CN113195600A - 交联多糖及相关方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了形成交联多糖的方法，其中将一种或多种多糖溶解在溶液中，凝胶化，改性以具有期望的浓度，然后进行辐照。凝胶的辐照使存在的多糖交联。本申请所公开的技术可以应用于各种多糖，包括但不限于琼脂糖和/或透明质酸。

Description

交联多糖及相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月21日提交的编号为62/783,630的美国临时申请号的权益，其内容通过引用并入本文。

背景技术

交联是通过共价键或离子键将两个或多个聚合物链化学连接在一起的过程。聚合物的各种机械性能可以通过交联来改变。例如，将材料交联至低交联密度可降低聚合物熔体的粘度，而交联至中等交联密度可将粘性聚合物转变为具有弹性体性能和潜在高强度的材料。在某些情况下，很高的交联密度会导致材料变硬或呈玻璃状。已知许多交联技术，包括依赖热、压力、pH变化或辐射来引发交联步骤的过程。

发明内容

本公开涉及交联多糖的方法以及所得的交联的组合物。特别地，本公开描述了辐照胶凝状态的多糖，特别是琼脂糖，以达到期望的交联水平的方法。

如本文所用，术语“多糖”是指具有通式C_x(H₂O)_y的聚合碳水化合物，例如淀粉(starch)、糊精(dextrin)、纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicellulose)、聚葡萄糖(polydextrose)、菊粉(inulin)、β-葡聚糖(beta-glucan)、果胶(pectin)、洋车前子壳粘液(psyllium husk mucilage)、甘露聚糖(mannan)、β-甘露聚糖(beta-mannan)、角豆树(carob)、胡芦巴(fenugreek)、瓜耳胶(guar)、塔拉胶(tara gum)、葡甘露聚糖(glucomannan)、阿拉伯树胶(gum acacia)、刺梧桐胶(karaya)、黄蓍胶(tragacanth)、阿糖基木聚糖(arabinoxylan)、结冷胶(gellan)、黄原胶(xanthan)、藻酸盐(alginate)、琼脂糖(agarose)、角叉菜胶(carrageenan)、琼脂(agar)、透明质酸(hyaluronic acid)、几丁质(chitin)和壳聚糖(chitosan)。本文详细描述了其中使用多糖琼脂糖的许多示例性实施方式。然而，本公开不旨在如此限制。具体地，尽管示例中使用了琼脂糖，但是可替代地或另外地使用其他任何合适类型的多糖。例如，其中使用透明质酸的实施方式也是令人感兴趣的，并在本文中进行了详细描述。

尽管先前为了交联已经将辐照技术应用于一些多糖，但是这种类型的交联过程(如先前进行的)具有许多缺点。特别是在水中的低浓度下，大多数多糖将由于辐照作用而降解。如果多糖在干燥状态(即，水浓度小于5％)下辐照，也会发生降解。因此，在特定的浓度范围内，多糖的交联仅发生极少的降解或没有降解。低于或高于这种多糖浓度，会发生降解并且可能非常显著。多糖的降解可以采取多种形式，包括多糖的一个或多个糖苷键的断裂。如下文更充分阐述的，本文描述了促进多糖(特别是琼脂糖，以及其他多糖，例如透明质酸)的竞争性交联的技术。

先前通过辐照交联多糖的尝试通常涉及在糊状状态下辐照多糖。如本文所用，术语“糊状”是指水浓度低于90重量％和/或体积％的多糖。与具有某种有序结构的胶凝多糖相反，糊状多糖不一定具有有序结构，并且可以始终表现出不均匀的机械性能。如本文更充分地解释，与辐照糊状多糖相反，通过辐射照射有序凝胶状态的多糖可以产生独特的交联结构。

重要的是要注意，就本发明人的知识而言，琼脂糖以前没有通过辐照技术交联。没有尝试本公开的技术有几个原因。首先，难以获得促进交联而不降解所需的琼脂糖的特定浓度范围。此外，对于具有在通过辐照交联的有用范围内的琼脂糖浓度的琼脂糖凝胶，先前的使用是有限的。因此，所公开的组合物和技术被认为是新的，并且以前不容易实现。此外，本公开描述了所述经辐照和交联的琼脂糖材料的新的有益用途，这先前是未知的。

