CN111378185B - 一种仿生蛋白多糖类纳米材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生蛋白多糖类纳米材料及其制备方法与应用。本发明将B型明胶溶液与含有磺酸基团且不含胺基的阴离子聚合物混合，调节pH至反应体系呈酸性；再依次加入丙酮、交联剂，搅拌，反应，旋蒸去除丙酮，终止反应；将反应产物纯化处理，得到离子交联负载药物纳米明胶，然后与聚合物进一步混合，搅拌，反应，得到一种双重负载的纳米明胶载体材料，方法简单易行，产率高，易于大批量生产。本发明仿生蛋白多糖类纳米材料通过特殊不同作用力的双重负载的载药方式，提高了载药量高，可同时实现蛋白酶控制释放与简单物理控制释放效果，药物的利用率高，在未来的药物传递领域中具有广阔的应用前景。

Description

一种仿生蛋白多糖类纳米材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于纳米医药技术领域，特别涉及一种具有强弱作用力载药方式的仿生蛋白多糖类纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

骨关节炎由于增龄、肥胖、劳损、创伤、关节先天性异常、关节畸形等诸多因素引起的关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生，又称骨关节病、退行性关节炎、老年性关节炎、肥大性关节炎等，不仅由于其发病率高很大程度上降低人们的生活质量，并且会提高死亡率；作为一种退行性病变，其症状不仅表现为炎症的侵袭并且伴随着软骨的退化，由于其复杂的病症表现以及现在依然未确定的发病机制，要想达到抗炎以及良好的软骨修复效果，这依然是人们在骨关节炎治疗领域上所面临的挑战。

在骨关节治疗的方式上主要有口服药物、局部治疗以及关节处原位给药。口服药物生物利用性低，局部治疗方法多种多样但根治效果不明显，关节原位给药随着药物载体的发展，在关节腔处可以达到高的治疗药物浓度与缓释效果，赋予药物最佳的治疗效果。最常用的骨关节炎治疗药物主要有非甾体抗炎药、皮质类固醇、基因药物以及内源性药物糖胺聚糖。非甾体抗炎药最近被FDA认为其存在心血管和消化道出血的风险，皮质类固醇药物相对于非甾体抗炎药生物毒性低，但皮质类固醇药物在骨关节处具有导致软骨退化的缺点，基因药物生物相容性高、治疗效果明显但是其价格昂贵，相对于以上药物其生物相容性高，副作用低。骨关节炎由于其复杂的病体机制，其微环境中存在局部组织损伤，炎症和自我修复的恶性循环，针对这种恶性循环过程，传统的即时性抗炎药物虽然能达到短期的抗炎效果，但长期给药的副作用无法对炎症的再复发做出精准治疗(Jeremy Sokolove andChristin M.Lepus，Ther Adv Musculoskel Dis，2013 5(2)77–94)(Robinson,W.H.,Lepus,C.M.,Wang,Q.,Raghu,H.,Mao,R.,Lindstrom,T.M.,&Sokolove,J.2016.NatureReviews Rheumatology,12(10),

