CN110305191A - 一种短肽、水凝胶及其用做伤口敷料的应用 - Google Patents

Abstract

本发明研发了一种短肽以及由短肽形成的形成水凝胶，所述短肽可通过简单方法形成水凝胶，将短肽溶于水即可获得稳定的水凝胶，无需复杂的步骤及复杂的条件控制，制作简单方便。透明状的凝胶利于对伤口的观察。本发明水凝胶在保持含水量的前提下具有良好的机械性能，它既能吸收创面渗液，又能将渗液部分保留在敷料中，维持一个仿效创面生理性愈合的局部湿润环境，有利于伤口肉芽组织和上皮细胞再生，加速创面愈合。所得水凝胶生物相容性好、可生物降解，降解产物均为自然存在的氨基酸，可以完全被组织吸收。所述水凝胶能够稳定缓释负载药物。所述水凝剂用做敷料无需定期更换，可促进外界因素所致的开放性伤口快速愈合，愈合后的皮肤平整、不留瘢痕。

Description

一种短肽、水凝胶及其用做伤口敷料的应用

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种用于伤口敷料的短肽形成的水凝胶。

背景技术

伤口的创伤愈合是指机体遭受外力作用，皮肤等组织出现离断或缺损后的愈复过程，包括各种组织的再生和肉芽组织增生、瘢痕组织形成的复杂组合，表现出各种过程的协同作用。伤口修复是一个复杂的过程，其中皮肤(或其他器官)在受伤后自我再生。伤口愈合过程主要有四个阶段，即止血，炎症反应，增殖期和组织重塑。伤口敷料，是包扎伤口的用品,用以覆盖疮、伤口或其他损害的材料。通常，伤口敷料材料的理想特性必须是生物相容的，无刺激性的，无毒,具有合适的机械性能以及对皮肤保湿的能力。

传统的敷料一般是药棉、纱布，它们具有保护创面，吸收渗出物，为创面提供有限的保护作用，使用简单价格低廉等特点，是目前我国使用的主要敷料形式，但这些传统敷料无法保持伤口的湿润，若是伤口液体浸透敷料，也易引起伤口的感染，而且易粘连伤口，在更换时易造成二次损伤，给患者带来更多痛苦，其本身也不具有阻止细菌入侵和促进伤口愈合作用。

水凝胶型敷料具有三维网络结构，与细胞外基质的结构相似；水分含量高、柔软、有弹性，与生物液体产生的界面张力低。用作创面敷料时，透水、透气且能控制水分蒸发，不会造成敷料与创面之间的积液。与创面无粘连，能够减轻更换敷料时的疼痛(李晶等，《中国组织工程研究》，2013,17，2225-2232)。此外，水凝胶还具有药物释放载体的功能，可根据需要将具有消炎作用的药物分子或促进伤口愈合的活性因子包埋在水凝胶内，从而达到消炎抑菌和促进创面愈合的目的(王刚等，《中国药房》，2011，22,1217-1220)。因此，水凝胶敷料成为最受人们重视的创伤敷料之一。作为创伤敷料，水凝胶设计需要考虑的两个重要原则是机械性能和生物功能性。而现今高分子水凝胶最大的缺点是相对较低的机械强度，因此在保持含水量的前提下提高凝胶的机械强度成为当前研究重点。专利文献CN109111504A公开了一种短肽及由短肽形成的水凝胶作为敷料的应用，这种水凝胶生物相容性好，但是机械性能不高，而且使用所述短肽形成水凝胶需要进行加热、冷却，成胶过程复杂。专利文献CN106492268A公开了一种短肽/二氧化硅/透明质酸复合水凝胶的制备方法，通过采用有机-无机复合水凝胶实现了水凝胶机械性能的提升，但是这种水凝胶的形成过程非常复杂，需要进行复杂的条件控制，如温度、PH值等，而且这种水凝胶加入了二氧化硅等无机物，无法实现完全生物降解，降解产物中存在二氧化硅等物质，生物相容性不好。

发明内容

为了克服这些缺点，本发明研发了一种短肽以及由短肽形成的形成水凝胶，所述短肽可通过简单方法形成水凝胶，将短肽溶于水即可获得稳定的水凝胶，无需复杂的步骤及复杂的条件控制，制作简单方便。本发明敷料可保持伤口的湿度，降低伤口的炎症，透明状的凝胶也利于对伤口的观察。本发明水凝胶在保持含水量的前提下具有良好的机械性能，它既能吸收创面渗液，又能将渗液部分保留在敷料中，维持一个仿效创面生理性愈合的局部湿润环境，水凝胶的微观结构为纳米纤维状可提供细胞生长和皮肤再生的支架，使伤口处皮肤细胞定向延伸，促进伤口修复。且所得水凝胶生物相容性好、可生物降解，降解产物均为自然存在的氨基酸，可以完全被组织吸收。并可在所述水凝胶中负载生长因子、消炎抑菌药等成分，所述水凝胶能够稳定缓释负载药物。所述水凝剂用做敷料无需定期更换，可促进外界因素所致的开放性伤口快速愈合，愈合后的皮肤平整、不留瘢痕。

