CN109966558A - 一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109966558A
CN109966558A CN201910274768.0A CN201910274768A CN109966558A CN 109966558 A CN109966558 A CN 109966558A CN 201910274768 A CN201910274768 A CN 201910274768A CN 109966558 A CN109966558 A CN 109966558A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hyaluronic acid
hydrazides
injectable
aldehyde radical
hydrogel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910274768.0A
Other languages
English (en)
Inventor
孙勇
樊渝江
徐扬
张兴栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN201910274768.0A priority Critical patent/CN109966558A/zh
Publication of CN109966558A publication Critical patent/CN109966558A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/18—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/20—Polysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/52—Hydrogels or hydrocolloids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/006—Heteroglycans, i.e. polysaccharides having more than one sugar residue in the main chain in either alternating or less regular sequence; Gellans; Succinoglycans; Arabinogalactans; Tragacanth or gum tragacanth or traganth from Astragalus; Gum Karaya from Sterculia urens; Gum Ghatti from Anogeissus latifolia; Derivatives thereof
    • C08B37/0063—Glycosaminoglycans or mucopolysaccharides, e.g. keratan sulfate; Derivatives thereof, e.g. fucoidan
    • C08B37/0072—Hyaluronic acid, i.e. HA or hyaluronan; Derivatives thereof, e.g. crosslinked hyaluronic acid (hylan) or hyaluronates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/06—Flowable or injectable implant compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2305/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2301/00 or C08J2303/00
    • C08J2305/08—Chitin; Chondroitin sulfate; Hyaluronic acid; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2405/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2401/00 or C08J2403/00
    • C08J2405/08—Chitin; Chondroitin sulfate; Hyaluronic acid; Derivatives thereof

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用，解决现有技术中传统水凝胶破碎以后无法进行自我修复，与原组织粘附能力差的问题。本发明可注射智能响应水凝胶结构如式Ⅰ所示，本发明的制备方法为将醛基改性的天然材料或合成聚合物与带有二硫键的酰肼化天然材料或合成聚合物通过发生席夫碱反应，制得可注射智能响应水凝胶。本发明的可注射智能响应水凝胶的作为药物载体、或/和生物材料的应用。本发明设计科学，操作简便，有良好的可注射性、生物相容性，可降解，与原组织有一定的粘附能力，具有自愈合性、PH敏感性和氧化还原性，是理想的药物载体及生物修复材料。