交联多糖具有许多有用的特性。例如，交联琼脂糖明显比非交联琼脂糖更坚固。因此，交联的琼脂糖在许多应用中具有前景广阔的潜力，包括用作皮肤填充物、软骨替代物、缝合线、外科织物、伤口护理材料、组织和骨支架和/或药物递送载体。通过辐照使凝胶形式的琼脂糖交联也提供了许多优点，这些优点只有使用本公开的技术才有可能。例如，本公开的技术可以提供：对琼脂糖浓度的良好控制、各种琼脂糖浓度的宽范围和/或可以以可预测的大小和形状形成的凝胶。如以下更详细描述的，由公开的交联琼脂糖形成的凝胶和其他制品可以用于任何目的，包括美容、重建和/或治疗应用。

附图说明

参考附图可以更充分地理解本公开。

图1示出了根据本公开的各种实施方式的制备交联琼脂糖凝胶的示例性方法。

图2示出了根据本公开的各种实施方式的制备交联透明质酸凝胶的示例性方法。

具体实施方式

如图1所示，方法200包括将琼脂糖溶解在溶剂中以形成含有琼脂糖的溶液(方框202)。如本文所用，术语“琼脂糖”是指基于以下聚合物结构的化合物：

所公开的方法和组合物中使用的琼脂糖可以商业获得或由用户制备。在一些实施方式中，所公开的琼脂糖可以包括一种或多种粗制、纯化、衍生或改性的琼脂或琼脂糖。例如，在某些实施方式中，琼脂糖选自琼脂糖、纯化琼脂糖、改性琼脂糖和衍生琼脂糖。在一些实施方式中，琼脂糖还可以用作与其他相容聚合物和添加剂的混合物，例如与琼脂(agar)、角叉菜胶(carrageenan)、壳聚糖(chitosan)、藻酸盐(alginate)、明胶(gelatin)、透明质酸(hyaluronic acid)、胶原(collagen)。在选择的实施方式中，琼脂糖是未改性或改性琼脂糖、和/或衍生琼脂糖。在某些实施方式中，琼脂糖是江蓠属衍生琼脂糖(Gracilaria-derived agarose)。江蓠属衍生琼脂糖(Gracilaria-derived agarose)具有比衍生自其他来源(例如，石花菜属(Gelidium))的琼脂糖更高的甲氧基含量。也可以使用来自其他海藻类的琼脂糖作为所公开的琼脂糖，例如鸡毛菜属(Pterocladia)或凝花菜属(Gelidiella)。

可以使用任何合适的溶剂来溶解琼脂糖。例如，在一些实施方式中，可以将琼脂糖溶解在含有非水液体或不含有非水液体的水中。可以使用的示例性非水液体包括但不限于甘油和乙二醇。在一些实施方式中，可以将琼脂糖溶解在足够的溶剂中以产生具有至少1％、3％、5％、10％、12％、15％或更多(按重量计)的琼脂糖溶液。在这些和其他实施方式中，可以制备具有介于1％和15％之间、介于3％和10％之间或大约5％(按重量计)的琼脂糖溶液。在一些实施方式中，可以加热溶剂以促进琼脂糖的溶解。

如果适用于预期应用，也可以将一种或多种添加剂添加到含有琼脂糖的溶液中(方框203)。如果存在，可以将液体和/或固体形式的添加剂添加到含有琼脂糖的溶液中。在一些实施方式中，可以将(交联的或非交联的)透明质酸添加到含有琼脂糖的溶液中。在一些这样的实施方式中，透明质酸可以作为溶液或颗粒添加到含有琼脂糖的溶液中。在这些和其他实施方式中，可以将羟基磷灰石添加到含有琼脂糖的溶液中。羟基磷灰石作为添加剂可能特别有用，其所产生的交联琼脂糖凝胶可以用于皮肤填充应用、骨组织工程等的实施方式中。可以使用的其他示例性添加剂包括，例如颗粒、珠、线、棒或其他可能的结构。在一些这样的实施方式中，可将致孔剂掺入凝胶中，之后可以从凝胶中物理去除，或者在形成凝胶后从凝胶中溶解和浸出以在凝胶内产生孔和/或通道。

方法200继续由溶解的琼脂糖形成琼脂糖凝胶(方框204)。可以根据任何已知技术使溶解的琼脂糖凝胶化，包括化学交联。在一些实施方式中，凝胶化可通过用含有琼脂糖的溶液填充模具或其他浇铸装置并使溶液胶凝来实现。在一些实施方式中，琼脂糖可以在室温或高于或低于室温的温度下凝胶化。胶凝后，琼脂糖凝胶可具有至少0.1％，1％，3％，5％，7％，10％，12％，15％或更多(按重量计)的琼脂糖浓度。