本发明的具体技术方案为：

一种短肽，所述短肽由七个氨基酸组成，其分子式为Fmoc-FFGGRGD，其结构如下所示：

进一步地，所述短肽采用公知的FMOC-短肽固相合成方法合成。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种包含所述短肽的水凝胶。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种短肽水凝胶的制备方法，将短肽溶于水后静置30分钟。即可形成水凝胶，所述短肽形成水凝胶的方法简单，无需复杂的步骤，也无需精确的条件控制。

进一步地，所述方法中的水为去离子水。

进一步地，水凝胶中短肽的浓度为10～20mg/ml。评判成胶与否是通过倒置容器并摇晃，保留在容器底部即为水凝胶。

进一步地，将所述短肽溶于水后，加入促进伤口愈合的药物分子，形成递送药物分子的水凝胶。本发明选用白藜芦醇作为递送药物的样例，白藜芦醇是一种天然存在的多酚类化合物，众多研究结果表明，白藜芦醇具有抗炎、抗肿瘤、心血管保护、保肝、神经系统保护、免疫调节、抗衰老等多种药理作用。也有研究结果确切表明藜芦醇对于多种皮肤病具有一定的预防或治疗作用，对伤口愈合过程中炎症，纤维发生，胶原合成和血管生成有一定影响，并且会抑制瘢痕形成。

进一步地，1mL所述水凝胶中含有8～32μg白藜芦醇。

根据本发明的第三方面，本发明提供了所述水凝胶作为敷料的应用。

根据本发明的第四方面，本发明提供一种包括所述水凝胶的敷料。本发明提供的短肽水凝胶用作伤口敷料，无需定期更换，可促进外界因素所致的开放性伤口快速愈合，愈合后的皮肤平整、不留瘢痕。所述短肽水凝胶生物相容性好、可在伤口处慢慢降解、无刺激性，能够防止伤口的液体流失，以及在伤口愈合过程中保持最佳的湿度。水凝胶中含有大量水分，能够向伤口部位提供水分，可保持伤口的温度和湿度，协助在水分，热量和pH值平衡方面的愈合机制。使得造粒，表皮修复阶段更容易进行。并具备一定的机械性能，能够将伤口区域与外界环境隔开,形成一个有利于伤口愈合的创面微环境，降低伤口感染的风险。所述短肽水凝胶作为柔性敷料，不会粘连在伤口部位，水凝胶的微观结构为纳米纤维状可提供细胞生长和皮肤再生的支架，使伤口处皮肤细胞定向延伸，促进伤口修复。

本发明所述短肽水凝胶可以作为药物分子递送载体，也可对其递送的药物分子起到缓释的作用。本发明选用白藜芦醇作为递送药物的样例，白藜芦醇是一种天然存在的多酚类化合物，众多研究结果表明，白藜芦醇具有抗炎、抗肿瘤、心血管保护、保肝、神经系统保护、免疫调节、抗衰老等多种药理作用。也有研究结果确切表明白藜芦醇对于多种皮肤病具有一定的预防或治疗作用，对伤口愈合过程中炎症，纤维发生，胶原合成和血管生成有一定影响，并且会抑制瘢痕形成。

本发明的有益效果为：

1、本发明短肽可通过简单方法形成水凝胶，将短肽溶于水即可获得稳定的水凝胶，无需复杂的步骤及复杂的条件控制，制作简单方便。

2、所述短肽水凝胶作为柔性敷料，在保持含水量的前提下具有良好的机械性能，维持一个仿效创面生理性愈合的局部湿润环境，不会粘连在伤口部位，而且水凝胶的微观结构为纳米纤维状可提供细胞生长和皮肤再生的支架，使伤口处皮肤细胞定向延伸，促进伤口修复。

3、所述短肽和水凝胶易于制备、成分单一明确，具有非常好的生物相容性，可生物降解，无需换药，不会因换药造成伤口新生组织和正常组织的损伤，且短肽的降解产物为生物体本身存在的生物素和氨基酸，生物安全性高，特别适用于浅层皮肤的损伤。

4、这种敷料可保持伤口的湿度，可吸收较大量的伤口渗出液，降低伤口的炎症，透明状的凝胶也利于对伤口的观察。

5、本发明研发了一种短肽形成水凝胶递送药物用于伤口辅料，作为药物分子递送载体，也可对其递送的药物分子起到缓释的作用，其可递送生长因子、消炎抑菌药等成分，可促进外界因素所致的开放性伤口快速愈合，愈合后的皮肤平整、不留瘢痕。