Description

一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
组织工程从提出到现在，已经取得了突飞猛进的发展，不仅在动物体内构建出各种组织工程化的组织，同时在临床上也有广泛的应用，并且得到了持久的疗效。组织工程技术能避免传统自体或者异体组织、器官移植治疗中免疫排斥反应以及供体来源不足的情况，并且有希望实现组织、器官重建从而解决临床上的困难。组织工程的研究包括种子细胞、支架材料以及构建组织和器官的方法和技术。其核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，与传统的二维培养有本质的区别，三维培养可以形成有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建。支架材料作为组织工程学的重要因素之一，在再生过程中发挥重要的作用。但早期的支架材料大多使用合成聚合物，虽然具有生物相容性，但这些材料对细胞无益处，没有细胞粘附位点，导致细胞无法正常生长。
透明质酸、硫酸软骨素等作为细胞外基质，有一定的生物相容性，含水量高，但结构简单，功能单一，同时降解速度过快，力学性能差，无法满足应用要求。水凝胶是通过单个聚合物链的物理或化学交联形成的聚合物网络，能够吸收大量的水而在水中不溶解，它作为组织工程支架，具有一定的力学支撑，其三维网络结构可以为细胞提供生长环境，同时一定的孔隙结构有利于营养物质，氧气的传输以及代谢产物的排出。对于传统的水凝胶，破碎以后，在一定程度上则意味着结构完整性发生了破坏，无法进行自我修复。
因此，提供一种水凝胶，具有良好的生物相容性，并且可降解，与原组织有一定的粘附能力，具有自愈合性，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种可注射智能响应水凝胶，解决现有技术中传统水凝胶破碎以后无法进行自我修复，与原组织粘附能力差的问题。
本发明还提供了该可注射智能响应水凝胶的制备方法。
本发明又提供了该可注射智能响应水凝胶的应用。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所述的一种可注射智能响应水凝胶，其结构如式Ⅰ所示，
其中为醛基改性的天然材料或合成聚合物，
为带有二硫键的酰肼改性的天然材料或合成聚合物。
本发明所述的可注射智能响应水凝胶的制备方法，将醛基改性的天然材料或合成聚合物与带有二硫键的酰肼化天然材料或合成聚合物通过发生席夫碱反应化学交联，制得所述可注射智能响应水凝胶；其反应式为：
其中，所述带有二硫键的酰肼化天然材料或合成聚合物的酰肼基团的接枝率为8％～70％；所述醛基改性的天然材料或合成聚合物的摩尔含量为10％～80％。
进一步地，所述天然材料或合成聚合物为透明质酸，具体步骤如下：
步骤1.配液：分别配置酰肼化透明质酸溶液和醛基化透明质酸溶液；
步骤2.席夫碱反应：将步骤1配制的酰肼化透明质酸溶液和醛基化透明质酸溶液混合均匀，静置，使酰肼化透明质酸与醛基化透明质酸发生席夫碱反应形成水凝胶；
醛基化透明质酸与酰肼化透明质酸的用量摩尔比为1～50:1～25。
所述酰肼化透明质酸的结构式如式Ⅱ所示，所述醛基化透明质酸的结构式如式Ⅲ所示。
进一步地，所述酰肼化透明质酸溶液的pH值为7.0～8.0，浓度为0.1wt％～10wt％；
所述醛基化透明质酸溶液的pH值为7.0～8.0浓度为0.1wt％～10wt％。
酰肼化透明质酸溶液和醛基化透明质酸溶液均用pH值为7.4～8.0、浓度为0.01～0.02mol/L的PBS缓冲液作溶剂。
进一步地，所述步骤2中，在室温条件下进行席夫碱反应。
进一步地，所述酰肼化透明质酸的制备方法为：将透明质酸溶解于Mes缓冲溶液中，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化1～2h，然后加入3,3'-二硫代二(丙酸肼)在室温反应10～15h，透析，得到酰肼化透明质酸；透明质酸钠、N-羟基琥珀酰亚胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐与3,3'-二硫代二(丙酸肼)的摩尔比为1:0.3:1.5:5～1:2:5:10；其中，透明质酸的分子量为0.01MDa～3.0MDa；透析袋的规格为cut off MW＝8000～13000；所述Mes缓冲液的浓度为0.01～1mol/L。
进一步地，所述醛基化透明质酸的制备方法为：将高碘酸钠在避光条件下加入透明质酸钠溶液中，透明质酸钠与高碘酸钠摩尔比为1:0.3～5，在室温避光反2～24h后，加入乙二醇反应1～2h终止反应，透析，得到醛基化透明质酸；其中，透明质酸的分子量为0.01MDa～3.0MDa；透析袋的规格为cut off MW＝8000～13000。
本发明所述的可注射智能响应水凝胶的作为药物载体、或/和生物材料的应用。
