CN111892719A - 一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子水凝胶及其制备与应用 - Google Patents

一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子水凝胶及其制备与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于再生医学材料的技术领域，公开了一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子水凝胶及其制备与应用。所述方法：以水为反应介质，将甲基丙烯酸酐改性的透明质酸、双键功能化的脲基嘧啶酮功能单体与2‑(2‑甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯在引发体系作用下共聚反应，后续处理，得到透明质酸超分子水凝胶。所述水凝胶用于软骨组织工程领域，用于软骨细胞三维培养以及制备软骨修复材料。本发明的水凝胶具有溶胶‑凝胶转变和自修复性能，低温下的溶胶易实现软骨细胞的均匀分散，输送至软骨损伤部位后即能发生相变形成凝胶进而实现软骨细胞的原位固定；水凝胶动态三维微环境的形成有利于软骨细胞功能的维持以及软骨特征基质的分泌。

Description

一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子水凝胶及其制 备与应用
技术领域
本发明涉及再生医学材料的技术领域，具体涉及一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子水凝胶及其制备方法与应用。
背景技术
由急性创伤、劳损或疾病等导致的关节软骨损伤是骨科常见的一种关节疾病。关节软骨损伤后若不及时处理，软骨基质的降解容易导致骨性关节炎，最终只能接受关节置换，严重的甚至会导致终身残疾。与骨组织的巨大再生潜能不同，关节软骨由于缺乏血管、神经及淋巴网络结构，软骨损伤后再生能力很弱。因此，在再生医学领域，软骨缺损修复一直是研究的热点。自体软骨细胞移植术(ACI)作为治疗关节软骨缺损的金标准，已得到学者的公认，但存在细胞外漏、软骨细胞功能丢失、手术失败率高等问题，限制了该项技术在临床上的广泛应用。
基于细胞、生长因子以及支架材料的组织工程学的发展为修复软骨缺损开辟了新的途径。在组织工程中，支架材料起到细胞外基质的作用，对于维持软骨细胞功能至关重要。水凝胶具有类似于细胞外基质的三维网状结构，有利于氧气、营养物质及代谢产物的扩散与交换，可为包埋于其中的细胞提供适宜的三维生长微环境。此外，水凝胶可在一定条件下保持流动状态，而在外部刺激下形成具有一定形状的凝胶态，可以利用这种智能性来制备注射型水凝胶支架，发挥其在修复形状复杂的软骨缺损治疗方面的优势。然而，传统化学交联水凝胶需要添加交联剂或引发剂，形成的是静态的交联网络，往往比较脆，在体内动态力学环境下其力学生物相容性差，最重要的，研究表明静态弹性网络的形成会限制软骨细胞增殖及软骨基质的分泌。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种温敏自愈合的透明质酸超分子水凝胶及其制备方法。所述透明质酸超分子凝胶为具有快速溶胶-凝胶转变、自修复性能好、易实现软骨细胞的原位固定以及软骨细胞功能维持的透明质酸超分子水凝胶。
本发明的再一目的在于提供上述温敏自愈合的透明质酸超分子水凝胶的应用。本发明的透明质酸超分子水凝胶用于组织工程领域，作为组织工程的支架，特别是软骨修复的三维支架，用作软骨细胞培养。本发明的透明质酸超分子凝胶用于制备组织工程软骨修复材料。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种温敏自愈合的透明质酸超分子凝胶的制备方法，包括以下步骤：
以水为反应介质，将甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)、双键功能化的脲基嘧啶酮(UPy)功能单体(UPyMA)与2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA)在引发体系作用下共聚反应，后续处理，得到透明质酸超分子水凝胶。所述后续处理为纯化，冻干，溶解。
