CN110522718A - 一种可注射温敏水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种可注射温敏水凝胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可注射温敏水凝胶及其制备方法,以解决水凝胶力学强度不足或注射困难的问题,属于生物医药领域。本发明以温敏材料Pluronic两端修饰醛基作为交联剂,与壳聚糖衍生物或聚赖氨酸反应,利用醛基和伯氨基的席夫碱反应制备了可注射温敏水凝胶。一方面该水凝胶利用Pluronic的温敏特性,该水凝胶在室温下为液体,生理条件下凝胶化,可便于注射;另一方面,该水凝胶通过交联反应制得,具有足够的力学强度。包埋药物后,水凝胶可在体内原位凝胶化,具有缓慢释放药物,延长药物释放时间,提高药效同时降低毒副作用的效果。

Description

一种可注射温敏水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水凝胶,尤其涉及一种可注射温敏水凝胶及其制备方法,属于生物医药领域。
背景技术
水凝胶为高分子聚合物通过化学或物理交联形成的三维网格结构,其富含水分、具有一定形态、具有良好组织相容性,在组织工程和药物递送方面具有广泛应用。根据其来源,水凝胶可分为天然水凝胶和传统水凝胶;根据外界刺激应答情况,水凝胶可分为传统水凝胶和环境敏感水凝胶。与传统水凝胶相比,环境敏感水凝胶能感知温度、pH、光、电压等外界刺激,并产生相应的物理结构和化学性质的变化,在生物医药领域更有应用价值。其中,可注射温敏水凝胶是众多环境敏感水凝胶中备受欢迎的类型,其在常温下为液态,可方便注射,到达用药部位后,在生理温度下发生相变,形成半固体凝胶态。尤其是,利用生物相容性好的壳聚糖为原料制备温敏水凝胶,如壳聚糖/β-甘油磷酸温敏水凝胶、壳聚糖/Pluronic F127水凝胶、壳聚糖/聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶等。这类水凝胶具有无毒、生物相容性好和可生物降解等优点,其局部注射后可原位凝胶化形成药物贮库,实现药物的缓慢释放和局部药物蓄积。但是,这类水凝胶存在力学强度不足、网格结构不稳定、体内维持时间短、药物突释等问题,严重限制其临床应用。
采用化学交联能有效解决水凝胶力学强度不足的问题,例如利用席夫碱反应使醛基和伯氨基形成亚胺键能显著提高水凝胶的力学强度。有文献报道,将壳聚糖与两端修饰醛基的PEG或戊二醛反应,可形成力学强度较好的自修复水凝胶,包埋细胞或药物后在生物医学领域有较好应用前景。然而,这种水凝胶所选交联剂如PEG、戊二醛等没有温敏特性,所得水凝胶在体外凝胶化,面临无法注射或注射困难的问题。因此,以温敏材料作为交联剂制备水凝胶,能同时满足其力学强度大、可原位凝胶化的要求,具备更佳的应用前景。
本发明以温敏材料Pluronic两端修饰醛基作为交联剂,与壳聚糖衍生物或聚赖氨酸反应,利用醛基和伯氨基的席夫碱反应制备了可注射温敏水凝胶。该水凝胶在室温下为液态,在生理温度下可形成高强度水凝胶,用于包载药物。
发明内容
为了克服水凝胶力学强度不足或注射困难的问题,本发明提供了一种可注射温敏水凝胶,用于包载药物。该水凝胶由两端醛基化Pluronic,与壳聚糖衍生物或聚赖氨酸发生席夫碱反应制得。一方面,利用Pluronic的温敏特性,该水凝胶在室温下为液体,生理条件下凝胶化,可便于注射;另一方面,该水凝胶交联反应制得,具有足够的力学强度。
为实现上述发明目的,本发明通过以下技术方案来实现:
一种可注射温敏水凝胶及其制备方法,其特征在于由两端醛基化Pluronic与壳聚糖衍生物或聚赖氨酸通过席夫碱反应,并包埋药物后制得。
所述两端醛基化Pluronic为Pluronic F127或Pluronic F68中的一种,与对醛基苯甲酸通过缩合反应制得。