进一步地，所述生物材料为组织工程三维细胞支架。
进一步地，所述组织工程三维细胞支架的制备方法为：
步骤A.将结构式如式Ⅱ所示且酰肼基团的接枝率为8％～70％的酰肼化透明质酸用培养基溶解形成浓度为1wt％～5wt％的酰肼化透明质酸溶液；
将结构式如式Ⅲ所示且醛基含量为10％～80％的醛基化透明质酸用培养基溶解形成浓度为1wt％～5wt％的醛基化透明质酸溶液；
步骤B.将步骤A制得的醛基化透明质酸溶液和酰肼化透明质酸溶液灭菌按体积比1～10:1～10混匀，然后加入细胞悬浮液混匀，调节pH值至7.0～8.0。
将调节pH值后的混合溶液立即注射至生物体内的待修复部位形成水凝胶，得到组织工程三维支架；或者注入模具中，静置成胶，而后将所得水凝胶从模具中取出并浸没于培养基中，置于培养箱中在34～40℃、3％～5％的CO2的条件下培养至少1天，得到组织工程三维细胞支架，培养期间定期更换培养基。
所述培养基是在α-MEM基础培养基的基础上加入青霉素和链霉素混合液、抗坏血酸以及胎牛血清得到，α-MEM培养基中青霉素和链霉素混合液的浓度为0.8％～1.2％，抗坏血酸的浓度为0.15％～0.25％，胎牛血清的浓度为8％～12％。
其中，细胞悬液的加入量为：按照5×105～5×106cells/mL的比例向基于天然材料透明质酸的可注射智能响应性水凝胶混合液中加入细胞悬液。
本发明中所述的天然材料或合成聚合物具有羧基官能团或可被修饰成醛基的官能团，包括但不限于透明质酸、羧甲基壳聚糖、明胶、胶原、海藻酸钠、硫酸软骨素、聚碳酸酯、聚胱胺酸中的任意一种或几种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计科学，操作简便，有良好的可注射性、生物相容性，并且可降解，与原组织有一定的粘附能力，具有自愈合性、PH敏感性以及氧化还原性，是理想的药物载体及生物修复材料。
本发明的可注射智能响应性水凝胶，以透明质酸为原材料，进行功能化改性，由醛基化透明质酸和酰肼化透明质酸化学交联而成。透明质酸是细胞外基质的主要成分之一，该材料具有良好的生物相容性并且可降解。将细胞包裹在水凝胶前驱体溶液中，其可注射性能够填充任意形状的组织缺损部位，同时快速成胶可以防止细胞流失，使手术操作更加简便，可控性强，在组织缺损修复领域和填充中具有重要的应用价值。
本发明的可注射智能响应性水凝胶，通过调整醛基化透明质酸的氧化度，使醛基的含量分别小于、等于或者大于酰肼基团的含量，当醛基化透明质酸和酰肼化透明质酸发生席夫碱反应后，多余的醛基可以和组织中的氨基反应，使水凝胶与原组织有一定的粘附能力，从而保证新生组织与宿主组织更好地结合。
本发明提供的的可注射智能响应性水凝胶，由于席夫碱反应后形成动态的腙键，不仅具有自愈合性，同时具有PH敏感性，可以发生sol-gel凝胶转变，当PH＜4时，凝胶变成sol状态；但PH＞4时，由溶液态转变为gel状态。水凝胶中的二硫键，使其具有氧化还原性。当将凝胶放置于DTT溶液中，二硫键打开，凝胶内部网络打开。凝胶的智能响应性不仅可以用于组织工程中的修复和填充，控制材料的降解速率与组织生长速率相一致，由于肿瘤局部为酸性微环境，该水凝胶具有PH敏感性，可以用于药物、基因/生物活性物质等的控释，使药物逐级释放。
附图说明
图1为实施例1中醛基化透明质酸的傅里叶红外光谱图。
图2为实施例2中酰肼化透明质酸的核磁共振氢谱图。
图3为实施例3制得的实验组①～⑤的水凝胶成胶图，从左至右依次为实验组①～⑤。
图4为实施例3制得的实验组④的水凝胶可注射图。
图5为实施例3制得的实验组④的水凝胶自愈合图。
图6为实施例3制得的实验组④的水凝胶的微观结构的扫描电镜图。
图7为实施例3制得的实验组④的水凝胶的力学性能曲线。
图8为实施例3制得的实验组④的水凝胶的溶胀比曲线。
图9为实施例3制得的实验组④的水凝胶在透明质酸酶溶液下的降解曲线。
图10为实施例3制得的实验组④的PH响应曲线以及凝胶体积宏观变化图。
图11为实施例3制得的实验组④的水凝胶PH响应宏观图。
图12为实施例3制得的实验组④的水凝胶氧化还原性宏观图。
图13为实施例3制得的实验组④与组织粘合的微观形貌图。
图14为实施例3制得的实验组④培养不同时间得到的三维细胞支架的激光共聚焦扫描显微镜图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明提供的基于天然材料透明质酸的可注射智能响应性水凝胶的制备及其应用作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。
本发明实施例中透析所用的透析袋的规格为cut off MW＝8000～13000。
实施例1
本实施例公开了醛基化透明质酸的制备方法，具体步骤如下：
(1)将分子量为0.01MDa～3.0MDa的透明质酸钠溶解在去离子水中，提前将高碘酸钠充分溶解，然后滴加至透明质酸钠溶液中，避光反应一段时间后，加入200ul～500ul的乙二醇反应1～2h终止高碘酸钠继续氧化。
该步骤中，氧化时间为2～24h，透明质酸、高碘酸钠摩尔比为1:0.3～1:5，其分别记为实验组①、②、③、④、⑤。