在一些实施方式中，形成琼脂糖凝胶(方框204)包括将含有琼脂糖的溶液凝胶化为泡沫或开放基质状结构。在选择的实施方式中，将含有琼脂糖的溶液作为涂层施加于植入物或其他基底上，然后在基底上凝胶化。在这些和其他实施方式中，可以将含有琼脂糖的溶液吸收到吸收剂材料(例如绷带或海绵)中，然后在吸收剂材料上和/或吸收剂材料之中凝胶化。在选择的实施方式中，可以通过挤出工艺使含有琼脂糖的溶液凝胶化，从而形成具有规整结构(例如线、杆、管或具有所需横截面的其他结构)的凝胶。在这些和其他实施方式中，含有琼脂糖的溶液可以胶凝成珠状。

方法200继续可选地调节琼脂糖凝胶中琼脂糖的浓度(方框206)。如前所述，琼脂糖凝胶可通过辐照交联以产生具有许多有利特性的交联琼脂糖凝胶。不希望受到理论的束缚，据信通过辐照交联最适合具有特定琼脂糖浓度的琼脂糖凝胶。例如，据信琼脂糖浓度在10％至80％之间的琼脂糖凝胶在通过辐照技术交联的理想范围内。因此，如果需要，方法200包括将凝胶中的琼脂糖浓度调节至非常适合于通过辐射进行交联的范围内的可选的步骤。在一些实施方式中，琼脂糖浓度可以调节至10％和80％之间(按重量计)。在这些和其他实施方式中，可以将琼脂糖浓度调节为20％至60％之间、在30％至50％之间、或在35％至45％之间(按重量计)。可以使用任何合适的技术来调节凝胶的琼脂糖浓度。例如，在一些实施方式中，琼脂糖凝胶可以完全或部分脱水。在一些这样的实施方式中，可以将部分或完全脱水的琼脂糖凝胶再水化(部分或完全)以达到所需的琼脂糖浓度。

方法200继续可选地将一种或多种添加剂掺入琼脂糖凝胶中(方框208)。示例性添加剂和相对重量百分比可以是本文先前讨论的任何添加剂。在特定的实施方式中，将透明质酸(HA)掺入琼脂糖凝胶中。不希望受到理论的束缚，HA可以在加工过程中与其自身和/或与琼脂糖交联，这可以产生具有独特性质的交联凝胶组合物。这种凝胶也可能受到暴露于透明质酸酶的影响。需要注意的是，如果琼脂糖凝胶中掺入了一种或多种添加剂，如果琼脂糖浓度被调整，则可以在调整琼脂糖凝胶中琼脂糖浓度之前或之后加入。

方法200继续辐照琼脂糖凝胶以形成交联的琼脂糖凝胶(方框210)。可以使用任何合适的技术来辐照琼脂糖凝胶，例如采用伽马射线，X射线或β射线的方法(例如，电子束“e-beam”处理)。多种类型的辐照装置在本领域中是已知的，并且可以根据所公开的方法用于辐照琼脂糖凝胶。可以使用任何合适的辐射量来辐照琼脂糖凝胶，这取决于所得交联琼脂糖凝胶的预期规格。例如，在一些实施方式中，可以给琼脂糖凝胶施用至少5千戈瑞(kGy)、10kGy、20kGy、30kGy、40kGy、50kGy、60kGy、70kGy、80kGy、90kGy、100kGy、或更多的剂量。在选择的实施方式中，琼脂糖凝胶被10至100kGy、20至80kGy或40至60kGy辐照。

通过所公开的辐照方法交联的所得琼脂糖凝胶可以具有各种机械性能。例如，在一些实施方式中，与根据尚未交联的相同技术形成的琼脂糖凝胶相比，交联的琼脂糖凝胶可以表现出增加的强度。另外，在一些实施方式中，交联的琼脂糖凝胶可能不再是热可逆的。换句话说，在暴露于导致类似的非交联琼脂糖凝胶熔化的热量时，交联的琼脂糖凝胶可能不会熔化。本文公开的交联琼脂糖凝胶的许多其他机械性能是可能的并且在本文中考虑。

