面相容性差的问题，且将具有针对性治疗效果的药物牢牢负载于支架表面，相比于常用物理涂覆方法涂层，该涂层具有与基体键合力强，涂层稳定、载药量高等优势。

Description

具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层的制备方法及其 产品和应用
技术领域
本发明属于纳米生物医药涂层材料领域，涉及一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层的制备方法及其产品和应用。
背景技术
人工合成聚酯材料由于具有良好的生物相容性以及可降解性，被广泛应用于人体内植入骨支架材料及组织工程材料等方面。但是，人工合成聚酯材料缺乏活性功能基团，难以识别细胞信号分子，细胞与材料之间的细胞相容性差。因此，在聚酯基材料表面进行活化改性，不仅可以改善材料表面亲水性，增加组织相容性，而且可以引导受体细胞的增殖和分化。目前，针对聚酯基的表面活化改性，最行之有效的方法是对材料表面进行涂层，以涂层负载生物活性物质。但是常用物理涂层之间的界面结合力往往是范德华力，而范德华力作用力弱，涂层易脱落。化学法是通过化学键引入可与生物大分子反应的活性官能团，如在表面引入反应性官能团羟基、羧基或氨基等，然后与生物大分子反应。
聚合物胶束是具有典型核-壳结构的纳米颗粒，疏水性药物可通过物理作用进入胶束内核，有效改善其水中溶解度。明胶-聚乳酸共聚物作为双亲性聚合物胶束载体具有显著的优势：（1）聚乳酸具有优良的生物相容性和生物降解性，在体内可被逐渐分解成乳酸，最终代谢产物为二氧化碳和水，是FDA批准的可用作注射用微胶囊、医用手术缝合线和微球等注射剂的辅料；明胶是由骨骼、皮肤、韧带以及软骨的胶原部分水解的产物，本身就是一种生物大分子，所以以明胶-聚乳酸共聚物作为药物载体安全性极好。（2）聚乳酸疏水内核可显著提高某些难溶性药物的溶解度，如白藜芦醇、紫杉醇等，适用于包载疏水性药物。（3）与普通表面活性剂相比，具有相对较低的临界胶束浓度值和较好的稀释稳定性。
当明胶-聚乳酸胶束负载药物后，随着胶束的降解，可以达到药物在生物体内缓慢释放的效果。但是，合成高分子间与天然高分子间天然相互作用力弱，如何将明胶-聚乳酸胶束牢固涂覆于合成高分子表面是现代研究急需解决的课题。因此，在聚酯类材料表面涂覆高稳定性的明胶-聚乳酸胶束载药微球涂层具有较高的研究意义和应用价值。
发明内容
针对现有人工合成聚酯材料生物活性低，与组织亲和性差等缺点，本发明目的在于提供一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层的制备方法，其特征在于，通过对聚酯表面进行化学键共价改性，将明胶接枝于其表面，然后将载有药物的明胶-聚乳酸胶束化学交联于明胶涂层表面，在聚酯材料表面涂覆高稳定性的明胶-聚乳酸胶束涂层，包括如下步骤：
（1）聚酯材料表面处理：将聚酯基薄片浸泡在乙醇-水的混合液中超声2小时清洗，然后用大量去离子水冲洗，将清洗过的薄片置于1,6-己二胺和异丙醇的混合溶液中于454℃下反应5 min后，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得到氨基化的聚酯薄片；然后，将其置于1wt%的戊二醛溶液中，室温下反应3h，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得醛基功能化聚酯薄片；最后将其置于浓度为1~10 wt%的明胶溶液中交联反应24h，交联温度为4℃，清洗干燥得明胶接枝于表面的聚酯薄片；
（2）明胶/聚乳酸载药胶束的制备：将3g明胶与12g L-丙交酯置于三口烧瓶中，抽真空1小时后，溶解在20 mL 的二甲基亚砜（DMSO）溶剂中，加热溶解后加入质量份0.5%的辛酸亚锡作引发剂，在氮气氛围中于85℃搅拌反应24小时；反应停止后将冷却后的反应液转移至透析袋中，透析2-3天，除去未参与反应的反应物和剩余催化剂；透析结束后，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥，得到明胶-聚乳酸接枝共聚物；精确称取40.0 mg明胶-聚乳酸共聚物和4.0 mg所需负载药物，置于50 mL单口烧瓶中，加入10 mL乙腈溶解，在60℃下旋转蒸发半小时除去有机溶剂，真空干燥24h；加入10 mL去离子水，在45℃下水化10分钟，水化结束后，将所得混悬液于15000 r/min离心20分钟，经0.45 μm规格的微孔滤膜过滤得到载有药物的聚合物胶束；