(2)步骤(1)所得反应液在去离子水中透析3～4天，冷冻干燥，得到醛基化透明质酸(HA-CHO)，该HA-CHO中氧化程度分别为10.3％，19.8％，32.9％，46.1％，79.2％。
本实施例中1-5组所用的透明质酸钠的分子量均为0.3MDa。
具体如表1所示：
表1
如附图1所示，本实施例制得的醛基化透明质酸的醛基的特征吸收峰在1725cm-1处，而纯的透明质酸在该处无特征峰出现。
本实施例制得的不同氧化程度的透明质酸分子量如表2所示：
表2
Sample 重均分子量(Mw) 数均分子量(Mn) 分散系数(Mw/Mn)
HA 756394 362731 2.09
HA-CHO-1 463453 184202 2.52
HA-CHO-2 401412 158798 2.53
HA-CHO-3 113872 46429 2.45
HA-CHO-4 88059 37129 2.37
HA-CHO-5 219713 89378 2.46
注：HA为透明质酸。
从表2中可以看出，随着氧化时间和氧化比例的增加，透明质酸的分子量在减少，进一步说明由于高碘酸钠的氧化导致透明质酸开环以及分子链的断裂。
实施例2
本实施例公开了酰肼化透明质酸的制备方法，具体步骤如下：
(1)将分子量为0.01MDa～3.0MDa的透明质酸钠溶解于0.01～1mol/l的Mes缓冲溶液中，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，充分溶解，然后加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)，充分溶解，用0.1～1mol/L的NaOH溶液和0.1～1mol/L的HCl溶液调节混合液的pH值至4.75～5.5，在室温反应1～2h，然后加入3,3'-二硫代二(丙酸肼)(TPH)溶液，在室温反应过夜。
该步骤中，透明质酸钠、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)、3,3'-二硫代二(丙酸肼)(TPH)摩尔比为1:0.3:1.5:5～1:2:5:10。
(2)步骤(1)所得反应液在去离子水中透析3～4天，冷冻干燥，得到酰肼化透明质酸(HA-TPH)，该HA-TPH中酰肼的接枝率为8％～70％。
本实施例中A-E组所用的透明质酸钠的分子量均为0.3MDa。
具体如表3所示：
表3
组别 HA-TPH编号 HA:NHS:EDC·HCl:TPH 透析时间(天) HA-TPH接枝率(％)
A HA-TPH-A 1:0.3:0.6:5 4 8.2
B HA-TPH-B 1:1:2:6 4 22.7
C HA-TPH-C 1:1:4:7 4 35.6
D HA-TPH-D 1:2:3:8 4 41.1
E HA-TPH-E 1:2:5:10 4 69.8
实施例3
本实施例中制备可注射智能响应性水凝胶，步骤如下：
(1)将透析冻干得到的醛基化透明质酸和酰肼化透明质酸分别用PBS溶液溶解，浓度为1～50mg/ml，用0.1～1mol/L的NaoH和0.1～1mol/L HCl溶液调节PH值至7.0～8.0。
(2)室温条件下，将醛基化透明质酸和酰肼化透明质酸分别加入双注射器的针筒中，同时推出，确保混合均匀，注入模具中，室温下静止成胶。
具体如表4所示：
表4
图3为实施例3中实验组①～⑤的成胶图，采取试管倒置的方法来确定其成胶时间，具体如表5所示：
表5
实验组① 实验组② 实验组③ 实验组④ 实验组⑤
成胶时间(s) 95 54.5 45 78 162
由表5可知，成胶时间是由醛基和酰肼基团的多少决定的，当基团越多时，交联的位点就更大，有利于席夫碱反应的发生，但随着氧化程度的增加，透明质酸分子量降低，也会影响其成胶时间。在临床应用中，可以根据手术具体的操作来选择合适的成胶时间。
图4为实施例3中实验组④的水凝胶可注射图。由图4可知，该水凝胶具有一定的可注射性，使手术操作简单，具有一定的应用前景。
将实验组④成胶后的水凝胶切开，在一定的时间下，凝胶发生自愈合，图5为实施例3中实验组④的水凝胶自愈合图。
实施例4
将实验组④制成的水凝胶置于电镜下扫描，结果如附图6所示。从图6中发现，该水凝胶具有相互贯通的孔，孔径的大小为40～100μm。这种结构保证了营养物质的输送，同时三维网络结构更有利于细胞的生长和增殖。
实施例5
将实验组④制成的水凝胶在室温下置于动态力学分析仪(TA Instruments Q800，USA)上，在多频模式(1～10Hz)下测量水凝胶的储能模量(G′)的变化曲线，结果如附图7所示，该水凝胶的储能模量(G′)为1.3～1.8Kpa，为细胞支架提供了一定的力学支撑。
实施例6
将实验组④制备的水凝胶样品冷冻干燥并称重，记作Wo，然后浸入PBS缓冲液中，置于恒温摇床在37℃、90rpm的转速下振荡，每隔一段时间将水凝胶取出，用滤纸吸去水凝胶表面的水分并称重，记作Wr，按以下公式计算溶胀比：
溶胀比Q＝(Wr-Wo)/Wr×100％
根据不同时间段的溶胀比，绘制溶胀曲线。实验组④制成的水凝胶的溶胀曲线附图8所示，结果显示该水凝胶能够在短时间内快速吸水从而达到溶胀平衡，合适的溶胀比能够确保营养物质的交换。
实施例7