580–592)。

明胶是可用于生产纳米材料的基础材料之一，该材料的性质多取决于其制备方式，其来源、胺基酸的类型、种类以及分子量。同时明胶纳米材料具有很多优点例如：明胶的易获得性、生物相容性等。通过去溶剂法制备纳米明胶材料首先在1978年被报道(MARTY,J.J.,OPPENHEIM,R.C.,and SPEISER,P.1978,Pharma Acta Helveticae,53,17_23.)这种方法制备得到的纳米粒子稳定性不好，在2000年被报道了一种新的两步去溶剂法制备纳米明胶(C.J.Coester,K.Langer,H.Von Br.J.MICROENCAPSULATION,2000,VOL.17,NO.2,187_193.)此方法大大地改进了纳米明胶的稳定性，戊二醛交联后的纳米明胶不易发生聚集，基于制备方式的改进，使纳米明胶在生物医药技术上的应用水平不断提高，到现在可作为用于肿瘤治疗的纳米载体(Wong,C.,Stylianopoulos,T.,Cui,J.,Martin,J.,Chauhan,V.P.,Jiang,W.,…Fukumura,D.Wong,C.,Stylianopoulos,T.,Cui,J.,Martin,J.,Chauhan,V.P.,Jiang,W.,…Fukumura,D.Proceedings of the National Academy of Sciences,108(6),2426–2431.)该研究就利用纳米明胶可以被在肿瘤微环境中高表达基质金属蛋白酶降解的性质，从而实现对负载量子点的定位释放以及缓释的效果，这种肿瘤基质金属蛋白酶高表达与骨关节炎的微环境表现也同样相似。Diba,M等人在2017年时采用纳米明胶进行改良应用于骨质疏松的明胶体系(Diba,M.,Camargo,W.A.,Brindisi,M.,Farbod,K.,Klymov,A.,Schmidt,S.,…Leeuwenburgh,S.C.G.(2017).Advanced FunctionalMaterials,27(45),1703438.)最近也有研究证明纳米明胶对多酚具有良好的吸附性，亦有报道纳米明胶对多酚药物的负载(Song,X.,Gan,K.,Qin,S.,Chen,L.,Liu,X.,Chen,T.,&Liu,H.(2019).Scientific Reports,9(1))。

硫酸软骨素相对于其他糖胺聚糖不仅可以抑制软骨细胞的退化补充软骨细胞基质所需的养分，同时也具有抗炎活性，在2013年被报道(Xu,J.-H.；Gao,F.-P.；Liu,X.-F.；Zeng,Q.；Guo,S.-S.；Tang,Z.-Y.；Zhao,X.-Z.；Wang,H.Chem.Commun.2013,49,4462–4464.)。作为一种内源性药物，硫酸软骨素的高生物相容性使其应用十分广泛，如Fenbo,M等人利用硫酸软骨素与丝素蛋白制备的共混膜材料，可以促进关节处软骨组织的修复同时也表现了硫酸软骨素良好的抗炎活性。但是硫酸软骨素极易溶于水，这限制了硫酸软骨素的在关节腔的药物作用。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种仿生蛋白多糖类纳米材料的制备方法。所述的制备方法，将硫酸软骨素与明胶的离子交联作用引入，以实现药物负载与材料制备相结合。所述的制备方法还提供了制备所需要的最佳制备配比，并且引入硫酸软骨素与明胶的离子交联作用，从而改善单纯戊二醛交联所制备的纳米明胶的生物相容性。

本发明的另一目的在于提供一种仿生蛋白多糖类纳米材料。所述的纳米明胶材料为一类高生物相容性医疗应用载体材料，通过离子交联与简单物理吸附的载药方式，实现酶控爆释与物理扩散缓释相结合的效果。

本发明的再一目的在于提供上述仿生蛋白多糖类纳米材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种仿生蛋白多糖类纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将B型明胶(碱法明胶)溶液与含有磺酸基团且不含有胺基的阴离子聚合物混合，加入pH调节剂至反应体系呈酸性；再依次加入丙酮、交联剂，搅拌，反应，旋蒸去除丙酮，终止反应；将反应产物纯化处理，得到离子交联负载阴离子聚合物纳米明胶；该过程中，B型明胶上质子化的胺基与阴离子聚合物的磺酸基团进行离子交联，从而形成半互穿网络，再加入交联剂进行共价交联，可以得到强作用负载的并且具有高生物相容性的纳米明胶；

(2)将步骤(1)所得离子交联负载阴离子聚合物纳米明胶与所述的阴离子聚合物再次混合，搅拌，反应，即获得目标产物。该过程中，纳米明胶上的游离的胺基通过氢键作用吸附药物，进而进一步实现对阴离子聚合物的弱作用负载，即得所述的仿生蛋白多糖类纳米材料。