附图说明

图1为不同浓度短肽溶液形成水凝胶的情况示意图。

图2为水凝胶的表征，A-C.1,1.5和2wt％浓度水凝胶的SEM图像。D-F.1,1.5和2wt％浓度水凝胶的TEM图像。G-I.在0.15％剪切力下，1,1.5和2wt％浓度水凝胶储能模量(G’)、损耗模量(G”)随角频率的变化曲线。

图3为负载白藜芦醇的水凝胶的制备中成胶情况示意图及白藜芦醇的缓释情况示意图。A.加入DMSO(二甲基亚砜)和白藜芦醇溶液后的成胶情况示意图。B.白藜芦醇在PBS(磷酸缓冲盐溶液)中的缓释动力学曲线。

图4为短肽水凝胶对体内伤口愈合的影响示意图。A.不同处理组大鼠背部伤口在第0天，第7天，第14天时的伤口愈合情况。B.使用ImageJ软件分析的伤口面积。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种短肽，所述短肽由七个氨基酸组成，其分子式为Fmoc-FFGGRGD，其结构如下所示：

所述短肽采用公知的FMOC-短肽固相合成方法合成。

根据本发明的另一方面，本发明提供了包含所述短肽的水凝胶。

将短肽溶于水后静置30分钟左右即可形成水凝胶。评判成胶与否是通过倒置容器并摇晃，保留在容器底部即为水凝胶。

将所述短肽溶于水后，加入促进伤口愈合的药物分子形成递送药物分子的水凝胶。本发明选用白藜芦醇作为递送药物的样例，白藜芦醇是一种天然存在的多酚类化合物，众多研究结果表明，白藜芦醇具有抗炎、抗肿瘤、心血管保护、保肝、神经系统保护、免疫调节、抗衰老等多种药理作用。也有研究结果确切表明白藜芦醇对于多种皮肤病具有一定的预防或治疗作用，对伤口愈合过程中炎症，纤维发生，胶原合成和血管生成有一定影响，并且会抑制瘢痕形成。

1mL所述水凝胶中含8～32μg白藜芦醇。

根据本发明的第三方面，本发明提供了所述水凝胶作为敷料的应用。

本发明提供的短肽水凝胶用作伤口敷料，无需定期更换，可促进外界因素所致的开放性伤口快速愈合，愈合后的皮肤平整、不留瘢痕。所述短肽水凝胶生物相容性好、可在伤口处慢慢降解、无刺激性，能够防止伤口的液体流失，以及在伤口愈合过程中保持最佳的湿度。水凝胶中含有大量水分，能够向伤口部位提供水分，可保持伤口的温度和湿度，协助在水分，热量和pH值平衡方面的愈合机制。使得造粒，表皮修复阶段更容易进行。并具备一定的机械性能，能够将伤口区域与外界环境隔开,形成一个有利于伤口愈合的创面微环境，降低伤口感染的风险。所述短肽水凝胶作为柔性敷料，不会粘连在伤口部位，水凝胶的微观结构为纳米纤维状可提供细胞生长和皮肤再生的支架，使伤口处皮肤细胞定向延伸，促进伤口修复。

本发明所述短肽水凝胶可以作为药物分子递送载体，也可对其递送的药物分子起到缓释的作用。本发明选用白藜芦醇作为递送药物的样例，白藜芦醇是一种天然存在的多酚类化合物，众多研究结果表明，白藜芦醇具有抗炎、抗肿瘤、心血管保护、保肝、神经系统保护、免疫调节、抗衰老等多种药理作用。也有研究结果确切表明白藜芦醇对于多种皮肤病具有一定的预防或治疗作用，对伤口愈合过程中炎症，纤维发生，胶原合成和血管生成有一定影响，并且会抑制瘢痕形成。

制备实施例1

在室温下，将短肽粉末溶于去离子水，制备0.2,0.5,1，1.5和2wt％的短肽溶液(Pep)，探究最适合的成胶浓度。通过倒置及震荡观察短肽成水凝胶的情况，成胶情况如图1所示，从图中可以看出，1，1.5和2wt％的短肽溶液(Pep)均成功形成水凝胶。

通过扫描电子显微镜(Nova 400NanoSEM，FEI)观察短肽溶液形成的水凝胶的内部形态。将1，1.5和2wt％的短肽溶液(Pep)形成的水凝胶充分洗水后于冷冻干燥机(SCIENTZ-10N)中冻干，表面喷金用于SEM观察。结果如图2A-C所示，可以发现水凝胶内部呈现明显的三维微孔状结构。随着浓度增大，其内部结构更加紧密，微孔结构更加丰富。