（3）明胶-聚乳酸载药胶束涂层的制备：用无水乙醇配置一系列质量分数在1~50 mg/mL的明胶-聚乳酸载药胶束悬液，在超声条件下分散后，取50~200 µL胶束悬液滴至上述步骤（1）制备的明胶接枝于表面的聚酯薄片的表面上，置于4℃下干燥后，将上述膜片浸于1~5%的交联剂中，使明胶-聚乳酸胶束与明胶层进行交联反应，增加明胶-聚乳酸载药胶束涂层与聚酯薄片表面明胶层之间的界面结合力，浸泡10~60分钟后，用无水乙醇清洗样品3次，每次10分钟，去除样品中残留的交联剂，涂层支架冷冻干燥。
其中，所述的聚酯材料为人工植入可降解聚酯基材料，包括为聚左旋乳酸（PLLA）、聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）、聚乳酸-己内酯（PLA-PCL）、聚乳酸-三亚甲基碳酸酯-乙交酯（PLTG）中的一种。
所述的负载药物是促骨生长因子(rhBMP-2、TGF-β、bFGF) 、紫杉醇、白藜芦醇、庆大霉素中的一种。
所述的交联剂为京尼平（或称为：格尼泊素）、戊二醛、乙酸酐、二缩水甘油基乙醚、辛二亚氨酸甲酯中的一种。
本发明提供一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明提供一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层在应用于人体内植入骨支架材料及组织工程材料中的应用。通过该方法制备的载药生物活性涂层不仅克服了合成高分子和天然高分子之间的界面相容性差的问题，且将具有针对性治疗效果的药物牢牢负载于支架表面，相比于常用物理涂覆方法涂层，该涂层具有与基体键合力强，涂层稳定、载药量高等优势。
该明胶-聚乳酸载药胶束涂层具有涂层与基体键合力强、生物相容性好，载药量高等特点。本发明制备的明胶-聚乳酸载药胶束涂层性能稳定，不易与基体剥离，载药量高，不仅克服了合成高分子和天然高分子之间的界面相容性差的问题，且将具有针对性治疗效果的药物牢牢负载于支架表面。本发明中的制备方法简单易行，可操作性强，成本低，可为进一步的生产提供便利。
附图说明
图1为实施例1所制备的聚乳酸膜片表面化学修饰明胶的SEM图；
图2为实施例1所制备的聚乳酸膜片表面化学修饰明胶的FTIR图；
图3为实施例1所制备的明胶-聚乳酸胶束的TEM图；
图4为实施例1所制备的明胶-聚乳酸胶束的CMC图；
图5为实施例2所制备的聚（乳酸-三亚甲基碳酸酯-乙交酯）膜片表面化学修饰明胶的SEM图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1
一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层，通过对聚酯表面进行化学键共价改性，将明胶接枝于其表面，然后将载有药物的明胶-聚乳酸胶束化学交联于明胶涂层表面，在聚酯材料表面涂覆高稳定性的明胶-聚乳酸胶束涂层，按如下步骤制备：
（1）聚酯材料表面处理：将聚乳酸薄片浸泡在20 mL乙醇水的混合液中超声2小时清洗，然后用大量去离子水冲洗。首先将清洗过的薄片置于1,6-己二胺和异丙醇的混合溶液中于45 ºC下反应5 min后，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得到氨基化的薄片；然后将其置于1wt%的戊二醛溶液中，室温下反应3h，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得醛基功能化薄片；最后将其置于浓度为3 wt%的明胶溶液中交联反应24h，交联温度为4℃，清洗干燥。聚乳酸膜片表面经明胶化学修饰过后的SEM图见图1，由图1可见，明胶涂层表面致密均匀且光滑。聚乳酸膜片表面经明胶化学修饰过后的FTIR图如图2所示，接枝明胶后的聚乳酸不仅出现了与聚乳酸相同的红外吸收峰，而且在1639 cm-1和1541 cm-1处出现了明胶中酰胺带和酰胺带中C-N伸缩振动峰，表明明胶接枝于聚乳酸表面。
