CN112999419A - 一种凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凝胶及其制备方法，属于组织材料工程领域。该凝胶由包括以下三个组分的活性物质制备而成：其中，第一个组分为N‑羟基丁二酰亚胺‑戊二酸酯修饰的PEG，第二个组分为多聚赖氨酸，第三个组分为增稠剂；其中，活性物质不包括氨基改性的聚乙二醇和氨基改性的聚氧化乙烯衍生物。本发明的凝胶，溶胀性能可在长达180天的范围内都保持低溶胀和低收缩，这对于眼科使用至关重要，因为玻璃体替代物若溶胀率较高会导致眼压升高造成青光眼，眼底胶若溶胀率较高会牵拉视网膜引起视网膜脱落。

Description

一种凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于组织材料工程领域，具体涉及一种凝胶及其制备方法与应用。
背景技术
水凝胶作为一种组织工程材料，在医学上用途广泛，涉及防粘连材料、止血材料、骨缺损修复填充支架、组织粘合剂、缓释药物载体、抗菌防感染敷料等众多应用。聚乙二醇(PEG)因生物相容性好，分子量可调，分子量分布窄，原料批次性间稳定性好，在商业化的生物材料中占据有一席之地。PEG末端带羟基，通过化学反应，可较方便的对PEG端基进行改性，如羧基、氨基、巯基、甲基等。另一方面，随着微创手术概念的深入人心，在减少患者伤害的基础上，可注射水凝胶技术因操作方便，对患者伤害小，方兴未艾。
市售的PEG类水凝胶产品有
Figure BDA0003035579840000011
(Baxter公司用于血管封堵的医疗器械产品)，
Figure BDA0003035579840000012
(Confulent Surgical公司用于脑脊液封堵的医疗器械产品)，
Figure BDA0003035579840000013
Sealant(OcularTherapeutix公司用于白内障手术后角膜切口封堵的医疗器械产品)和
Figure BDA0003035579840000014
(赛克赛斯用于脑脊液封堵的产品)等。上述产品的成胶基理均为N-羟基丁二酰亚胺修饰的PEG衍生物(PEG-NHS)(亲核组分)与带有氨基的亲电组分通过酰胺键进行交联。除了赛脑宁，亲核和亲电组分均为单一组分，这样产品的性状就大大受限。
Figure BDA0003035579840000015
为N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG(PEG-SG)与氨基修饰的PEG(PEG-NH2)交联成胶，由于双组分均以PEG为主体，凝胶溶胀率太高，会压迫到周围组织，且因为溶胀，凝胶的力学性能很快丧失。
Figure BDA0003035579840000021
为PEG-SG和三赖氨酸(Tri-Lysis)混合交联构成的凝胶，因Tri-Lysis为小分子，氨基密度较低，中性条件下与PEG-SG反应较慢，故
Figure BDA0003035579840000022
产品在使用过程中为弱碱性条件，以加速成胶的速度，这种弱碱性对正常的人体组织会有一定的刺激和伤害，易引发炎症反应。
Figure BDA0003035579840000023
Sealant构成与
Figure BDA0003035579840000024
类似，存在相同的问题。
Figure BDA0003035579840000025
为PEG-SG与亲电组分(Tri-Lysis和聚乙烯亚胺(PEI))混合形成的凝胶，其亲电组分由Tri-Lysis和PEI构成，Tri-Lysis可以减少凝胶的溶胀，PEI可以增加成胶的速度，但PEI本身毒性较高，且分子结构不易控制，虽然已被批准为医疗器械，但应用时仍需注意用量和位置。
进入眼睛的组分越多，越增加对眼睛过敏、刺激等不利影响的机会。为了对视网膜形成有效压顶，凝胶需要有较低的溶胀和收缩。CN105963792A和本专利的申请人的在先专利CN1114200126A的水凝胶，均需要包括氨基改性的聚乙二醇和氨基改性的聚氧化乙烯衍生物多种活性成分，组分众多，而且得到的凝胶的保持不溶胀、不收缩的时间较短。
发明内容
本发明的目的是针对在先专利CN1114200126A进行深入研究，研究了去除部分活性物质对维持低溶胀度和收缩度的影响。预料不到的发现，得到的凝胶维持低溶胀度时间可长达180天，可维持低溶胀度直致凝胶完全降解，本发明所述医用水凝胶特别适用于眼科。
本发明的目的在于公开一种凝胶，由包括以下三个组分的活性物质制备而成：