图1的方法200包括可选地将一种或多种添加剂掺入交联琼脂糖凝胶中(方框212)。如果，例如一种或多种添加剂可能不耐受辐照，则可以将一种或多种添加剂掺入交联琼脂糖凝胶中。在掺入交联琼脂糖凝胶中的一种或多种添加剂为液体形式的实施方式中，可以将一种或多种添加剂注入凝胶中。在掺入交联琼脂糖凝胶中的一种或多种添加剂为固体的实施方式中，可以将一种或多种添加剂装载到凝胶基质中。示例性液体添加剂包括但不限于药剂或其他类型的有益剂。示例性固体添加剂包括但不限于细胞、组织、药物和/或有益剂。

图1的方法200包括可选地将交联琼脂糖凝胶施用于患者(方框214)。所公开的交联琼脂糖凝胶可以以任何期望的结构施用。例如，在一些实施方式中，交联凝胶可以原样使用，例如以片、线、棒、浇铸结构、基质或其他明确结构的形式使用。在这些和其他实施方式中，交联的琼脂糖凝胶可以被研磨或切碎以产生较小的碎片或颗粒。在进一步实施方式中，交联琼脂糖凝胶可首先被脱水，然后在脱水后原样使用或切碎或磨碎。在其他实施方式中，所公开的交联的琼脂糖凝胶可以与非交联凝胶或其他材料组合以产生混合结构。多种结构和变化是可能的并且在本文中被考虑。

在一些实施方式中，交联琼脂糖凝胶通过注射针经皮地施用于患者。在一些这样的实施方式中，凝胶可以通过无菌填充过程(例如，其中以无菌方式将琼脂糖凝胶装载到递送装置中的过程)制备以供使用。在使用无菌填充过程的实施方式中，可能不需要进行最终灭菌步骤，其中，在至少进行一些包装之后对琼脂糖凝胶灭菌。可以根据交联琼脂糖凝胶的预期用途选择递送技术。在选择的实施方式中，交联琼脂糖凝胶可用于皮肤填充、重建和/或支架应用。在选择的实施方式中，所公开的琼脂糖凝胶用于以下一种或多种：填充皱纹、细纹或深皱痕，改善皮肤瑕疵(例如疤痕)，增加嘴唇或脸颊的体积，勾勒下颌线或调整任何其他身体部位的外观，例如隆鼻。所公开的交联琼脂糖凝胶的无数其他用途是可能的并且在本文中考虑。

在一些实施方式中，所公开的琼脂糖凝胶组合物以至少2％、3％、4％、5％、6％、7％、7％、8％、9％或10％的浓度(按重量计)施用于患者。在这些和其他实施方式中，可以将通过辐照交联的琼脂糖凝胶与一种或多种其他类型的水凝胶混合。例如，在一些实施方式中，在向患者给药之前，将透明质酸(HA)与交联琼脂糖凝胶混合。

所公开的技术和组合物可提供许多优于可供替代的制备和杀菌程序的优点。值得注意的是，通过辐照具有期望浓度范围内的琼脂糖凝胶来交联琼脂糖，可以产生非常适合在人体中使用的坚固的交联琼脂糖。根据所公开的方法制备的琼脂糖凝胶可以在体内具有改善的触觉效果。例如，所公开的琼脂糖凝胶(由通过辐照交联的琼脂糖凝胶形成)可能比传统的琼脂糖凝胶更牢固。在一些实施方式中，根据所公开的方法制备的琼脂糖凝胶可以通过加热来灭菌而凝胶结构没有显着损失。由于目前公开的琼脂糖凝胶的性质，通过公开的技术交联的琼脂糖凝胶可能增加了在体内的总停留时间，从而在需要后续程序以补充被身体消耗的凝胶之前提供了额外的时间。

具有透明质酸的示例性实施方式

如前所述，尽管公开了许多示例，其中使用琼脂糖被用作通过辐照交联的多糖，但是本公开还扩展到其他多糖在处于胶凝状态时通过辐照技术交联的实施方式。例如，在一些实施方式中，形成透明质酸凝胶并随后对其进行辐照以形成交联的透明质酸凝胶。图2的方法300包括描述了使用辐照技术交联透明质酸凝胶的示例方法。