具体的,所述两端醛基化Pluronic制备步骤如下:将Pluronic F127或PluronicF68、对醛基苯甲酸、二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶,按摩尔比1:4:5:0.4溶于无水四氢呋喃中,氮气保护下室温反应24小时。过滤除去沉淀,乙醚沉淀3次即得。
所述壳聚糖衍生物为壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖和壳聚糖季铵盐中的一种。
具体的,壳聚糖衍生物的分子量为10-100kDa,脱乙酰度大于80%。
所述聚赖氨酸为α-聚赖氨酸或ε-聚赖氨酸中的一种,其分子量为10-100kDa。
所述温敏水凝胶的制备方法如下:(1)将两端醛基化Pluronic溶于去离子水中,浓度为2%-10%(w/v),作为A液。(2)将壳聚糖衍生物或聚赖氨酸溶于去离子水或1%冰醋酸溶液中,浓度为2%-10(w/v),作为B液。(3)将相同体积A液和B液混合,涡旋震荡2分钟,即得温敏水凝胶,其中B液浓度为A液浓度的1-5倍。
所述温敏水凝胶在室温下为液态,37℃下为凝胶态,相变温度为30-35℃。
所述温敏水凝胶所包埋药物为紫杉醇、吉西他滨、依托泊苷、吉非替尼、顺铂、5-氟尿嘧啶、喜树碱中的一种。
本发明具有以下优点和有益效果:
本发明的以两端醛基化温敏材料Pluronic作为交联剂,利用席夫碱反应与富含伯氨基壳聚糖衍生物或聚赖氨酸交联,制得温敏水凝胶。一方面该水凝胶通过交联反应,赋予其足够的力学强度,解决了常规温敏水凝胶力学强度不足的问题。另一方面,该水凝胶利用Pluronic的温敏特性,在室温下为液体,在生理温度下可原位凝胶化,解决了常规交联水凝胶注射不便的问题。
附图说明
图1是实施例1两端醛基化Pluronic F127合成示意图。
图2是实施例3不同比例Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶在37℃下凝胶化情况。
图3是实施例4Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶(右瓶)与Pluronic F127-壳聚糖混合溶液(左瓶)的比较
图4是实施例7不同比例Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶在37℃下凝胶化情况。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1:两端醛基化Pluronic F127的制备
两端醛基化Pluronic F127制备路线如图1所示:
(1)分别称取Pluronic F127(12.6g,1mmol),对醛基苯甲酸(0.6g,4mmol),二环己基碳二亚胺(1.03g,5mmol)和4-二甲氨基吡啶(0.05g,0.4mmol),溶于300mL无水四氢呋喃中。在氮气保护下,室温反应24小时。
(2)将反应液过滤,去除沉淀。将滤液倒入过量冷乙醚中,过滤。将沉淀再溶于四氢呋喃,过滤后再用冷乙醚沉淀,共3次。最终将沉淀真空干燥,即得两端醛基化PluronicF127。
实施例2:两端醛基化Pluronic F68的制备
(1)分别称取Pluronic F68(8.4g,1mmol),对醛基苯甲酸(0.6g,4mmol),二环己基碳二亚胺(1.03g,5mmol)和4-二甲氨基吡啶(0.05g,0.4mmol),溶于300mL无水四氢呋喃中。在氮气保护下,室温反应24小时。
(2)将反应液过滤,去除沉淀。将滤液倒入过量冷乙醚中,过滤。将沉淀再溶于四氢呋喃,过滤后再用冷乙醚沉淀,共3次。最终将沉淀真空干燥,即得两端醛基化PluronicF68。
实施例3:不同比例Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶的制备