（2）明胶/聚乳酸载药胶束的制备：将3g明胶与12g L-丙交酯置于三口烧瓶中，抽真空1小时后，溶解在20 mL 的二甲基亚砜（DMSO）溶剂中，加热溶解后加入质量比0.5%的辛酸亚锡作引发剂，在氮气氛围中于85℃搅拌反应24小时。反应停止后将冷却后的反应液转移至透析袋中，透析2-3天，除去未参与反应的反应物和剩余催化剂。透析结束后，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥，得到明胶-聚乳酸接枝共聚物。
精确称取40.0 mg明胶-聚乳酸共聚物和4.0 mg rhBMP-2，置于50 mL单口烧瓶中，加入10 mL乙腈溶解，在60℃下旋转蒸发半小时除去有机溶剂，然后将其真空干燥24h。加入10 mL去离子水，在45 °C下水化10分钟。水化结束后，将所得混悬液于15000 r/min离心20分钟，经0.45 μm规格的微孔滤膜过滤得到载有白藜芦醇的聚合物胶束。
（3）明胶-聚乳酸载药胶束涂层的制备：用无水乙醇配置质量分数为10 mg/mL的明胶-聚乳酸载药胶束悬液，在超声条件下分散后，取100 µL胶束悬液滴至上述第一步过程中制备的经明胶改性过后的聚酯表面，置于4℃下干燥后，将上述膜片浸于2.5%的交联剂中，使明胶-聚乳酸胶束与明胶涂层进行交联反应，增加明胶-聚乳酸载药胶束涂层与明胶涂层之间的界面结合力，浸泡30分钟后，用无水乙醇清洗样品3次，每次10分钟，去除样品中残留的交联剂，涂层支架冷冻干燥。
图3为明胶-聚乳酸胶束的TEM图像。由图可见，该纳米胶束的平均粒径为270 nm。
图4为明胶-聚乳酸胶束的浊点图。由图可见，该胶束的临界胶束浓度（CMC值）为0.468 mg/mL。
实施例2
一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层，与实施例1近似，按如下步骤制备：
（1）聚酯材料表面处理：将聚（乳酸-三亚甲基碳酸脂-乙交酯）薄片浸泡在20 mL乙醇水的混合液中超声2小时清洗，然后用大量去离子水冲洗。首先将清洗过的薄片置于1,6-己二胺和异丙醇的混合溶液中于45℃下反应5 min后，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得到氨基化的薄片；然后将其置于1 wt%的戊二醛溶液中，室温下反应3h，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得醛基功能化薄片；最后将其置于浓度为3 wt%的明胶溶液中交联反应24h，交联温度为4℃，清洗干燥。聚（乳酸-三亚甲基碳酸脂-乙交酯）膜片表面经明胶化学修饰过后的SEM图如图5所示，明胶涂层表面致密均匀且光滑。
（2）明胶/聚乳酸载药胶束的制备：将3g明胶与12g L-丙交酯置于三口烧瓶中，抽真空1小时后，溶解在20 mL 的二甲基亚砜（DMSO）溶剂中，加热溶解后加入质量比0.5%的辛酸亚锡作引发剂，在氮气氛围中于85℃搅拌反应24小时。反应停止后将冷却后的反应液转移至透析袋中，透析2-3天，除去未参与反应的反应物和剩余催化剂。透析结束后，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥，得到明胶-聚乳酸接枝共聚物。
精确称取40.0 mg明胶-聚乳酸共聚物和4.0 mg rhBMP-2，置于50 mL单口烧瓶中，加入10 mL乙腈溶解，在60 ℃下旋转蒸发半小时除去有机溶剂，然后将其真空干燥24h。加入10 mL去离子水，在45℃下水化10分钟。水化结束后，将所得混悬液于15000 r/min离心20分钟，经0.45 μm规格的微孔滤膜过滤得到载有白藜芦醇的聚合物胶束。
（3）明胶-聚乳酸载药胶束涂层的制备：用无水乙醇配置质量分数为10 mg/mL的明胶-聚乳酸载药胶束悬液，在超声条件下分散后，取100 µL胶束悬液滴至上述第一步过程中制备的经明胶改性过后的聚酯表面，置于4℃下干燥后，将上述膜片浸于2.5%的交联剂中，使明胶-聚乳酸胶束与明胶涂层进行交联反应，增加明胶-聚乳酸载药胶束涂层与明胶涂层之间的界面结合力，浸泡30分钟后，用无水乙醇清洗样品3次，每次10分钟，去除样品中残留的交联剂，涂层支架冷冻干燥。
实施例3