步骤(1)中所述的阴离子聚合物优选为硫酸软骨素或肝素。

所述的硫酸软骨素的粘均分子量优选在1～5万道尔顿范围内。

步骤(1)中所述的B型明胶溶液优选浓度为20.8～24mg/ml的B型明胶溶液；更优选为浓度为22.5mg/ml的B型明胶溶液。

步骤(1)中所述的B型明胶溶液、阴离子聚合物、丙酮、交联剂的配比优选为按6～6.5ml：6.25～50mg：20.5～30ml：0.9～1.2ml的比例计算；更优选为按6.25ml：25mg：20.75ml：1ml的比例计算。

步骤(1)中所述的B型明胶溶液，优选为低分子量B型明胶溶液；更优选通过如下方法制备得到：取B型明胶原料，与水混合并加热至充分溶解，加入丙酮，静置，除去上清液，加水复溶，得到所述的B型明胶溶液。

所述的B型明胶原料的分子量优选在5～10万道尔顿范围内。

所述的B型明胶原料、水、丙酮的配比，优选为按50～60mg：1～2ml：1～2ml的比例计算；更优选为按50mg：1ml：1ml的比例计算。

所述的加热的方式优选为水浴加热。

所述的加热的温度优选为38～42℃；更优选为40℃。

所述的加入丙酮的速度优选为5～7ml/min；更优选为6ml/min。

所述的静置的时间优选为0.5～2min；更优选为1min。

所述的复溶的过程优选为在38～42℃下进行；更优选为在40℃下进行。

步骤(1)中所述的加入pH调节剂的过程优选为在38～42℃下进行；更优选为在40℃下进行。

步骤(1)中所述的pH调节剂优选为盐酸溶液；更优选为浓度为0.24mol/L的盐酸溶液。

步骤(1)中所述的反应体系呈酸性具体是指反应体系pH＝2.7～4；更优选为pH＝3。

步骤(1)中所述的交联剂优选为戊二醛、水和丙酮的混合溶液。

所述的戊二醛、水和丙酮的配比优选按体积比1:1:10计算。

步骤(1)中所述的搅拌优选为在38～42℃下进行；更优选为在40℃下进行。

步骤(1)中所述的搅拌的时间优选为4～7h；更优选为5h。

步骤(1)中所述的终止反应所用的试剂优选为甘氨酸水溶液；更优选为浓度为1mol/L的甘氨酸水溶液。

步骤(1)中所述的反应产物在纯化处理操作前，于4℃条件下过夜处理。

步骤(1)中的所述的纯化处理优选为应用超滤技术实现，所用超滤管为10万分子量规格最优。

步骤(2)中所述的离子交联负载阴离子聚合物纳米明胶与所述的阴离子聚合物的配比，优选按质量比1～2：1～2计算；更优选为按质量比1：1计算。

步骤(2)中所述的混合优选在pH＝6.8的条件下进行。

步骤(2)中所述的搅拌的时间优选为12～36h；更优选为24h。

一种仿生蛋白多糖类纳米材料，通过上述方法制备得到。

上述仿生蛋白多糖类纳米材料在制备药物中的应用。

所述的药物优选为治疗骨关节炎药物。

所述的治疗包含抑制骨关节炎炎症复发。

本发明在戊二醛交联制备纳米明胶的基础上进行了突破。利用纳米明胶在基质金属蛋白酶的作用下可以实现降解，在骨关节炎这种微环境中实现对药物的缓释效果。虽然通过纳米明胶进行载药有报道，但目前多是利用其吸附性对小分子量或者大分子量药物进行载药，暂未见纳米明胶负载硫酸软骨素这种高分子量的聚合物来的相关研究报道。本发明在制备B型纳米明胶的过程中引入硫酸软骨素，让硫酸软骨素与明胶进行离子交联形成半互穿网络即利用质子化氨基与硫酸软骨素磺酸基团的相互作用，再用戊二醛进行共价交联，从而形成一种新型蛋白多糖类纳米明胶，不仅提高纳米明胶生物相容性而且降低了硫酸软骨素的溶解性。