所述甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)的结构式为：
Figure BDA0002536917780000021
其中n>0且n为整数。
所述双键功能化的脲基嘧啶酮(UPy)功能单体(UPyMA)的结构式为：
Figure BDA0002536917780000022
所述2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA)的结构式为：
Figure BDA0002536917780000023
所述甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)的制备方法，包括以下步骤：
a)低温下，将甲基丙烯酸酐与透明质酸钠的水溶液混合，调节pH至碱性，反应，后续处理，获得甲基丙烯酸酐改性的透明质酸。透明质酸都是以钠盐的形式存在。
所述低温的温度为0～4℃，所述反应的温度为1～4℃，所述反应的时间为12～36h。
所述pH为8～12，优选为8～10。
所述甲基丙烯酸酐与透明质酸钠的用量关系为甲基丙烯酸酐与透明质酸钠中重复单元的摩尔比大于1，优选为(10～30):1。所述透明质酸钠的分子式为(C14H20NO11Na)n，n为大于0的整数。
所述透明质酸钠的水溶液的质量浓度为0.2％～1％。所述透明质酸钠的分子量为100～150万。
所述后续处理是指采用沉淀剂对反应完成后的体系进行沉淀，将沉淀物溶于水透析，冷冻干燥，获得甲基丙烯酸酐改性的透明质酸。
所述沉淀剂为乙醇，优选为冷冻后的乙醇。所述透析的透析袋的截留分子量为8000-14 000。
所述双键功能化的脲基嘧啶酮功能单体(UPyMA)主要由2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与甲基丙烯酸异氰基乙酯反应得到。
甲基丙烯酸异氰基乙酯与2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶的摩尔比为(1～1.2)：1。
具体步骤为：在有机溶剂中将2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与甲基丙烯酸异氰基乙酯反应，冷却，洗涤，过滤，干燥。所述2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与有机溶剂的用量满足以下条件：2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶的用量为2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与有机溶剂总质量的5～10％。所述反应在搅拌的条件下进行。所述洗涤为丙酮洗涤。所述干燥为真空干燥。所述有机溶剂为二甲基亚砜。
透明质酸超分子凝胶的制备方法中，所述引发体系优选为氧化还原引发体系。
所述氧化还原引发体系为过硫酸钾(KPS)-四甲基乙二胺(TEMED)。
所述甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)、双键功能化的脲基嘧啶酮(UPy)功能单体(UPyMA)与2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA)的质量比为(0.05～0.2)：(0.01～0.1)：(0.15～0.3)；所述氧化还原引发体系中过硫酸钾(KPS)与四甲基乙二胺(TEMED)的质量比为(0.01～0.05)：(0.05～0.1)；甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)与过硫酸钾(KPS)的质量比为(0.05～0.2)：(0.01～0.05)。
甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)在反应体系中的质量百分比为0.05～0.2％，双键功能化的脲基嘧啶酮(UPy)功能单体(UPyMA)在反应体系中的质量百分比为0.01～0.1％，2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA)在反应体系中的质量百分比为0.15～0.3％，过硫酸钾在反应体系中质量百分比为0.01％～0.05％，四甲基乙二胺(TEMED)在反应体系中质量百分比为0.05％～0.1％。