通过高分辨透射电子显微镜(JEM-2100 UHR STEM/EDS,JEOL)观察水凝胶内部的纳米纤维形貌。将1，1.5和2wt％的短肽溶液(Pep)形成的水凝胶在无水乙醇中均匀分散，胶头滴管取出滴到铜网上，自然风干后置于TEM上观察，并使用ImageJ软件分析水凝胶内部纳米纤维直径，结果如图2D-F所示。可发现水凝胶内部呈现纳米纤维结构。其中1wt％多肽水凝胶纤维直径约为25.52±6.38nm，1.5wt％为26.12±6.11nm，2wt％为26.49±7.46nm。这三个浓度多肽自组装形成的水凝胶纤维直径之间没有显著性差异。

通过流变仪(Physical RM301，Anton Paar)测量水凝胶的储能模量(G’)和损耗模量(G”)。将1，1.5和2wt％的短肽溶液(Pep)形成的水凝胶放置在25mm锥板中心，上板置于0.5mm处。首先确定线性粘弹区，剪切力0.01至100，在37℃下进行。在测量储能模量(G’)和损耗模量(G”)时，角频率调整为0.1至100rad/s，剪切力为0.15％，在37℃下进行，从结果来看，本发明水凝胶具有非常好的机械性能，具体结果如图2G-I。在37℃，0.15％应力条件下，1，1.5和2wt％浓度水凝胶储能模量均大于损耗模量，再一次表明它们处于凝胶状态，且浓度越大，储能模量越大，即弹性越大，表明凝胶状态越稳固。这可能与其内部结构紧密程度及微孔结构数量有关。

制备实施例2

将白藜芦醇粉末(Sigma-Aldrich,USA)溶于DMSO(二甲基亚砜)中制成1mg/mL的白藜芦醇溶液。取三个相同的装有2wt％的短肽溶液的试剂瓶，往第一个试剂瓶加入DMSO，第二个中加入由上述方法制备的白藜芦醇溶液，第三个中加入由上述方法制备的白藜芦醇溶液，分别制成含有DMSO，8μg/mL白藜芦醇及32μg/mL白藜芦醇的短肽溶液(以下称Pep/DMSO，Pep/8RES，Pep/32RES)，观察其成凝胶情况，30分钟后成胶情况如图3A所示。

向上述含不同浓度白藜芦醇的水凝胶中加入1mL PBS溶液，分别在1天，2天，3天，5天和7天时取出全部上清通过高效液相色谱仪(Waters e2695，Waters)分析白藜芦醇的释放情况，结果如图3B所示，水凝胶中的白藜芦醇缓慢释放。

应用实施例

从武汉大学实验动物中心购买24只月龄8周的雄性SD大鼠。给这些大鼠注射10％水合氯醛，以0.3g/100g剂量进行麻醉，麻醉后用剃毛器剃掉背部毛发，然后在背部制备直径1.8cm的圆形全层皮肤缺损创面。手术后将大鼠随机分成4组，每组6只。空白对照组小鼠的伤口不处理，分别用制备实施例2中制备的Pep，Pep/8RES，Pep/32RES水凝胶200μL填充伤口。暴露创面，保持垫料卫生，每只大鼠单独饲养并随意喂食。在手术后0，7，8，9直到14天，使用数码相机记录每只大鼠的伤口，结果如图4所示，与对照组CTL相比，Pep，Pep/8RES，Pep/32RES组大鼠伤口在第7天时愈合效果更好，且不留瘢痕，在第8天到第14天更是效果显著，基本愈合完全。而且还可以发现，伤口处的水凝胶已经自发降解。此外，负载白藜芦醇的水凝胶处理的伤口愈合能力比未负载的水凝胶更有效，而且负载白藜芦醇的浓度越高，其愈合能力越强。这可能是由于水凝胶中含有大量水分，这极大程度地保证了伤口周围的湿润环境，且白藜芦醇本身具有强大的抗炎作用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种短肽，其特征在于，所述短肽由七个氨基酸组成，其分子式为Fmoc-FFGGRGD，其结构如下所示：

2.包含权利要求1所述短肽的水凝胶。

3.根据权利要求2所述的水凝胶，其特征在于，1mL所述水凝胶中含10～20mg所述短肽。

4.根据权利要求2所述的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶中包含有白藜芦醇。

5.根据权利要求4所述的水凝胶，其特征在于，1mL所述水凝胶中含有8～32μg白藜芦醇。

6.权利要求2所述水凝胶的制备方法，其特征在于，将权利要求1所述短肽溶于水，静置30分钟。

7.根据权利要求6所述水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法中的水为去离子水。

8.权利要求2-5中任一项所述水凝胶作为敷料的应用。

9.包含权利要求2-5中任一项所述水凝胶的敷料。