其中，第一个组分为N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG，第二个组分为多聚赖氨酸，第三个组分为增稠剂；
其中，活性物质不包括氨基改性的聚乙二醇和氨基改性的聚氧化乙烯衍生物。
本专利的研究人员在在先专利CN1114200126A中发现了活性物质不包括氨基改性的聚乙二醇时，形成的凝胶网络较致密，在生理盐溶液中收缩，水分被挤出。本专利尝试改变了低聚合度的多聚赖氨酸，改变了N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG和多聚赖氨酸的含量及比例，特别是尝试添加增稠剂，用于减少一些组分，同时保持甚至延长低溶胀的保持时间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
在本发明的一些实施方式中，所述N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG为4-6臂，分子量为5000-20000。
在本发明的一些实施方式中，所述多聚赖氨酸的聚合度为25-35。
在本发明的一些实施方式中，所述羟丙基甲基纤维素的分子量范围为10000-1500000，粘度为2000-100000。
在本发明的一些实施方式中，所述N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG、多聚赖氨酸和增稠剂的重量比为：(10-60)：(0.5-2.5)：(0.5-15)。
在本发明的一些优选地实施方式中，所述N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG、多聚赖氨酸和增稠剂的重量比为：(15-55)：(0.8-2.2)：(1-10)，进一步优选为(20-40)：(1-2)：(2-8)。
本发明的第二方面在于公开第一方面所述的凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S11，将N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG溶解于磷酸盐缓冲液；
S12，将多聚赖氨酸和增稠剂溶解于磷酸盐缓冲液；
S13，混合；
所述溶解和混合均在避光条件下进行。
在本发明的一些优选地实施方式中，所述磷酸盐缓冲液为中性磷酸盐缓冲液。
在本发明的一些实施方式中，所述中性磷酸盐缓冲液由0.85％wt NaCl，0.05％wtNa2HPO4和0.015％wt NaH2PO4与注射水配置而成。
在本发明的一些实施方式中，S13混合前，还包括对S11和S12得到的产物进行加热的步骤，通过以下算法进行PID控制温度至目标温度：
Figure BDA0003035579840000041
其中，Δu(c)对应两次测试温度时间间隔内温度的变化量；Kc为常数，5-10；f(C)为第C次采样时偏差，f(C-1)为第C-1次采样时偏差，f(C-2)为第C-2次采样时偏差；TI为积分时间，1-2.5min；TD为微分时间，1-2.5min；TS为采样周期，1.0-1.5s。
在本发明的一些实施方式中，还包括用CCD对进行混合的环境的光强进行合格检验的以下步骤：
S31，用CCD测定避光措施下的环境光强；
S32，通过以下公式计算环境光强的非均匀性PRUN：
g(x，y)＝Kφ(x，y)+K1Kφ(x，y)+N(x，y)；
Figure BDA0003035579840000051
Figure BDA0003035579840000052
Figure BDA0003035579840000053
Figure BDA0003035579840000054
其中，x和y为CCD像素位置坐标，g*(x，y)为φ(x，y)的近似灰度曲面；K为CCD响应的比例系数，K1是响应非均匀性系数，K1Kφ(x，y)为非均匀性误差，N(x，y)为读出误差；
g(x，y)为原始数据；g*(x，y)为拟合所得光强度曲面数据；G(x，y)为消除光强分布不均后的的CCD校正响应数据；
S33，若PRUN≤0.50％，则认为环境光强分布均匀，合格。
本发明的有益技术效果是：
本发明的凝胶，溶胀性能可在长达180天的范围内都保持低溶胀和低收缩，这对于眼科使用至关重要，因为玻璃体替代物若溶胀率较高会导致眼压升高造成青光眼，眼底胶若溶胀率较高会牵拉视网膜引起视网膜脱落。