将实验组④制备的水凝胶样品冷冻干燥并称重，记作Wo，然后浸入含有100unit/ml的透明质酸酶缓冲液中，置于恒温摇床(中国上海智成ZHWY-2012c)在37℃、90rpm的转速下振荡，每隔一段时间将水凝胶取出冷冻干燥并称重，记作Wr。
水凝胶的降解行为表示为质量损失百分数，按以下公式计算：
质量损失百分数＝(Wo-Wr)/Wo×100％
根据不同时间段的质量损失百分数，绘制降解曲线。实验组④制成的水凝胶的降解曲线附图9所示，结果显示该水凝胶在刚开始溶胀速率大于降解速率，使其水凝胶的质量增加，通过控制水凝胶的交联度从而控制其降解速率，使降解速率与细胞增殖速率相匹配，从而具备一定可控的生物降解性能。
实施例8
将实验组④制备的水凝胶样品分别放入PBS溶液和PH＜4的酸性溶液中，每隔一段时间将水凝胶取出，用滤纸吸去表面水分后称重，并测量其体积大小。然后以时间为横坐标，质量损失百分数为纵坐标绘制pH响应曲线。图10为实施例3中实验组④的PH响应曲线以及凝胶体积宏观变化图。如附图10所示，随着时间的增加，水凝胶在PH＜4的酸性溶液中，由于腙键的断裂，水凝胶分子链展开，无法锁水，从而发生收缩。但在PBS溶液中，水凝胶因吸水而发生膨胀。PH响应性可以应用于药物、基因/生物活性物质等的控释。
另取实验组④制备的水凝胶样品置于小试管瓶中，先加入3μl浓盐酸，放入60℃水浴中，凝胶变成sol状态，随后加入等摩尔的三乙胺，溶液变成gel状态。图11为实施例3中实验组④的PH敏感图。
实施例9
将实验组④制备的水凝胶样品置于小试管瓶中，先加入1mgDTT(二硫苏糖醇)，凝胶在还原性条件下变成sol状态，随后加入等摩尔的H2O2，在氧化条件下由溶液变成gel状态。图12为实施例3中实验组④的氧化还原敏感性图。
细胞衍生的谷胱甘肽是一种还原剂，同DTT一样，也具有还原敏感和降解效果，因此当本发明提供的水凝胶与细胞共培养时，水凝胶可以通过细胞产生的谷胱甘肽逐渐降解。并且，细胞外基质含有透明质酸酶，同样也可以降解水凝胶，为细胞增殖提供足够的空间。
实施例10
将实验组④制备的水凝胶样品注射至组织缺损处，随后进行冷冻干燥，图13为实施例3中实验组④的水凝胶与组织粘合的微观结构扫描电镜图。如附图13所示，由于实验组④中的水凝胶有多余的醛基，当注射至组织缺损处时，能和组织的氨基发生发应，从而保证支架材料与宿主组织发生粘合，有利于原组织与新生组织更好地结合。
实施例11
本实施例公开了组织工程三维细胞支架的制备方法，具体为：
步骤A.将实施例1制得的编号为HA-CHO-4的醛基化透明质酸用培养基溶解形成浓度为3wt％的酰肼化透明质酸溶液；
步骤B.将实施例2制得的编号为HA-TPH-C酰肼化透明质酸用培养基溶解形成浓度为3wt％的酰肼化透明质酸溶液；
步骤C.将步骤A制得的醛基化透明质酸溶液和酰肼化透明质酸溶液灭菌按体积比1:1混匀，然后按照2×106cells/mL的比例加入细胞悬浮液混匀，得到混合溶液，调节混合溶液的pH值至7.0。
将调节好pH值后的混合溶液立即注射至生物体内的待修复部位，结果发现，均能在待修复部位形成水凝胶，得到组织工程三维支架。
另将调节好pH值后的混合溶液分别入模具中，静置成胶，而后将所得水凝胶从模具中取出并浸没于培养基中，置于培养箱中在37℃、5％的CO2的条件下培养至少1天，培养期间定期每三天更换一次培养基。结果表明，得到组织工程三维细胞支架。
所述培养基是在α-MEM基础培养基的基础上加入青霉素和链霉素混合液、抗坏血酸以及胎牛血清得到，α-MEM培养基中青霉素和链霉素混合液的质量浓度为1％，抗坏血酸的质量浓度为0.2％，胎牛血清的质量浓度为10％。本实施例中青霉素和链霉素混合液由HyClone公司提供。
分别于培养1天、7天、14天后取出三维细胞支架，使用PBS缓冲液清洗2遍，将清洗后的三维细胞支架浸没于含有1，将清洗后的FDA和1DA清洗后的三的PBS缓冲液中染色1min，然后用PBS缓冲液清洗1次，通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)观察三维支架中的细胞的生长状态和分布情况，如附图14所示，随着时间的增加，细胞增殖情况明显，并且在后期出现成团生长，结果表面，该水凝胶有利于应用于组织工程三维细胞支架。
综上所述，本发明的可注射智能响应性水凝胶具有良好的可注射性、生物相容性，并且可降解，与原组织有一定的粘附能力，具有自愈合性、PH敏感性以及氧化敏感性，是理想的药物载体及生物修复材料。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可注射智能响应水凝胶，其结构如式Ⅰ所示，
其中醛基改性的天然材料或合成聚合物，
为带有二硫键的酰肼改性的天然材料或合成聚合物。
2.根据权利要1所述的一种可注射智能响应水凝胶的制备方法，其特征在于，将醛基改性的天然材料或合成聚合物与带有二硫键的酰肼化天然材料或合成聚合物通过发生席夫碱反应化学交联，制得所述可注射智能响应水凝胶；其反应式为：
其中，所述带有二硫键的酰肼化天然材料或合成聚合物的酰肼基团的接枝率为8％～70％；所述醛基改性的天然材料或合成聚合物的醛基的摩尔含量为10％～80％。