(1)制备A液:分别称取两端醛基化Pluronic F127 0.04g、0.06g和0.08g,均溶于2mL去离子水中,磁力搅拌30分钟,所得溶液浓度分别为2%、4%和6%(w/v)。
(2)制备B液:称取壳聚糖(分子量10kDa,脱乙酰度90%)0.04g、0.06g和0.08g,均溶于2mL 1%冰醋酸溶液中,磁力搅拌12小时,所得溶液浓度分别为2%、4%和6%(w/v)。
(3)不同比例温敏凝胶制备:取相同体积的A液和B液,分别按浓度比3:1、2:1、1:1、1:2、1:3混合,涡旋震荡2分钟,即得不同比例温敏水凝胶。
两端醛基化Pluronic F127和壳聚糖的质量比不同,所形成水凝胶的温敏性质不同,如图2所示,当两端醛基化Pluronic F127浓度高于壳聚糖浓度时,在37℃下可形成凝胶,否则无法形成凝胶。
实施例4:Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶与Pluronic F127-壳聚糖混合溶液的比较
(1)制备A液:分别称取两端醛基化Pluronic F127 0.04g,或Pluronic F1270.04g,分别溶于2mL去离子水中,磁力搅拌30分钟即得。
(2)制备B液:称取壳聚糖(分子量10kDa,脱乙酰度90%)0.08g,溶于4mL 1%冰醋酸溶液中,磁力搅拌12小时即得。
(3)温敏凝胶制备:各取2mL A液和2mL B液,混合后涡旋震荡2分钟,分别制得Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶和Pluronic F127-壳聚糖混合溶液。
将Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶和Pluronic F127-壳聚糖混合溶液均置于4℃和37℃下,30分钟后观察。如图3所示,发现Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶在4℃下为液态,37℃下为凝胶态,具有良好的温敏特性;而Pluronic F127-壳聚糖混合溶液在4℃和37℃下均为溶液,说明化学交联作用是形成温敏水凝胶的关键因素。
实施例5:Pluronic F127-羧甲基壳聚糖温敏水凝胶的制备
(1)制备A液:称取两端醛基化Pluronic F127 0.04g,溶于2mL去离子水中,磁力搅拌30分钟即得。
(2)制备B液:称取羧甲基壳聚糖(分子量10kDa,脱乙酰度90%)0.04g,溶于2mL1%冰醋酸溶液中,磁力搅拌12小时即得。
(3)温敏凝胶制备:将A液和B液混合,涡旋震荡2分钟,即得温敏水凝胶。
实施例6:Pluronic F127-羟乙基壳聚糖温敏水凝胶的制备
(1)制备A液:称取两端醛基化Pluronic F127 0.04g,溶于2mL去离子水中,磁力搅拌30分钟即得。
(2)制备B液:称取羟乙基壳聚糖(分子量10kDa,脱乙酰度90%)0.04g,溶于2mL1%冰醋酸溶液中,磁力搅拌12小时即得。
(3)温敏凝胶制备:将A液和B液混合,涡旋震荡2分钟,即得温敏水凝胶。
实施例7:不同比例Pluronic F127-γ-聚赖氨酸温敏水凝胶的制备
(1)制备A液:分别称取两端醛基化Pluronic F127 0.04g、0.06g和0.08g,均溶于2mL去离子水中,磁力搅拌30分钟,所得溶液浓度分别为2%、4%和6%(w/v)。
(2)制备B液:称取γ-聚赖氨酸(分子量30kD)0.04g、0.06g和0.08g,均溶于2mL去离子水中,磁力搅拌12小时,所得溶液浓度分别为2%、4%和6%(w/v)。
(3)不同比例温敏凝胶制备:取相同体积的A液和B液,分别按浓度比3:1、2:1、1:1、1:2、1:3混合,涡旋震荡2分钟,即得不同比例温敏水凝胶。