一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层，与实施例1近似，按如下步骤制备：
（1）聚酯材料表面处理：将聚乳酸薄片浸泡在20 mL乙醇水的混合液中超声2小时清洗，然后用大量去离子水冲洗。首先将清洗过的薄片置于1,6-己二胺和异丙醇的混合溶液中于45℃下反应5 min后，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得到氨基化的薄片；然后将其置于1wt%的戊二醛溶液中，室温下反应3h，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得醛基功能化薄片；最后将其置于浓度为3 wt%的明胶溶液中交联反应24h，交联温度为4℃，清洗干燥。
（2）明胶/聚乳酸载药胶束的制备：将3g明胶与12g L-丙交酯置于三口烧瓶中，抽真空1小时后，溶解在20 mL 的二甲基亚砜（DMSO）溶剂中，加热溶解后加入质量比0.5%的辛酸亚锡作引发剂，在氮气氛围中于85℃搅拌反应24小时。反应停止后将冷却后的反应液转移至透析袋中，透析2-3天，除去未参与反应的反应物和剩余催化剂。透析结束后，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥，得到明胶-聚乳酸接枝共聚物。
精确称取40.0 mg明胶-聚乳酸共聚物和4.0 mg 白藜芦醇，置于50 mL单口烧瓶中，加入10 mL乙腈溶解，在60℃下旋转蒸发半小时除去有机溶剂，然后将其真空干燥24h。加入10 mL去离子水，在45℃下水化10分钟。水化结束后，将所得混悬液于15000 r/min离心20分钟，经0.45 μm规格的微孔滤膜过滤得到载有白藜芦醇的聚合物胶束。
（3）明胶-聚乳酸载药胶束涂层的制备：用无水乙醇配置质量分数为10 mg/mL的明胶-聚乳酸载药胶束悬液，在超声条件下分散后，取100 µL胶束悬液滴至上述第一步过程中制备的经明胶改性过后的聚酯表面，置于4℃下干燥后，将上述膜片浸于2.5%的交联剂中，使明胶-聚乳酸胶束与明胶涂层进行交联反应，增加明胶-聚乳酸载药胶束涂层与明胶涂层之间的界面结合力，浸泡30分钟后，用无水乙醇清洗样品3次，每次10分钟，去除样品中残留的交联剂，涂层支架冷冻干燥。
实施例4
一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层，与实施例1近似，按如下步骤制备：
（1）聚酯材料表面处理：将聚（乳酸-三亚甲基碳酸脂-乙交酯）薄片浸泡在20 mL乙醇水的混合液中超声2小时清洗，然后用大量去离子水冲洗。首先将清洗过的薄片置于1,6-己二胺和异丙醇的混合溶液中于45℃下反应5 min后，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得到氨基化的薄片；然后将其置于1 wt%的戊二醛溶液中，室温下反应3h，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得醛基功能化薄片；最后将其置于浓度为3 wt%的明胶溶液中交联反应24h，交联温度为4 ℃，清洗干燥。
（2）明胶/聚乳酸载药胶束的制备：将3g明胶与12g L-丙交酯置于三口烧瓶中，抽真空1小时后，溶解在20 mL 的二甲基亚砜（DMSO）溶剂中，加热溶解后加入质量比0.5%的辛酸亚锡作引发剂，在氮气氛围中于85℃搅拌反应24小时。反应停止后将冷却后的反应液转移至透析袋中，透析2-3天，除去未参与反应的反应物和剩余催化剂。透析结束后，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥，得到明胶-聚乳酸接枝共聚物。
精确称取40.0 mg明胶-聚乳酸共聚物和4.0 mg 白藜芦醇，置于50 mL单口烧瓶中，加入10 mL乙腈溶解，在60℃下旋转蒸发半小时除去有机溶剂，然后将其真空干燥24h。加入10 mL去离子水，在45℃下水化10分钟。水化结束后，将所得混悬液于15000 r/min离心20分钟，经0.45 μm规格的微孔滤膜过滤得到载有白藜芦醇的聚合物胶束。