与此同时，利用蛋白多糖类纳米明胶的游离氨基与硫酸软骨素中磺酸基团的氢键吸附作用从而实现对硫酸软骨素的双载，通过这两种不同作用力的负载，实现了蛋白酶控制释放与持久且一定量的物理控制释放的效果。骨关节炎具有复杂的病理特征，其本身是一种低度炎症的慢性疾病，在病发过程中关节腔是自我修复，炎症以及局部组织损伤三者的恶性循环过程，因此急时性的抗炎效果并不能完全治愈骨关节炎，其中伴随炎症的复发影响。本发明所设计的纳米材料利用硫酸软骨素的治疗特性，利用不同的载药方式以实现蛋白酶控制释放与持久且一定量的物理控制释放相结合的效果，可以对受损软骨组织持续进行修复，抑制炎症的再复发，进而打破关节腔处自我修复，炎症以及局部组织损伤三者的恶性循环过程，通过药物治疗实现了对骨关节炎的良好治疗效果。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1.本发明多糖类纳米明胶材料，创新利用离子交联，使硫酸软骨素负载于明胶，同时，所述的双重负载药物的纳米明胶载体材料通过纳米明胶游离的胺基与硫酸软骨素的磺酸基团之间的氢键作用实现了对药物的进一步负载，使药物不再通过其他复杂的化学交联方法来实现与硫酸软骨素的结合，实现了硫酸软骨素的高效利用，所得到的纳米明胶粒子的生物相容性高；同时，这种不同作用力式双负载也提高了载药量。

2.由于本发明多糖类纳米明胶材料的特殊不同作用力的双重负载的载药方式，使得本发明的纳米明胶粒子实现几何释药。一方面，表面通过氢键作用负载的硫酸软骨素容易与离子交联作用的新型纳米明胶分离，相对于与明胶通过离子交联负载上的硫酸软骨素可以通过简单的物理扩散作用较易地释放，在没有基质金属蛋白酶、胶原蛋白酶等降解明胶蛋白酶的环境下依然可以释放一定量的药物。当在有基质金属蛋白酶、胶原蛋白酶等降解明胶蛋白酶的参与下，本发明的多糖类纳米明胶材料载体材料可以通过明胶的降解实现硫酸软骨素大量的释放，在骨关节炎微环境下，这种纳米粒子载药体系，可以跟踪骨关节炎中的炎症严重程度来进行跟踪式几何释药，即：当炎症活性增强时，基质金属蛋白酶高表达，该纳米粒子就会快速释放硫酸软骨素发挥其抗炎及软骨修复作用；当炎症活性不高时，该纳米粒子也能实现一定量且持续地硫酸软骨素的释放，对受损软骨进行修复，抑制炎症复发。这种一快一慢的释放方式的结合不仅提高了药物利用率，而且适应骨关节炎复杂的病理特征进行治疗。

3.本发明多糖类纳米明胶材料的制备方法，简单易行，产率高，易于大批量生产。

附图说明

图1为不同材料的场发射扫描电镜观察结果图，其中，图A为GC纳米粒子(标尺为500nm)，图B为PG纳米粒子(标尺为200nm)。

图2为不同材料的纳米粒度分析仪测量结果图，其中，图A为GC纳米粒子和PG纳米粒子的粒径尺寸检测结果图，图B为GC纳米粒子和PG纳米粒子的ζ电位检测结果图。

图3为不同材料的紫外吸收光谱分析结果图，其中图A为紫外吸收光谱图，图B为等浓度GC纳米粒子与Gel纳米粒子的沉淀形貌图。

图4为三硝基苯磺酸法测定的不同材料中明胶游离胺基的浓度结果图。

图5为不同材料的红外吸收光谱图。

图6为不同材料与大鼠源软骨细胞共孵育后的细胞毒性结果分析图。

图7为模拟蛋白酶明胶降解PG纳米粒子累积硫酸软骨素释放量随时间的变化曲线图。

图8为无蛋白酶条件下测定PG纳米粒子与GC纳米粒子累积硫酸软骨素释放量随时间的变化曲线。

图9为不同材料制备过程中戊二醛交联后5小时后形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到或者经现有技术中已知的常规合成方法制备得到。