3.根据权利要求2所述的一种可注射智能响应水凝胶的制备方法，其特征在于，所述天然材料或合成聚合物为透明质酸，具体步骤如下：
步骤1.配液：分别配置酰肼化透明质酸溶液和醛基化透明质酸溶液；
步骤2.席夫碱反应：将步骤1配制的酰肼化透明质酸溶液和醛基化透明质酸溶液混合均匀，静置，使酰肼化透明质酸与醛基化透明质酸发生席夫碱反应形成水凝胶；
醛基化透明质酸与酰肼化透明质酸的用量摩尔比为1～50:1～25。
4.根据权利要求3所述的一种可注射智能响应水凝胶的制备方法，其特征在于，所述酰肼化透明质酸溶液的pH值为7.0～8.0，浓度为0.1wt％～10wt％；
所述醛基化透明质酸溶液的pH值为7.0～8.0浓度为0.1wt％～10wt％。
5.根据权利要求4所述的一种可注射智能响应水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，在室温条件下进行席夫碱反应。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的一种可注射智能响应水凝胶的制备方法，其特征在于，所述酰肼化透明质酸的制备方法为：将透明质酸溶解于Mes缓冲溶液中，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化1～2h，然后加入3,3'-二硫代二(丙酸肼)在室温反应10～15h，透析，得到酰肼化透明质酸；透明质酸钠、N-羟基琥珀酰亚胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐与3,3'-二硫代二(丙酸肼)的摩尔比为1:0.3～2:1.5～5:7。
7.根据权利要求2-5任意一项所述的一种可注射智能响应水凝胶的制备方法，其特征在于，所述醛基化透明质酸的制备方法为：将高碘酸钠在避光条件下加入透明质酸钠溶液中，透明质酸钠与高碘酸钠摩尔比为1:0.3～5，在室温避光反应2～24h后，加入乙二醇反应1～2h终止反应，透析，得到醛基化透明质酸。
8.权利要求1所述的一种可注射智能响应水凝胶的作为药物载体、或/和生物材料的应用。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述生物材料为组织工程三维细胞支架。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述组织工程三维细胞支架的制备方法为：
步骤A.将结构式如式Ⅱ所示且酰肼基团的接枝率为8％～70％的酰肼化透明质酸用培养基溶解形成浓度为1wt％～5wt％的酰肼化透明质酸溶液；
将结构式如式Ⅲ所示且醛基含量为10％～80％的醛基化透明质酸用培养基溶解形成浓度为1wt％～5wt％的醛基化透明质酸溶液；
步骤B.将步骤A制得的醛基化透明质酸溶液和酰肼化透明质酸溶液灭菌按体积比1～10:1～10混匀，然后加入细胞悬浮液混匀，调节pH值至7.0～8.0。
CN201910274768.0A 2019-04-08 2019-04-08 一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用 Pending CN109966558A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910274768.0A CN109966558A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910274768.0A CN109966558A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109966558A true CN109966558A (zh) 2019-07-05

Family

ID=67083290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910274768.0A Pending CN109966558A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109966558A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110964213A (zh) * 2019-10-25 2020-04-07 深圳国佳产业基金管理有限公司 一种可用于注射的水凝胶及其制备方法
CN111057250A (zh) * 2019-12-12 2020-04-24 武汉纺织大学 一种可注射的高强光聚合透明质酸自愈合水凝胶及其制备方法
CN111072997A (zh) * 2019-12-06 2020-04-28 武汉纺织大学 一种基于改性透明质酸的高强自愈合水凝胶及其制备方法
CN111440334A (zh) * 2020-05-26 2020-07-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种可注射透明质酸基水凝胶及其制备方法