两端醛基化Pluronic F127和γ-聚赖氨酸的质量比不同,所形成水凝胶的温敏性质不同,如图4所示,当两端醛基化Pluronic F127浓度高于γ-聚赖氨酸浓度时,在37℃下可形成凝胶,否则无法形成凝胶。
实施例8:Pluronic F127-α-聚赖氨酸温敏水凝胶的制备
(1)制备A液:称取两端醛基化Pluronic F127 0.04g,溶于2mL去离子水中,磁力搅拌30分钟即得。
(2)制备B液:称取α-聚赖氨酸(分子量30kDa)0.04g,溶于2mL 1%冰醋酸溶液中,磁力搅拌12小时即得。
(3)温敏凝胶制备:将A液和B液混合,涡旋震荡2分钟,即得温敏水凝胶。
实施例9:载紫杉醇Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶的制备
(1)制备载药A液:称取紫杉醇8mg,两端醛基化Pluronic F127 0.04g,溶于2mL去离子水中,磁力搅拌30分钟即得。
(2)制备B液:称取壳聚糖(分子量10kDa,脱乙酰度90%)0.04g,溶于2mL 1%冰醋酸溶液中,磁力搅拌12小时即得。
(3)制备载药温敏凝胶:将A液和B液混合,涡旋震荡2分钟,即得载药温敏水凝胶。
该载药温敏水凝胶适用于肿瘤瘤内注射。
实施例10:载吉西他滨Pluronic F127-壳聚糖温敏水凝胶的制备
(1)制备载药A液:称取吉西他滨8mg,两端醛基化Pluronic F127 0.04g,溶于2mL去离子水中,磁力搅拌30分钟即得。
(2)制备B液:称取壳聚糖(分子量10kDa,脱乙酰度90%)0.04g,溶于2mL 1%冰醋酸溶液中,磁力搅拌12小时即得。
(3)制备载药温敏凝胶:将A液和B液混合,涡旋震荡2分钟,即得载药温敏水凝胶。
该载药温敏水凝胶适用于肿瘤瘤内注射。

Claims (8)

1.一种可注射温敏水凝胶及其制备方法,其特征在于由两端醛基化Pluronic与壳聚糖衍生物或聚赖氨酸通过席夫碱反应,并包埋药物后制得。
2.根据权利要求1所述的两端醛基化Pluronic,其特征在于:由Pluronic F127或Pluronic F68中的一种,与对醛基苯甲酸通过缩合反应制得。
3.根据权利要求2所述两端醛基化Pluronic的制备方法,其特征在于:将PluronicF127或Pluronic F68、对醛基苯甲酸、二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶,按摩尔比1:4:5:0.4溶于无水四氢呋喃中,氮气保护下室温反应24小时;过滤除去沉淀,乙醚沉淀3次即得。
4.根据权利要求1所述壳聚糖衍生物,其特征在于:为壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖和壳聚糖季铵盐中的一种;具体的,其分子量为10-100kDa,脱乙酰度大于80%。
5.根据权利要求1所述聚赖氨酸,其特征在于:为α-聚赖氨酸或ε-聚赖氨酸中的一种,其分子量为10-100kDa。
6.根据权利要求1所述温敏水凝胶的制备方法,其特征在于:通过以下步骤实现:(1)将两端醛基化Pluronic溶于去离子水中,浓度为2%-10%(w/v),作为A液。(2)将壳聚糖衍生物或聚赖氨酸溶于去离子水或1%冰醋酸溶液中,浓度为2%-10(w/v),作为B液。(3)将相同体积A液和B液混合,涡旋震荡2分钟,即得温敏水凝胶,其中B液浓度为A液浓度的1-5倍。
7.根据权利要求1和5所述温敏水凝胶的制备方法,其特征在于:在室温下为液态,37℃下为凝胶态,相变温度为30-35℃。
8.根据权利要求1所述温敏水凝胶所包埋的药物,其特征在于:为紫杉醇、吉西他滨、依托泊苷、吉非替尼、顺铂、5-氟尿嘧啶、喜树碱中的一种。
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