下述实施例中所用的B型明胶(CAS:9000-70-8)购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号G108395。

下述实施例中所用的硫酸软骨素(CAS：9007-28-7)购自上海吉至生化科技有限公司，货号C18280。

实施例1

1.离子交联负载硫酸软骨素纳米明胶的制备

将625mg的B型明胶溶解在12.5ml过220nm膜的超纯水中，并在40℃水浴加热下充分溶解，溶解后停止加热，采用微量注射泵以6ml/min的流速加入12.5ml的丙酮，静置1min，立即除去上清液，再用12.5ml纯水在40℃下进行复溶，得到B型明胶溶液。

取6.25mL的B型明胶溶液，加入25mg硫酸软骨素，并搅拌1h，用浓度为0.24mol/lL的盐酸溶液，在40℃下搅拌调节pH至3.0，用微量注射泵以1ml/min加入20.75ml的丙酮，加完丙酮以后加入1ml的戊二醛丙酮溶液(戊二醛丙酮溶液的配置：取(购自阿拉丁)浓度为50％的戊二醛原液(溶剂为水)与丙酮按体积比1:5混合，下同)，40℃搅拌5h，5h后用旋转蒸发仪除去丙酮，用1mol/L的甘氨酸水溶液终止共价交联反应，4℃过夜，最后进行超滤离心浓缩，制备得到离子交联负载硫酸软骨素的纳米明胶材料(命名为GC)，并取上清液进行硫酸软骨素的定量。

2.将625mg的B型明胶溶解在12.5ml过220nm膜的超纯水中，并在40℃水浴加热下充分溶解，溶解后停止加热，采用微量注射泵以6ml/min的流速加入12.5ml的丙酮，静置1min，立即除去上清液，再用12.5ml纯水在40℃下进行复溶，得到B型明胶溶液。

取6.25mL的B型明胶溶液，用稀释50倍后的浓盐酸，在40℃下搅拌调节pH至3.0，用微量注射泵以1ml/min加入20.75ml的丙酮，加完丙酮以后加入1ml的戊二醛丙酮溶液，40℃搅拌5h，5h后用旋转蒸发仪除去丙酮，用1mol/L的甘氨酸水溶液终止共价交联反应，4℃过夜，最后进行超滤离心浓缩，制备得到传统的通过两步去溶剂法得到的纳米明胶材料(命名为Gel)。

3.吸附硫酸软骨素纳米明胶的制备

将制备好的离子交联负载硫酸软骨素纳米明胶(GC)，在pH＝6.8时，按照质量比1:1的比例与硫酸软骨素混合，并在磁力搅拌情况下搅拌24h，用8000转离心洗涤三次，除去游离的硫酸软骨素，得到双重负载硫酸软骨素的多糖类纳米明胶材料(命名为PG)，并取上清液进行硫酸软骨素的定量。

将制备好的传统的纳米明胶粒子(Gel)，在pH＝6.8时，按照质量比1:1的比例与硫酸软骨素混合，并在磁力搅拌情况下搅拌24h，用8000转离心洗涤三次，除去游离的硫酸软骨素，得到只吸附负载硫酸软骨素的纳米明胶粒子(命名为CG)，并取上清液进行硫酸软骨素的定量。

将制得的材料置于烘干箱中烘干12h，测定总纳米材料的质量。通过如下公式：药物负载能力(％)＝(加入硫酸软骨素的总质量-上清液中测得的硫酸软骨素的总质量)/总纳米材料的质量，计算各样品的药物负载能力，结果如表1所示。可以看出，本发明制备的双重负载硫酸软骨素的多糖类纳米明胶材料，可以实现对硫酸软骨素高达41.04％的负载效率。