所述透明质酸超分子凝胶的制备方法中，共聚反应的条件为室温反应10～24h。
双键功能化的脲基嘧啶酮(UPy)功能单体(UPyMA)以溶液的形式加入，功能单体溶液具体是将双键功能化的脲基嘧啶酮(UPy)功能单体(UPyMA)与水混合，加入强碱溶液至功能单体溶解完成。
所述强碱溶液为5M氢氧化钠溶液。强碱溶液加入后，功能单体处于弱碱性的条件。
甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)以溶液的形式加入，溶剂为水。
2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA)以溶液的形式加入，溶剂为水。
过硫酸钾以溶液的形式加入，溶剂为水。
四甲基乙二胺(TEMED)以溶液的形式加入，溶剂为水。
所述透明质酸超分子凝胶的制备方法，具体步骤为：将甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)溶液、双键功能化的脲基嘧啶酮功能单体溶液、2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA)溶液以及过硫酸钾溶液混合，除氧，加入四甲基乙二胺(TEMED)溶液，共聚反应，后续处理，得到透明质酸超分子水凝胶。
所述透明质酸超分子凝胶的制备方法的后续处理为透析，冻干，溶解；
透析所用透析袋的截留分子量为8000-14 000；
所述溶解是指将冻干后的产物溶于水或PBS缓冲液中，冻干后的产物的固含量为1％～5％即透明质酸超分子水凝胶的固含量为1％～5％。
所述透明质酸超分子水凝胶通过上述制备方法得到。
所述透明质酸超分子水凝胶在组织工程领域的应用，特别是软骨组织工程领域，用作软骨细胞三维培养。
透明质酸超分子水凝胶用于软骨细胞三维培养，包括如下步骤：
(1)在低温下，将软骨细胞与透明质酸超分子水凝胶混合，得到复合物；复合物中细胞密度为1×106-1×107个/mL溶胶；所述低温为4-20℃，优选为4-10℃；所述软骨细胞为扩增后的软骨细胞，从软骨组织提取原代软骨细胞，软骨细胞扩增2代后即为扩增后的软骨细胞；
(2)将复合物注入细胞培养装置中，27～40℃孵育，实现软骨细胞的三维均匀包封。
所述孵育的温度优选为30～40℃，孵育的时间为2～5分钟。
所述透明质酸超分子水凝胶在制备软骨修复材料中的应用；所述软骨修复材料包括软骨细胞和透明质酸超分子水凝胶；在低温(如：4-20℃，优选为4～10℃)下，软骨修复材料为溶胶态，当温度大于24℃(如：30～40℃)，软骨修复材料为凝胶态。
软骨修复材料中细胞密度为1×106-1×107个/mL溶胶。
在进行软骨修复时，将软骨细胞与透明质酸超分子水凝胶混合，得到复合物；在低温条件下下将复合物注射入关节软骨缺损部位，在体温条件下原位相变为凝胶态，实现软骨细胞在损伤部位的原位固定。
本发明将甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)、DEGMA以及双键功能化的UPy功能单体(UPyMA)在引发剂作用下共聚而获得透明质酸超分子聚合物，经透析、冻干、重溶后制备得到具有溶胶-凝胶转变的自愈合透明质酸超分子水凝胶。本发明的透明质酸超分子溶胶在低温(4℃)条件下能够将软骨细胞均匀分散，当温度升至体温(37℃)时能够发生相变实现软骨细胞的原位固定。具有操作简单，手术干预时间短，软骨修复效果好的优点。软骨细胞可直接与超分子凝胶混合，无需体外培养，缩短了种子细胞在体外滞留时间。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明在透明质酸骨架链上引入具有温度响应的聚2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(PDEGMA)和脲基嘧啶酮(UPy)功能基团，形成的超分子聚合物纯化后，直接溶于PBS缓冲液(pH＝7.4)即能形成具有溶胶-凝胶转变和自修复性能的超分子凝胶，低温条件下的溶胶容易实现软骨细胞的均匀分散，粘弹性的溶胶能够实现软骨细胞的友好输送；输送至软骨损伤部位后即能发生相变形成凝胶进而实现软骨细胞的原位固定。此外，独特的自愈合性能能够有效改善超分子凝胶在体内的力学相容性，能够防止因为支架破坏而导致细胞外漏的问题发生。该过程操作简单，且能够填充任意形状的软骨损伤部位，与软骨缺损部位匹配度高，能够大大缩短手术干预时间。
(2)与传统水凝胶支架不同，本发明的水凝胶所具有的动态的超分子凝胶网络能够更好地仿生细胞外基质的动态粘弹性，形成的动态三维微环境更有利于软骨细胞功能的维持、软骨细胞增殖以及软骨特征基质的分泌。
(3)本发明采用的透明质酸既是天然软骨细胞外基质的重要糖胺聚糖，也是关节滑液的重要组成成分，具有良好的生物相容性和生物降解性能，具有一定的促软骨形成能力。
附图说明
图1为实施例3制备的透明质酸超分子聚合物的核磁谱图；
图2为实施例3制备的透明质酸超分子凝胶的温度扫描曲线；
图3为实施例3制备的透明质酸超分子凝胶的动态应变扫描；
图4为将实施例3制备的水凝胶用于软骨细胞体外三维培养，不同培养时间下软骨细胞体外三维培养中形成的软骨样组织块的照片；
图5为将实施例3制备的水凝胶用于软骨修复，术后12周，新生软骨的图片；从左至右三幅图分别：注射实施例3的透明质酸超分子凝胶-软骨细胞的复合物，注射实施例3的透明质酸超分子凝胶，空白组；
图6为将实施例3制备的水凝胶用于软骨修复，术后12周，新生软骨的组织学染色图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)是由甲基丙烯酸酐和透明质酸反应制得(具体可见Seidlits,S.K.,Khaing,Z.Z.,Petersen,R.R.,Nickels,J.D.,Vanscoy,J.E.,Shear,J.B.,&Schmidt,C.E.The effects of hyaluronic acid hydrogels withtunable mechanical properties on neural progenitor celldifferentiation.Biomaterials,2010,31(14),3930-3940.)
实施例中甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)的具体制备步骤为：称2g HA(透明质酸都是以钠盐的形式存在)加入200mL去离子水，6℃低温反应器搅拌12h使其溶解完全；降低温度至0℃，用恒压漏斗逐滴滴入15mL MA；逐滴滴入5M NaOH溶液，维持pH在8-12之间，加入NaOH溶液后反应体系由透明变为乳白色；升温至4℃继续反应12h；用1L冷的无水乙醇沉淀得到白色絮状物，加入去离子水搅拌溶解完全后，置于截留分子量为8000-12000的透析袋透析一周，每天换三次水；透析结束后，冷冻干燥(-50℃冷冻干燥48h)得到白色海绵状产物，产物保存于-20℃冰箱备用。
本发明的双键功能化的UPy大单体(UPyMA)是由2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧和甲基丙烯酸异氰基乙酯反应制得。
实施例中双键功能化的UPy大单体(UPyMA)的具体制备步骤为：称4g的2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶加入反应容器中，通氮气10min除氧后将其置于170℃预热好的油浴中；用60mL注射器抽取50mL的无水级DMSO加入，磁力搅拌使其溶解完全；将反应瓶撤出油浴置于空气中的磁力搅拌器上面，剧烈搅拌的情况下用注射器抽取5mL的甲基丙烯酸异氰基乙酯加入，在冷却(冰浴)过程中有白色沉淀逐渐析出；加入100mL丙酮继续搅拌，倒出烧杯后再加入100mL丙酮继续搅拌后抽滤。获得白色粗产物，重复用丙酮洗三次后，40℃真空干燥，4℃冰箱保存备用。
实施例1
一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.1g甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)加入180mL去离子水，室温搅拌溶解完全；
(2)将0.1g双键功能化的UPy大单体(UPyMA)加入5mL去离子水，加入200μL 5M氢氧化钠溶液，搅拌溶解完全，加入步骤(1)；
(3)将0.3g 2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA，购买于阿拉丁有限公司)溶于5mL去离子水，加入步骤(2)；
(4)将20mg过硫酸钾(KPS)溶于5mL去离子水，加入步骤(3)；
(5)将步骤(4)的反应液中通氮气除氧40min；
(6)将100μL四甲基乙二胺(TEMED)溶于5mL去离子水，通氮气除氧后加入步骤(5)；
(7)将步骤(6)的产物在去离子水中透析一周，截留分子量为8000-14000，每天换水3次；
(8)将步骤(7)的聚合物溶液-50℃冷冻干燥48h，即得到海绵状产物；
(9)将步骤(8)得到的海绵状产物取200mg加入4mL去离子水，4℃搅拌溶解完全，得到透明的溶胶即透明质酸超分子凝胶；
(10)所得用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶于4℃条件下密封保存备用。本发明的水凝胶中UPyMA的引入能够形成动态的四重氢键，聚2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(PDEGMA)温敏自组装形成的疏水微区能够稳定四重氢键。二者的协同相互作用能够赋予超分子水凝胶温度响应和自修复的性能。
实施例2
一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.4g甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)加入180mL去离子水，室温搅拌溶解完全；
(2)将0.1g双键功能化的UPy大单体(UPyMA)加入5mL去离子水，加入200μL 5M氢氧化钠溶液，搅拌溶解完全，加入步骤(1)；
(3)将0.6g 2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA，购买于阿拉丁有限公司)溶于5mL去离子水，加入步骤(2)；
(4)将40mg过硫酸钾(KPS)溶于5mL去离子水，加入步骤(3)；
(5)将步骤(4)的反应液中通氮气除氧40min；
(6)将200μL四甲基乙二胺(TEMED)溶于5mL去离子水，通氮气除氧后加入步骤(5)；
(7)将步骤(6)的产物在去离子水中透析一周，截留分子量为8000-14000，每天换水3次；
(8)将步骤(7)的聚合物溶液-50℃冷冻干燥48h，即得到海绵状产物；
(9)将步骤(8)得到的海绵状产物取200mg加入4mL去离子水，4℃搅拌溶解完全，得到透明的溶胶即透明质酸超分子凝胶；
(10)所得用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶于4℃条件下密封保存备用。
实施例3
一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.2g甲基丙烯酸酐改性的透明质酸(HAMA)加入180mL去离子水，室温搅拌溶解完全；
(2)将0.1g双键功能化的UPy大单体(UPyMA)加入5mL去离子水，加入200μL 5M氢氧化钠，搅拌溶解完全，加入步骤(1)；
(3)将0.5g 2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯(DEGMA，购买于阿拉丁有限公司)溶于5mL去离子水加入步骤(2)；
(4)将40mg过硫酸钾(KPS)溶于5mL去离子水，加入步骤(3)；
(5)将步骤(4)的反应液中通氮气除氧40min；
(6)将200μL四甲基乙二胺(TEMED)溶于5mL去离子水，通氮气除氧后加入步骤(5)；
(7)将步骤(6)的产物在去离子水中透析一周，截留分子量为8000-14000，每天换水3次；
(8)将步骤(7)的聚合物溶液-50℃冷冻干燥48h，即得到海绵状产物；
(9)将步骤(8)得到的海绵状产物取200mg加入4mL去离子水，4℃搅拌溶解完全，置于4℃冰箱过夜，得到透明的溶胶即透明质酸超分子凝胶；
(10)所得用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶于4℃条件下密封保存备用。
对本实例制备的透明质酸超分子聚合物(冻干产物)进行核磁测试，核磁谱图结果见图1。图1为实施例3制备的透明质酸超分子聚合物的核磁谱图
对本实例制备的透明质酸超分子水凝胶进行温度扫描测试，结果见图2。图2为实施例3制备的透明质酸超分子凝胶的温度扫描曲线。低温条件下，储能模量G′<损耗模量G″，为溶胶。随着温度升高，模量先降低后升高，随后G′＝G″，即为溶胶-凝胶转变点。随着温度的继续升高，储能模量G′>损耗模量G″，为凝胶。从图中可以看出透明质酸超分子凝胶的最低临界溶液温度为24℃，在生理温度以下。
对本实例制备的透明质酸超分子水凝胶进行动态应变扫描测试，结果见图3。图3为实施例3制备的透明质酸超分子凝胶的动态应变扫描。1％应变条件下，HDU凝胶的储能模量G′>损耗模量G″，即为稳定的凝胶。当应变突变为1000％时，HDU凝胶储能模量G′<损耗模量G″，表明凝胶的结构被破坏，为溶胶态。当应变又突变为1％时，HDU凝胶的储能模量G′>损耗模量G″，表明HDU又恢复为凝胶，说明制备得到的透明质酸超分子水凝胶具有优异的自修复性能。
实施例4
一种用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)-(8)同实施例3；
(9)将步骤(8)得到的海绵状产物取80mg加入4mL去离子水，4℃搅拌溶解完全，置于4℃冰箱过夜，得到透明的溶胶；
(10)所得用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶于4℃条件下密封保存备用。
实施例5
步骤(1)-(8)同实施例3；
(9)将步骤(8)得到的海绵状产物取40mg加入4mL去离子水，4℃搅拌溶解完全，置于4℃冰箱过夜，得到透明的溶胶；
(10)所得用于软骨细胞三维培养的透明质酸超分子凝胶于4℃条件下密封保存备用。
效果测试：
考察实施例3中所得水凝胶用于软骨细胞体外三维培养的效果，操作如下：
(1)按照常规操作分离获取新西兰大白兔关节软骨细胞，扩增培养一代后，用胰酶消化获得单个的软骨细胞悬液备用；
(2)将步骤(1)分离的软骨细胞分别与实施例3的透明质酸超分子溶胶在低温条件下(4℃)混合均匀，制备得到软骨细胞-透明质酸超分子溶胶复合物；软骨细胞浓度为1×107个/mL溶胶；
(3)将步骤(2)的软骨细胞-透明质酸超分子溶胶复合物用注射器转移至细胞培养孔板(48孔)中，每孔加入0.2mL，转移至细胞培养箱固化2分钟后，加入软骨细胞专用培养基，观察软骨细胞基质分泌的过程。图4为将实施例3制备的水凝胶用于软骨细胞体外三维培养，不同培养时间下软骨细胞体外三维培养中形成的软骨样组织块的照片。
从图4可看出，培养1天后，包裹有软骨细胞的透明质酸超分子凝胶呈透明状态，随着培养时间延长至14天，能看到乳白色的组织块形成。培养至21天时，能看到类似透明软骨组织的组织块形成。说明透明质酸超分子凝胶形成的动态三维微环境有利于软骨细胞分泌基质。
考察实施例3中所得产品用于软骨损伤修复的效果，操作如下：
(1)2.5kg左右新西兰白兔12只，随机分为3组，采用耳缘静脉注射戊巴比妥钠麻醉后，根据大白兔的解剖形态沿着膝关节走向开一个纵向切口，骸骨轻轻向内错位后暴露出股骨端，避开重要血管和神经。采用迷你电钻，在股骨滑车后部中间位置钻一个4mm直径，3mm深的缺口；
(2)上述3组软骨缺损的模型，其中一组直接注射实施例3的透明质酸超分子溶胶(透明质酸超分子凝胶)，一组注射实施例3的超分子溶胶与软骨细胞的复合物(透明质酸超分子凝胶-软骨细胞复合物)，细胞密度为1×107个/mL溶胶，一组作为空白对照。
需要说明的是，上述采用的兔关节软骨细胞均为同种异体来源的软骨细胞。当然，细胞为自体或异体骨髓间充质干细胞、自体软骨细胞同样可以实现本发明的目的。
术后12周处死兔子取材，进行大体观察。图5为术后12周，三组新生软骨的图片。如图5所示，术后12周，注射透明质酸超分子溶胶-软骨细胞复合物的实验组，新生组织与周围邻近组织整合较好，呈闪亮的白色，类似透明软骨。而对照组在缺损部位仍然能看到明显的空隙，新生组织未完全填满缺损部位。直接注射透明质酸超分子凝胶的实验组，也能够观察到新生组织的形成，但新生组织表面结构粗糙，不光滑，与邻近软骨组织之间仍然能观察到明显的边界。组织学观察可见，图6为术后12周，三组新生软骨的组织学染色图片。从图6可知，术后12周，对照组未观察到糖胺聚糖的沉积。相反地，注射透明质酸超分子溶胶-软骨细胞复合物的实验组，在术后12周能够观察到明显的糖胺聚糖沉积；直接注射透明质酸超分子凝胶的实验组，能看到有少量的糖胺聚糖沉积。
结论：利用本发明的透明质酸超分子水凝胶作为软骨细胞支架，快速的溶胶-凝胶转变性能很容易实现软骨细胞的友好输送以及原位固定。透明质酸超分子凝胶的自愈合性能能够更好地适应体内动态的力学微环境，仿生的动态三维微环境有利于软骨细胞的增殖、软骨细胞功能的维持以及软骨基质的分泌。此材料具有使用方便、操作简单、手术损伤小、损伤修复效果佳等优点。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在其中。

Claims (10)

1.一种透明质酸超分子水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
以水为反应介质，将甲基丙烯酸酐改性的透明质酸、双键功能化的脲基嘧啶酮功能单体与2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯在引发体系作用下共聚反应，后续处理，得到透明质酸超分子水凝胶；所述透明质酸超分子水凝胶为温敏自愈合的透明质酸超分子水凝胶；
所述双键功能化的脲基嘧啶酮功能单体的结构式为：
Figure FDA0002536917770000011
所述2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯的结构式为：
Figure FDA0002536917770000012
2.根据权利要求1所述透明质酸超分子水凝胶的制备方法，其特征在于：所述甲基丙烯酸酐改性的透明质酸的结构式为：
Figure FDA0002536917770000013
其中n>0且n为整数；
所述引发体系为氧化还原引发体系；
所述甲基丙烯酸酐改性的透明质酸、双键功能化的脲基嘧啶酮功能单体与2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯的质量比为(0.05～0.2)：(0.01～0.1)：(0.15～0.3)。
3.根据权利要求1所述透明质酸超分子水凝胶的制备方法，其特征在于：
所述甲基丙烯酸酐改性的透明质酸的制备方法，包括以下步骤：a)低温下，将甲基丙烯酸酐与透明质酸钠的水溶液混合，调节pH至碱性，反应，后续处理，获得甲基丙烯酸酐改性的透明质酸；
所述甲基丙烯酸酐改性的透明质酸在反应体系中的质量百分比为0.05～0.2％；
所述氧化还原引发体系为过硫酸钾-四甲基乙二胺；
所述共聚反应的条件为室温反应10～24h；
所述双键功能化的脲基嘧啶酮功能单体以溶液的形式加入，功能单体溶液具体是将双键功能化的脲基嘧啶酮功能单体与水混合，加入强碱溶液至功能单体溶解完成；
所述后续处理为纯化，冻干，溶解。
4.根据权利要求3所述透明质酸超分子水凝胶的制备方法，其特征在于：
所述氧化还原引发体系中过硫酸钾与四甲基乙二胺的质量比为(0.01～0.05)：(0.05～0.1)；甲基丙烯酸酐改性的透明质酸与过硫酸钾的质量比为(0.05～0.2)：(0.01～0.05)；
所述溶解是指将冻干后的产物溶于水或PBS缓冲液中，冻干后的产物的固含量为1％～5％即透明质酸超分子水凝胶的固含量为1％～5％。
5.一种由权利要求1～4任一项所述制备方法得到的透明质酸超分子水凝胶。
6.根据权利要求5所述透明质酸超分子水凝胶在组织工程领域中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述组织工程领域为软骨组织工程领域。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在低温下，将软骨细胞与透明质酸超分子水凝胶混合，得到复合物；复合物中细胞密度为1×106-1×107个/mL溶胶；所述低温为4～20℃；
(2)将复合物注入细胞培养装置中，27～40℃孵育，实现软骨细胞的三维均匀包封。
9.根据权利要求5所述透明质酸超分子水凝胶在制备软骨修复材料中的应用。
10.一种软骨修复材料，其特征在于：包括软骨细胞和透明质酸超分子水凝胶；所述透明质酸超分子水凝胶如权利要求5所定义。
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