CN111557902A (zh) * 2020-07-03 2020-08-21 中国人民解放军总医院 一种负载阿仑膦酸钠的可注射聚乙二醇水凝胶的制备方法与应用
CN112341640A (zh) * 2020-11-06 2021-02-09 南京工业大学 一种生物基自修复水凝胶及其制备方法和应用
CN112755200A (zh) * 2019-11-06 2021-05-07 天津大学 粘附性导电-可注射性联合水凝胶及其制备方法和应用
CN113136017A (zh) * 2021-04-02 2021-07-20 中国科学院合肥物质科学研究院 一种具有pH响应与自愈合性能的聚氨酯及其制备方法
CN113384754A (zh) * 2021-08-06 2021-09-14 暨南大学附属第一医院（广州华侨医院） 一种促牙周组织再生的可注射自愈合水凝胶的制备方法
CN113456840A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 中南民族大学 一种新型离子液体功能化可注射导电水凝胶的制备方法及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7816316B2 (en) * 2002-11-21 2010-10-19 Chugai Seiyaku Kabushiki Kaisha Sustained release drug carrier
CN108498847A (zh) * 2018-03-13 2018-09-07 中山大学 基于酰腙键的高分子水凝胶、其制备方法及皮肤组织粘附剂
CN109161037A (zh) * 2018-07-18 2019-01-08 江苏地韵医疗科技有限公司 一种水凝胶复合物、制备方法及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7816316B2 (en) * 2002-11-21 2010-10-19 Chugai Seiyaku Kabushiki Kaisha Sustained release drug carrier
CN108498847A (zh) * 2018-03-13 2018-09-07 中山大学 基于酰腙键的高分子水凝胶、其制备方法及皮肤组织粘附剂
CN109161037A (zh) * 2018-07-18 2019-01-08 江苏地韵医疗科技有限公司 一种水凝胶复合物、制备方法及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张人义: "基于席夫碱反应的改性透明质酸水凝胶的制备及性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110964213A (zh) * 2019-10-25 2020-04-07 深圳国佳产业基金管理有限公司 一种可用于注射的水凝胶及其制备方法
CN112755200B (zh) * 2019-11-06 2022-12-23 天津大学 粘附性导电-可注射性联合水凝胶及其制备方法和应用
CN112755200A (zh) * 2019-11-06 2021-05-07 天津大学 粘附性导电-可注射性联合水凝胶及其制备方法和应用
CN111072997A (zh) * 2019-12-06 2020-04-28 武汉纺织大学 一种基于改性透明质酸的高强自愈合水凝胶及其制备方法
CN111072997B (zh) * 2019-12-06 2022-07-12 武汉纺织大学 一种基于改性透明质酸的高强自愈合水凝胶及其制备方法
CN111057250B (zh) * 2019-12-12 2022-03-01 武汉纺织大学 一种可注射的高强光聚合透明质酸自愈合水凝胶及其制备方法
CN111057250A (zh) * 2019-12-12 2020-04-24 武汉纺织大学 一种可注射的高强光聚合透明质酸自愈合水凝胶及其制备方法
CN111440334A (zh) * 2020-05-26 2020-07-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种可注射透明质酸基水凝胶及其制备方法
CN111440334B (zh) * 2020-05-26 2021-08-17 中国科学院长春应用化学研究所 一种可注射透明质酸基水凝胶及其制备方法
CN111557902A (zh) * 2020-07-03 2020-08-21 中国人民解放军总医院 一种负载阿仑膦酸钠的可注射聚乙二醇水凝胶的制备方法与应用
CN112341640A (zh) * 2020-11-06 2021-02-09 南京工业大学 一种生物基自修复水凝胶及其制备方法和应用
CN112341640B (zh) * 2020-11-06 2024-02-02 南京工业大学 一种生物基自修复水凝胶及其制备方法和应用
CN113136017A (zh) * 2021-04-02 2021-07-20 中国科学院合肥物质科学研究院 一种具有pH响应与自愈合性能的聚氨酯及其制备方法