（3）明胶-聚乳酸载药胶束涂层的制备：用无水乙醇配置质量分数为10 mg/mL的明胶-聚乳酸载药胶束悬液，在超声条件下分散后，取100 µL胶束悬液滴至上述第一步过程中制备的经明胶改性过后的聚酯表面，置于4℃下干燥后，将上述膜片浸于2.5%的交联剂中，使明胶-聚乳酸胶束与明胶涂层进行交联反应，增加明胶-聚乳酸载药胶束涂层与明胶涂层之间的界面结合力，浸泡30分钟后，用无水乙醇清洗样品3次，每次10分钟，去除样品中残留的交联剂，涂层支架冷冻干燥。

Claims (6)

1.一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层的制备方法，其特征在于，通过对聚酯表面进行化学键共价改性，将明胶接枝于其表面，然后将载有药物的明胶-聚乳酸胶束化学交联于明胶涂层表面，在聚酯材料表面涂覆高稳定性的明胶-聚乳酸胶束涂层，包括如下步骤：
（1）聚酯材料表面处理：将聚酯基薄片浸泡在乙醇-水的混合液中超声2小时清洗，然后用大量去离子水冲洗，将清洗过的薄片置于1,6-己二胺和异丙醇的混合溶液中于454℃下反应5 min后，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得到氨基化的聚酯薄片；然后，将其置于1wt%的戊二醛溶液中，室温下反应3h，于去离子水中浸泡12h，干燥后，得醛基功能化聚酯薄片；最后将其置于浓度为1~10 wt%的明胶溶液中交联反应24h，交联温度为4℃，清洗干燥得明胶接枝于表面的聚酯薄片；
（2）明胶/聚乳酸载药胶束的制备：将3g明胶与12g L-丙交酯置于三口烧瓶中，抽真空1小时后，溶解在20 mL 的二甲基亚砜（DMSO）溶剂中，加热溶解后加入质量份0.5%的辛酸亚锡作引发剂，在氮气氛围中于85℃搅拌反应24小时；反应停止后将冷却后的反应液转移至透析袋中，透析2-3天，除去未参与反应的反应物和剩余催化剂；透析结束后，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥，得到明胶-聚乳酸接枝共聚物；精确称取40.0 mg明胶-聚乳酸共聚物和4.0 mg所需负载药物，置于50 mL单口烧瓶中，加入10 mL乙腈溶解，在60℃下旋转蒸发半小时除去有机溶剂，真空干燥24h；加入10 mL去离子水，在45℃下水化10分钟，水化结束后，将所得混悬液于15000 r/min离心20分钟，经0.45 μm规格的微孔滤膜过滤得到载有药物的聚合物胶束；
（3）明胶-聚乳酸载药胶束涂层的制备：用无水乙醇配置一系列质量分数在1~50 mg/mL的明胶-聚乳酸载药胶束悬液，在超声条件下分散后，取50~200 µL胶束悬液滴至上述步骤（1）制备的明胶接枝于表面的聚酯薄片的表面上，置于4℃下干燥后，将上述膜片浸于1~5%的交联剂中，使明胶-聚乳酸胶束与明胶层进行交联反应，增加明胶-聚乳酸载药胶束涂层与聚酯薄片表面明胶层之间的界面结合力，浸泡10~60分钟后，用无水乙醇清洗样品3次，每次10分钟，去除样品中残留的交联剂，涂层支架冷冻干燥。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的聚酯基材料为人工植入可降解聚酯基材料，包括聚左旋乳酸（PLLA）、聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）、聚乳酸-己内酯（PLA-PCL）、聚乳酸-三亚甲基碳酸酯-乙交酯（PLTG）中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的负载药物是促骨生长因子(rhBMP-2、TGF-β、bFGF) 、紫杉醇、白藜芦醇、庆大霉素中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的交联剂是京尼平、戊二醛、乙酸酐、二缩水甘油基乙醚、辛二亚氨酸甲酯中的一种。
5.一种具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层，其特征在于根据权利要求1-4任一所述方法制备得到。
6.一种根据权利要求5所述具有生物活性的明胶-聚乳酸胶束载药涂层在应用于人体内植入骨支架材料及组织工程材料中的应用。
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