本发明的原位混合水凝胶；在生物体内保持一定时间后自然降解成小分子排除体外，可避免二次手术，减少病人的痛苦，降低治疗的费用。本发明的水凝胶将在医学领域特别是眼科领域发挥重要作用，应用前景广阔。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下述实施例中所使用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材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
以下实施例和对比例中，除非特别指出，为操作步骤和参数相同的平行试验。
实施例1
原料：4-arm-PEG-SG(购自SINOPEG，分子量为20000)，ε-PL(购自郑州拜纳佛，型号E-PLA，聚合度25-35)，HPMC(购自西安天正，分子量范围为10000-1500000，粘度30000)。
中性磷酸盐缓冲液：由0.85％wtNaCl，0.05％wtNa2HPO4和0.015％wtNaH2PO4与注射水配置而成，过0.22μm滤膜后装于透明西林瓶中，密封后高压湿热灭菌。
眼底封闭胶试剂盒：
组分1：由装有40mg 4-arm-PEG-SG的棕色密封西林瓶(整体辐照灭菌)组成，现配现用。使用时取0.5mL中性磷酸盐缓冲液注入上述棕色瓶中，轻轻振荡即可溶解，然后用注射器抽出溶液待用。
组分2：由装有1mgε-PL和7mg HPMC混合粉末的棕色密封西林瓶(整体辐照灭菌)组成，现配现用。使用时取5mL中性磷酸盐缓冲液注入上述棕色瓶中，轻轻振荡即可溶解，然后用注射器抽出溶液待用。
组分1和组分2混合，即得到凝胶。
体内使用时，将分别装有组分1和组分2的注射器通过Y型连接器配合25G注射针头混合打出，用于眼底激光处理后视网膜裂孔的保护。区别于传统手术需要填充气体或硅油，使用眼底胶后直接复水。病人可即刻恢复视力，无需长期俯卧位，且无需二次手术取硅油，术后体验和生活质量大大提高。
实施例2
与实施例1的区别在于，组分1中含30mg 4-arm-PEG-SG，组分2中含0.5mgε-PL和8mg HPMC。
实施例3
与实施例1的区别在于，组分1中含60mg 4-arm-PEG-SG，组分2中含3.5mgε-PL和15mg HPMC。
实施例4
与实施例1的区别在于，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠CMC。
实施例5
与实施例1的区别在于，组分1中含50mg 4-arm-PEG-SG，组分2中含0.5mgε-PL和10mg HPMC。
实施例6
与实施例1的区别在于，组分1中含50mg 4-arm-PEG-SG，组分2中含1mgε-PL和3mgHPMC。
实施例7
与实施例1的区别在于，组分2中的增稠剂为3.5mg HPMC和3.5mg CMC。
实施例8
与实施例1的区别在于，S13混合前，还包括对S11和S12得到的产物进行加热的步骤，通过以下算法进行PID控制温度至目标温度：
Figure BDA0003035579840000091
其中，Δu(c)对应两次测试温度时间间隔内温度的变化量；Kc为常数，5-10；f(C)为第C次采样时偏差，f(C-1)为第C-1次采样时偏差，f(C-2)为第C-2次采样时偏差；TI为积分时间，1-2.5min；TD为微分时间，1-2.5min；TS为采样周期，1.0-1.5s。
本实施例的PID温度控制算法，可以快速的将原料液体的温度升至目标温度，减少了温度波动对原料液体的影响。
实施例9
与实施例1的区别在于，还包括用CCD对进行混合的环境的光强进行合格检验的以下步骤：
S31，用CCD测定避光措施下的环境光强；
S32，通过以下公式计算环境光强的非均匀性PRUN：
g(x，y)＝Kφ(x，y)+K1Kφ(x，y)+N(x，y)；
Figure BDA0003035579840000092
Figure BDA0003035579840000093
Figure BDA0003035579840000094
Figure BDA0003035579840000095
其中，x和y为CCD像素位置坐标，g*(x，y)为φ(x，y)的近似灰度曲面；K为CCD响应的比例系数，K1是响应非均匀性系数，K1Kφ(x，y)为非均匀性误差，N(x，y)为读出误差；
g(x，y)为原始数据；g*(x，y)为拟合所得光强度曲面数据；G(x，y)为消除光强分布不均后的的CCD校正响应数据；
S33，若PRUN≤0.50％，则认为环境光强分布均匀，合格。
本实施例的对环境的光强进行合格检验的方法，消除了环境光强不均一造成的系统误差。
对比例1
与实施例1的区别在于，组分2中不含HPMC。
实验例
取实施例和对比例的凝胶，按照在先专利CN1114200126A的实施例3的方法进行体外溶胀实验。结果见表1。
表1对溶胀的影响
Figure BDA0003035579840000101
Figure BDA0003035579840000111
同一列数据中，标准不同的小写字母表示显著差异，P＜0.05
可以看出，不添加增稠剂的对比例1的凝胶，溶胀率低于50％，收缩的厉害。添加增稠剂后，溶胀率回升。部分实施例的溶胀率可以保持低于80-100％之间6个月，具有较好的视网膜压顶效果。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种凝胶，其特征在于，由包括以下三个组分的活性物质制备而成：
其中，第一个组分为N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG，第二个组分为多聚赖氨酸，第三个组分为增稠剂；
其中，活性物质不包括氨基改性的聚乙二醇和氨基改性的聚氧化乙烯衍生物。
2.根据权利要求1所述的凝胶，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
3.根据权利要求1所述的凝胶，其特征在于，所述N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG为4-6臂，分子量为5000-20000。
4.根据权利要求1所述的凝胶，其特征在于，所述多聚赖氨酸的聚合度为25-35。
5.根据权利要求1所述的凝胶，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素的分子量范围为10000-1500000，粘度为2000-100000。
6.根据权利要求1-5任一所述的凝胶，其特征在于，所述N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG、多聚赖氨酸和增稠剂的重量比为：(10-60)：(0.5-2.5)：(0.5-15)。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11，将N-羟基丁二酰亚胺-戊二酸酯修饰的PEG溶解于磷酸盐缓冲液；
S12，将多聚赖氨酸和增稠剂溶解于磷酸盐缓冲液；
S13，混合；
所述溶解和混合均在避光条件下进行。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述磷酸盐缓冲液为中性磷酸盐缓冲液，由0.85％wt NaCl，0.05％wt Na2HPO4和0.015％wt NaH2PO4与注射水配置而成。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，S13混合前，还包括对S11和S12得到的产物进行加热的步骤，通过以下算法进行PID控制温度至目标温度：
Figure FDA0003035579830000021
其中，Δu(c)对应两次测试温度时间间隔内温度的变化量；Kc为常数，5-10；f(C)为第C次采样时偏差，f(C-1)为第C-1次采样时偏差，f(C-2)为第C-2次采样时偏差；TI为积分时间，1-2.5min；TD为微分时间，1-2.5min；TS为采样周期，1.0-1.5s。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括用CCD对进行混合的环境的光强进行合格检验的以下步骤：
S31，用CCD测定避光措施下的环境光强；
S32，通过以下公式计算环境光强的非均匀性PRUN：
g(x，y)＝Kφ(x，y)+K1Kφ(x，y)+N(x，y)；
Figure FDA0003035579830000022
Figure FDA0003035579830000033
Figure FDA0003035579830000031
Figure FDA0003035579830000032
其中，x和y为CCD像素位置坐标，g*(x，y)为φ(x，y)的近似灰度曲面；K为CCD响应的比例系数，K1是响应非均匀性系数，K1Kφ(x，y)为非均匀性误差，N(x，y)为读出误差；
g(x，y)为原始数据；g*(x，y)为拟合所得光强度曲面数据；G(x，y)为消除光强分布不均后的的CCD校正响应数据；
S33，若PRUN≤0.50％，则认为环境光强分布均匀，合格。
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