表1不同样品的药物负载能力

用场发射扫描电镜(SEM)观察离子交联负载硫酸软骨素的纳米明胶材料(GC)和双重负载硫酸软骨素的多糖类纳米明胶(PG)，结果如图1所示。结果显示，PG纳米粒子保留了球形结构。

用纳米粒度分析仪(Malvern Instruments Limited)测量GC纳米粒子和PG纳米粒子的粒径尺寸和ζ电位，结果如图2所示。GC纳米粒子与PG纳米粒子平均粒径分别为425.83nm与453.67nm。zeta电位从-20.40±0.30mV(GC纳米粒子)降低至-37.2±0.70mV(PG纳米粒子)，对应于硫酸软骨素磺酸基团的负电性质，证明在GC纳米粒子基础上通过氢键又成功负载了硫酸软骨素，形成双重负载的PG纳米粒子。

亚甲基蓝可以与磺酸基团发生静电相互作用形成超分子复合物，使亚甲基蓝的紫外吸收峰发生变化，即664nm和610nm处的紫外吸收峰处的吸光度会降低而在570nm会出现新的紫外吸收峰。将30μg/ml的亚甲基蓝按1:1的体积比分别与2.4mg/ml的GC纳米粒子，Gel纳米粒子混合，用紫外可见分光光度计进行测量。结果如图3所示。从图3A中可以很明显发现GC纳米粒子与Gel纳米粒子有明显的差异，是因为GC中的硫酸软骨素与亚甲基蓝相互作用，说明GC成功负载硫酸软骨素。等浓度GC纳米粒子与Gel纳米粒子的沉淀结果如图3B所示。从沉淀形貌上可以显著看出，GC纳米粒子沉淀为淡黄色，而Gel纳米粒子沉淀为半透明的黄色沉淀。

三硝基苯磺酸(TNBS)法测定不同材料中明胶游离胺基的浓度。具体实验步骤如下：将1毫升的4％NaHCO₃(pH 8.8)和1毫升的0.5％TNBS按1:1的体积比添加到含有3mg/ml的Gel，CG或者GC纳米粒子的水溶液中。在温和摇动下将反应混合物在40℃加热4小时。加入3毫升浓HCl(浓度为12mol/L)，并将混合物在120℃下高压灭菌1小时，以水解和溶解任何不溶物。然后将水解产物用水稀释至5ml。用三份20毫升的乙醚萃取水解产物稀释液，以除去过量的未反应的TNBS。除去5ml等分试样的水相，并在热水浴中加热15分钟以蒸发残留的醚。将等分试样用15ml水稀释，并在紫外可见分光光度计中在346nm处测量吸光度。结果如图4所示。CG纳米粒子(取传统的两步去溶剂法制备的纳米明胶粒子以质量比1:1的混合搅拌24h得到吸附硫酸软骨素的纳米明胶粒子。)与Gel纳米粒子相比较，游离胺基浓度几乎相类似，但是对于GC纳米粒子(硫酸软骨素参与离子交联形成的新型纳米明胶粒子)，游离胺基浓度显著增大，这组实验结果说明硫酸软骨素在制备过程正是因为参与交联过程，取代了部分戊二醛交联的胺基，而单纯吸附上的硫酸软骨素却达不到这种效果。

红外吸收光谱分析GC纳米粒子、CG纳米粒子与Gel纳米粒子，结果如图5所示。图中可以看出，GC纳米粒子的特征峰为1174cm^-1和1008cm^-1，这归因于S＝O的不对称和对称拉伸振动特征峰。这些数据表明明胶纳米颗粒成功地与硫酸软骨素结合。此外，将CG与Gel相比，在CG纳米粒子中出现了两个新的特征峰，分别为1114cm^-1和1072cm^-1(S＝O的特征峰)。这表明明胶纳米颗粒可以通过简单的氢键吸附，成功负载了硫酸软骨素。