CN113136017B (zh) * 2021-04-02 2022-08-09 中国科学院合肥物质科学研究院 一种具有pH响应与自愈合性能的聚氨酯及其制备方法
CN113456840A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 中南民族大学 一种新型离子液体功能化可注射导电水凝胶的制备方法及应用
CN113456840B (zh) * 2021-06-30 2022-06-17 中南民族大学 一种新型离子液体功能化可注射导电水凝胶的制备方法及应用
CN113384754A (zh) * 2021-08-06 2021-09-14 暨南大学附属第一医院（广州华侨医院） 一种促牙周组织再生的可注射自愈合水凝胶的制备方法
CN113384754B (zh) * 2021-08-06 2022-06-28 暨南大学附属第一医院（广州华侨医院） 一种促牙周组织再生的可注射自愈合水凝胶的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109966558A (zh) 一种可注射智能响应水凝胶及其制备方法和应用
Razavi et al. Three‐dimensional cryogels for biomedical applications
Bian et al. The self-crosslinking smart hyaluronic acid hydrogels as injectable three-dimensional scaffolds for cells culture
CN104892962B (zh) 一种巯基/二硫键可控自交联透明质酸水凝胶的制备方法及其应用
Pandit et al. Periodate oxidized hyaluronic acid-based hydrogel scaffolds for tissue engineering applications
Liu et al. Thermosensitive injectable in-situ forming carboxymethyl chitin hydrogel for three-dimensional cell culture
Chen et al. Recent advances in the use of microcarriers for cell cultures and their ex vivo and in vivo applications
CA2512730C (en) Hydroxyphenyl cross-linked macromolecular network and applications thereof
Wang et al. Fabrication of multiple-layered hydrogel scaffolds with elaborate structure and good mechanical properties via 3D printing and ionic reinforcement
CN111588913A (zh) 一种自交联透明质酸及其复合胶原蛋白类的水凝胶注射剂及其应用
CN108084461A (zh) 可控自交联巯基化透明质酸-胶原复合水凝胶及其制备方法与应用
CN110665061A (zh) 一种脱细胞支架溶液-GelMA水凝胶复合材料及制备方法
CN111632198A (zh) 一种自交联透明质酸和明胶复合水凝胶注射剂及其制备方法和应用
CN110721346B (zh) 一种生物3d打印墨水及其制备方法
CN112972760B (zh) 一种负载内皮细胞外基质的3d打印骨缺损修复支架及其制备方法
CN113024730B (zh) 一种用于骨修复的可注射复合壳聚糖水凝胶的制备及使用方法
Sazhnev et al. Preparation of chitosan cryostructurates with controlled porous morphology and their use as 3D-scaffolds for the cultivation of animal cells
CN102174203A (zh) 一种丝素蛋白/共聚物水凝胶的制备方法
CN111617319B (zh) 一种复合水凝胶、制备方法及其应用
WO2005014774A1 (ja) 動物細胞の培養担体と、該培養担体を用いた動物細胞の培養方法および移植方法
CN104548196B (zh) 一种基于乙烯基‑巯基交联的组织工程支架材料及其制备方法
CN114796617A (zh) 一种复合3d打印墨水及其应用
CN112587726B (zh) 复合水凝胶支架及其制备方法和应用
CN103819694A (zh) 一种具有细胞相容性的丝素蛋白水凝胶及其制备方法
KR20110138917A (ko) 초음파 분해를 이용한 생분해성 고분자의 분자량 조절 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination