CN112538171A - 一种可注射可降解肝素水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可注射可降解的肝素水凝胶及其制备方法和应用，将己二酸二酰肼修饰的肝素(Hep‑ADH)和醛基化透明质酸(HA‑CHO)分别溶解于去离子水中，制得一定浓度的溶液，将Hep‑ADH溶液和HA‑CHO溶液通过双筒注射器挤出后，可原位快速成胶。所制备的凝胶可以通过25G注射器挤出，并在37℃的PBS中几天内可完全降解。通过调整两种溶液的固含量和比例，可以调节水凝胶的成胶时间以及水凝胶的降解速度。所制备的肝素水凝胶可以包载药物或细胞，并且原位注射到病灶组织后可同时发挥药物缓释和肝素的抗凝血功能，可用于制备具有药物缓释功能的抗凝血材料，在改善心梗受损心肌微循环领域有潜在用途。

Description

一种可注射可降解肝素水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种可注射可降解的肝素水凝胶及其制备方法，具体是通过酰肼化的肝素(Hep-ADH)与醛基化透明质酸(HA-CHO)之间的希夫碱反应制备可注射水凝胶(Hep-ADH/HA-CHO)，肝素赋予凝胶一定的抗凝血能力。
背景技术
水凝胶是一种含有大量水的三维网络结构高分子，由于其亲水性网络的存在，常被用作组织工程支架包载细胞和药物。可注射凝胶是可以通过注射器针头注射到体内的水凝胶，其具有制备方便、手术创口小，手术操作方便等优点。可注射凝胶可以负载药物或细胞，可以用于3D打印、组织工程支架、体内药物原位缓释。
肝素是一种具有抗凝血作用的黏多糖硫酸酯，可以增强抗凝血酶与凝血酶的亲和力，加速凝血酶的失活，同时也能抑制血小板的粘附聚集并刺激血管内皮细胞释放抗凝物质和纤溶物质。此外，肝素还具有调控血管新生和抗炎作用。通常肝素是通过静脉注射的方式发挥抗凝血的作用，而将肝素制成水凝胶后，可以在心梗后微循环不畅部位原位发挥抗凝血作用，改善心梗的预后。
肝素水凝胶前驱体溶液可以包载药物，形成负载药物的凝胶后注射到病灶部位。肝素凝胶可以减轻药物的毒副作用并促进药物的缓慢释放，并且发挥肝素的抗凝血作用。同时，肝素水凝胶在37℃的PBS溶液中可完全解离，说明其具有作为组织工程支架促进组织修复再生的潜力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可注射可降解肝素水凝胶及其制备方法和应用。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
本发明的一种可注射可降解肝素水凝胶及其制备方法和应用，按照下述步骤进行：
(1)酰肼化肝素(Hep-ADH)的制备：将一定质量肝素钠溶解于去离子水中，加入一定质量的己二酸二酰肼(ADH)，1-羟基苯并三唑(HOBt)，加入稀盐酸调节反应溶液pH为5-6之间，加入一定量的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，在常温下反应48h，将反应后溶液用截留分子量为7.0KDa的透析袋在去离子水中透析三天，冻干后保存在-20℃中；
醛基化透明质酸(HA-CHO)的制备：将一定质量的透明质酸(HA)溶解于去离子水中，用注射器向反应溶液中注入一定质量分数的高碘酸钠水溶液，在3-5min内全部注完。在黑暗中反应3h后，加入一定量的乙二醇终止反应。将反应后溶液用截留分子量为7.0KDa的透析袋在纯水中透析三天后，冻干并保存在-20℃中；
(2)将酰肼化肝素和醛基化透明质酸分别溶解在水中，得到酰肼化肝素溶液和醛基化透明质酸溶液，然后用双筒注射器将酰肼化肝素溶液和醛基化透明质酸溶液同时注出混合，以使酰肼化肝素的氨基和醛基化透明质酸的醛基发生希夫碱反应交联，原位形成水凝胶。
Figure BDA0002209619850000021
步骤(1)中所述肝素钠的分子量为15000-18000Da(重均)，所述透明质酸的分子量为20-1000KDa(重均)。
步骤(2)中所述酰肼化肝素的体积质量分数为1-20％，醛基化透明质酸的体积质量分数为1-10％，体积质量分数为酰肼化肝素的质量或醛基化透明质酸的质量/水的体积；所述醛基化透明质酸的醛基化程度为15-20％，优选18-20％。
步骤(2)中所述双筒注射器为25G双筒注射器；成胶时间为14-318s；所述水凝胶在37℃磷酸缓冲盐溶液(PBS)中可以完全降解。
所述的可注射可降解肝素水凝胶在制备具有药物缓释功能的抗凝血材料中的应用，其特征在于：在步骤(2)的酰肼化肝素溶液和醛基化透明质酸溶液中单独或同时混合入药物或细胞，然后用双筒注射器将两种溶液同时注射到病灶部位，酰肼化肝素的氨基和醛基化透明质酸的醛基发生希夫碱反应交联，原位形成负载有药物或细胞的水凝胶，所述水凝胶可以同时起到药物缓释和抗凝血的作用。
本发明的有益效果是：本发明公开的可注射可降解肝素水凝胶及其制备方法和应用中，将己二酸二酰肼修饰的肝素(Hep-ADH)溶液和醛基化透明质酸(HA-CHO)溶液通过双筒注射器挤出后，可在十几秒到几分钟内原位快速成胶，且制得的水凝胶在37℃的PBS中几天内可完全降解，通过调整两种溶液的固含量和比例，可以调节凝胶的成胶时间以及凝胶的降解速度；所制备得到的肝素水凝胶可以包载药物或细胞，并且原位注射到病灶组织后可同时发挥药物缓释和肝素的抗凝血功能，扩展了肝素的应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例中不同固含量的Hep-ADH/HA-CHO水凝胶的成胶时间。
图2是肝素钠和酰肼化肝素的核磁H谱。
图3是HA和HA-CHO的核磁H谱。
具体实施方式
下面是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
本发明实施例所使用的药品清单如下表所示：
Figure BDA0002209619850000031
Figure BDA0002209619850000041
本发明实施例所使用的酰肼化肝素(Hep-ADH)按下述方法制备：将120mg肝素钠溶解于60mL去离子水中，加入37mg的己二酸二酰肼(ADH)，27mg 1-羟基苯并三唑(HOBt)，加入稀盐酸调节反应溶液pH为5-6之间，再加入19mg 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，在常温下反应48h。将反应后溶液用截留分子量为7.0KDa的透析袋在去离子水中透析三天，冻干后保存在-20℃中。由图2可见，成功制备了酰肼化肝素(Hep-ADH)。
本发明实施例所使用的醛基化透明质酸(HA-CHO)按下述方法制备：将1g(2.5mmol)的透明质酸(HA)溶解于60mL去离子水中，在500rpm转速下搅拌。将2.5mmolNaIO4溶解于5mL水中，用注射器将NaIO4溶液注射到反应溶液中，在3-5min内全部注完。将反应后溶液用截留分子量为7.0KDa的透析袋在纯水中透析三天后，冻干并保存在-20℃中。由图3可见，在2.0ppm处出现了一个新的小峰，代表透明质酸糖环上邻位羟基被氧化生成双醛基，表明成功制备了醛基化透明质酸(HA-CHO)。
实施例1
将酰肼化的肝素和醛基化的透明质酸溶解于水中分别形成质量分数为2wt％和1wt％的溶液，用双筒注射器将两种溶液同时推出混合，原位形成水凝胶。此固含量为低固含量组(Low)，水凝胶成胶时间为302.7±15.2s。
实施例2
将酰肼化的肝素和醛基化的透明质酸溶解于水中分别形成质量分数为4wt％和2wt％的溶液，用双筒注射器将两种溶液同时推出混合，原位形成水凝胶。此固含量为中固含量组(Mid)，水凝胶成胶时间为26.3±1.9s。
实施例3