将不同材料与大鼠源软骨细胞系(C5.18，Invitrogen Corporation)共孵育24h，检测细胞毒性。实验步骤：将C5.18细胞收获在96孔板中，每个孔中有5000个细胞，持续12小时。然后用含有不同浓度的GC和PG细胞培养液替换细胞上悬液，具体的浓度分别为：0.075mg/ml、0.15mg/ml、0.3mg/ml、0.6mg/ml、1.2mg/ml、2.4mg/ml，孵育24小时后，除去细胞上清游离物质。通过CCK-8试剂盒(日本Dojindo)测量细胞活力，结果如图6所示。从图中可以显著看出GC纳米粒子与PG纳米粒子即使达到2.4mg/ml的浓度依然表现出良好的细胞活性。

将PG在37℃的旋转板上(70rpm)以1mg/mL的硫酸软骨素浓度分散在1×PBS(Gibco，PH＝7.4)缓冲溶液中。用胰蛋白酶模拟明胶降解，通过在类似条件(即37℃的旋转板上(70rpm)以1mg/mL的硫酸软骨素浓度分散在1×PBS(Gibco，PH＝7.4)缓冲溶液中)下加入10μL的含有0.25％胰蛋白酶的PG悬浮液来测定药物释放。评估每个时间点从PG释放的硫酸软骨素的分布情况，离心(8000rpm，5分钟)后，用相同体积的培养基刷新上清液，并在不同时间收集以定量游离硫酸软骨素，具体的收集时间分别为：0min、30min、60min、90min、120min、150min、180min、210min。定量硫酸软骨素的方法：采用亚甲基蓝定量硫酸软骨素，取0.04mg/ml亚甲基蓝按1:1的体积比分别与0mg/L，5mg/L，10mg/L，15mg/L，20mg/L浓度的硫酸软骨素相互混合，在600nm处测得吸光度定量制作标准曲线，利用标准曲线定量上清液中硫酸软骨素浓度测得累积释放量。累积硫酸软骨素释放量随时间(min)的变化结果如图7所示。在存在胰蛋白酶的情况下，PG纳米粒子的硫酸软骨素累积释放量达到82.79±1.13％，而在没有胰蛋白酶的情况下，仅释放2.31±0.10％。可见，PG纳米凝胶具有两种不同形式的药物释放形式，它们对骨关节炎微环境有反应。

无蛋白酶条件下测定PG纳米粒子与GC纳米粒子累积硫酸软骨素释放量(具体方法参考前述实验)，制作累积硫酸软骨素释放量随时间(天)的变化曲线图，结果如图8所示。结果表明，PG纳米颗粒的最大累积硫酸软骨素(20.56±0.75％)在3天内达到，并且在3天内具有最快的释放速率。但是，从GC纳米粒子释放的硫酸软骨素仅具有4.50±0.26％。由于具有不同相互作用力的PG纳米颗粒自组装以加载硫酸软骨素，因此PG的释放表现出不同的药物释放方式，这取决于不同的相互作用力。与离子交联形式的加载的硫酸软骨素相比，通过氢键作用加载的硫酸软骨素更易于释放。

实施例2

参照实施例1步骤1.的操作，制备三种离子交联负载硫酸软骨素的纳米明胶材料，区别仅在于加入硫酸软骨素的质量不同，分别为50mg、20mg、12.5mg，分别得到样品GC-1、GC-2、GC-3；参照实施例1步骤2.的操作，制备样品Gel。观察、记录四种不同材料制备过程中戊二醛交联后5小时后的形貌，结果如图9所示。

图中结果显示，当加入硫酸软骨素的质量为50mg时，戊二醛交联以后絮状沉淀增多，且溶液颜色偏白，不易形成离子交联后的新型纳米明胶；当加入质量小于50mg时，溶液较为澄清，可以形成纳米明胶粒子。

进一步的，用纳米粒度分析仪测量样品GC-2、GC-3、Gel水相粒径尺寸；计算各样品的药物负载能力，结果如表2所示。由表2可以得出具有最佳负载效率的为加入25mg的硫酸软骨素。

表2不同样品的水相粒径尺寸和药物负载能力

本发明成功制备了不同于以往的纳米明胶载药体系，平均粒径分布集中在453.67nm，并且对于硫酸软骨素实现了高负载率，PG纳米粒子可以实现对硫酸软骨素41.04％的高负载效率，相较于普通的纳米明胶，这种双负载纳米明胶保留了球形结构，并且对软骨细胞表现出高的生物相容性，细胞毒性在2.4mg/ml的级别依然表现无毒性，整体吸附硫酸软骨素的新型纳米明胶可以实现了硫酸软骨素骨关节炎治疗的高生物利用率与治疗效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种仿生蛋白多糖类纳米材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将B型明胶溶液与含有磺酸基团且不含有胺基的阴离子聚合物混合，加入pH调节剂至反应体系呈酸性；再依次加入丙酮、交联剂，搅拌，反应，旋蒸去除丙酮，终止反应；将反应产物纯化处理，得到离子交联负载阴离子聚合物纳米明胶；

（2）将步骤（1）所得离子交联负载阴离子聚合物纳米明胶与所述的阴离子聚合物再次混合，搅拌，反应，即获得目标产物；

步骤（1）中所述的阴离子聚合物为粘均分子量在1～5万道尔顿范围内的硫酸软骨素。

2.根据权利要求1所述的仿生蛋白多糖类纳米材料的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中所述的B型明胶溶液通过如下方法制备得到：取B型明胶原料，与水混合并加热至充分溶解，加入丙酮，静置，除去上清液，加水复溶，得到所述的B型明胶溶液。

3.根据权利要求2所述的仿生蛋白多糖类纳米材料的制备方法，其特征在于：

所述的B型明胶原料的分子量在5～10万道尔顿范围内；

所述的B型明胶原料、水、丙酮的配比按50～60mg：1～2ml：1～2ml的比例计算；

所述的加热的方式为水浴加热；

所述的加热的温度为38～42℃；

所述的加入丙酮的速度为5～7ml/min；

所述的静置的时间为0.5～2min；

所述的复溶的过程在38～42℃下进行。

4.根据权利要求1所述的仿生蛋白多糖类纳米材料的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中所述的B型明胶溶液是浓度为20.8～24mg/ml的B型明胶溶液；

步骤（1）中所述的B型明胶溶液、阴离子聚合物、丙酮、交联剂的配比按6～6.5ml：6.25～50mg：20.5～30ml：0.9～1.2ml的比例计算；

步骤（2）中所述的离子交联负载阴离子聚合物纳米明胶与阴离子聚合物的配比按质量比1～2：1～2计算。

5.根据权利要求1所述的仿生蛋白多糖类纳米材料的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中所述的加入pH调节剂的过程为在38～42℃下进行；

步骤（1）中所述的pH调节剂为盐酸溶液；

步骤（1）中所述的反应体系呈酸性具体是指反应体系pH=2.7～4；

步骤（1）中所述的交联剂为戊二醛、水和丙酮的混合溶液；

步骤（1）中所述的终止反应所用的试剂为甘氨酸水溶液；

步骤（2）中所述的混合在pH=6.8的条件下进行。

6.根据权利要求5所述的仿生蛋白多糖类纳米材料的制备方法，其特征在于：

所述的盐酸溶液是浓度为0.24mol/L的盐酸溶液；

所述的反应体系呈酸性具体是指反应体系pH=3；

所述的戊二醛、水和丙酮的配比按体积比1:1:10计算；

所述的终止反应所用的试剂为浓度为1mol/L的甘氨酸水溶液。

7.一种仿生蛋白多糖类纳米材料，其特征在于：

通过权利要求1～6任一项所述的方法制备得到。

8.权利要求7所述的仿生蛋白多糖类纳米材料在制备治疗骨关节炎药物中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：

所述的治疗包含抑制骨关节炎炎症复发。

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