将酰肼化的肝素和醛基化的透明质酸溶解于水中分别形成质量分数为6wt％和3wt％的溶液，用双筒注射器将两种溶液同时推出混合，原位形成水凝胶。此固含量为高固含量组(High)，水凝胶成胶时间为15.7±1.0s。
由图1可见，反应物的质量百分数越大，反应体系的固含量越高，交联密度越大，水凝胶的成胶时间相对越快。
根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现可注射可降解肝素水凝胶的制备，且表现出与本发明实施例基本一致的性能。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可注射可降解肝素水凝胶，其特征在于：由下述步骤制备得到：
(1)肝素钠在EDC/HOBt催化下与己二酸二酰肼反应生成酰肼化肝素，透明质酸在高碘酸钠氧化下生成醛基化透明质酸；
(2)将酰肼化肝素和醛基化透明质酸分别溶解在水中，得到酰肼化肝素溶液和醛基化透明质酸溶液，然后用双筒注射器将酰肼化肝素溶液和醛基化透明质酸溶液同时注出混合，以使酰肼化肝素的氨基和醛基化透明质酸的醛基发生希夫碱反应交联，原位形成水凝胶。
2.根据权利要求1所述的可注射可降解肝素水凝胶，其特征在于：步骤(1)中所述肝素钠的分子量为15000-18000Da，所述透明质酸的分子量为20-1000KDa。
3.根据权利要求1所述的可注射可降解肝素水凝胶，其特征在于：步骤(2)中所述酰肼化肝素的体积质量分数为1-20％，醛基化透明质酸的体积质量分数为1-10％，体积质量分数为酰肼化肝素的质量或醛基化透明质酸的质量/水的体积；所述醛基化透明质酸的醛基化程度为15-20％，优选18-20％。
4.根据权利要求1所述的可注射可降解肝素水凝胶，其特征在于：步骤(2)中所述双筒注射器为25G双筒注射器；成胶时间为14-318s；所述水凝胶在37℃磷酸缓冲盐溶液中可以完全降解。
5.一种可注射可降解肝素水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)肝素钠在EDC/HOBt催化下与己二酸二酰肼反应生成酰肼化肝素，透明质酸在高碘酸钠氧化下生成醛基化透明质酸；
(2)将酰肼化肝素和醛基化透明质酸分别溶解在水中，得到酰肼化肝素溶液和醛基化透明质酸溶液，然后用双筒注射器将酰肼化肝素溶液和醛基化透明质酸溶液同时注出混合，以使酰肼化肝素的氨基和醛基化透明质酸的醛基发生希夫碱反应交联，原位形成水凝胶。
6.根据权利要求5所述的可注射可降解肝素水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述肝素钠的分子量为15000-18000Da，所述透明质酸的分子量为20-1000KDa。
7.根据权利要求5所述的可注射可降解肝素水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述酰肼化肝素的体积质量分数为1-20％，醛基化透明质酸的体积质量分数为1-10％，体积质量分数为酰肼化肝素的质量或醛基化透明质酸的质量/水的体积；所述醛基化透明质酸的醛基化程度为15-20％，优选18-20％。
8.根据权利要求5所述的可注射可降解肝素水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述双筒注射器为25G双筒注射器；成胶时间为14-318s；所述水凝胶在37℃磷酸缓冲盐溶液中可以完全降解。
9.权利要求1-4任一项所述的可注射可降解肝素水凝胶在制备具有药物缓释功能的抗凝血材料中的应用，其特征在于：在步骤(2)的酰肼化肝素溶液和醛基化透明质酸溶液中单独或同时混合入药物或细胞，然后用双筒注射器将两种溶液同时注射到病灶部位，酰肼化肝素的氨基和醛基化透明质酸的醛基发生希夫碱反应交联，原位形成负载有药物或细胞的水凝胶。
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