如图2所示，方法300包括形成透明质酸凝胶(方框302)。可以使用本领域技术人员已知的任何合适方法来完成透明质酸凝胶的形成。方法300继续可选地调节透明质酸凝胶中的透明质酸的浓度(方框304)。如果进行，则透明质酸的浓度可以使用本文关于方法200的方框206描述的任何技术来调节。此外，透明质酸的浓度可以被调节至先前在方法200中关于琼脂糖描述的任何浓度(例如，按重量计，10％-80％、20％-60％、30％-50％或35％-45％)。然后可以辐照透明质酸凝胶以形成交联的透明质酸凝胶(方框306)。可以使用任何技术来辐照透明质酸凝胶，包括方法200，框210中描述的技术。根据需要，可以在辐照之前或之后任选地将一种或多种添加剂掺入透明质酸凝胶中。可以将本文先前讨论的任何添加剂掺入透明质酸凝胶中。然后可以将交联的透明质酸凝胶施用于患者(方框308)。可以使用任何适当的施用技术向患者施用交联的透明质酸凝胶，包括先前关于方法200的方框214所讨论的那些。

具有琼脂糖和透明质酸的示例性实施方式

下面详细描述一种通过辐照交联琼脂糖凝胶和透明质酸的混合物的特别的示例性实施方式。

透明质酸(尚未交联)倾向于形成粘稠的凝胶状溶液，即使在相对较高的浓度下。与采用凝胶化的特定形状/结构的琼脂糖凝胶相比，透明质酸的行为更像粘性溶液，并且形状与容纳其的容器的形状相同。换句话说，琼脂糖凝胶通常可以保持给定的形状或结构，而透明质酸凝胶往往更具延展性。尽管通过辐照交联透明质酸可能具有有用的应用，但是这些应用可能不需要交联的透明质酸具有规整的结构或形状。然而，琼脂糖和透明质酸的混合物可以形成具有确定结构的凝胶，并且在将水含量调节至合适的量(如果需要)之后，琼脂糖凝胶和透明质酸的混合物可以通过辐照(使用任何一种本文先前描述的技术)以形成具有明确形状/形式的交联凝胶。不希望受到理论的束缚，据信经辐照交联的含有琼脂糖和透明质酸的凝胶可具有表现出独特性质的凝胶基质。

为了生产含有琼脂糖和透明质酸的交联凝胶，可以制作包含琼脂糖和透明质酸的溶液。为了说明的目的，可以制备含有1-2％(按重量计)的琼脂糖和大约6％(按重量计)的透明质酸的溶液。然而，在其他实施方式中，可以增加或降低琼脂糖和/或透明质酸的浓度和/或可以改变它们各自的相对浓度。然后可以将溶液胶凝化以形成特定的形状或结构。形成凝胶后，凝胶可以部分脱水以使琼脂糖和透明质酸的浓度在可接受的范围内用于辐照交联。然后可以辐照凝胶以交联琼脂糖和透明质酸。在该示例性实施方式中，交联可以在琼脂糖链之间、透明质酸链之间和/或在琼脂糖链与透明质酸链之间形成。多种结构和变化是可能的。然后可以将交联的凝胶部分再水化(如果需要)，并在有或没有其他进一步处理的情况下施用于患者。另外，在一些实施方式中，可将交联的凝胶暴露于透明质酸酶中以降解交联的凝胶中的透明质酸。在一些此类实施方式中，即使在透明质酸已经部分或完全降解之后，所得凝胶仍可以保持其形式或形状。在其他实施方式中，在透明质酸已经部分或完全降解之后，所得凝胶可能失去其部分或全部强度、形态或形状。

鉴于本公开，本文描述的特征和优点不是全部包含的，并且特别地，许多另外的特征和优点对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。相关领域的技术人员可以理解，根据以上公开，许多修改和变化是可能的。

Claims (25)

1.一种形成交联琼脂糖凝胶的方法，该方法包括：

将琼脂糖溶解在溶剂中以形成含有琼脂糖的溶液；

使所述含有琼脂糖的溶液凝胶化以形成凝胶琼脂糖；

将所述凝胶琼脂糖改性以使琼脂糖浓度为10％至80％；

辐照所述琼脂糖浓度为10％至80％的凝胶琼脂糖，以形成交联琼脂糖凝胶。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述琼脂糖选自由纯化琼脂糖、改性琼脂糖和衍生琼脂糖所组成的组。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂包括水。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述溶剂包括甘油或乙二醇。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的将所述凝胶琼脂糖改性包括：使所述凝胶琼脂糖至少部分地脱水以形成琼脂糖浓度为10％至80％的凝胶琼脂糖。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凝胶琼脂糖的浓度为20％至60％。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐照通过暴露于γ射线、x射线和β射线中的一种或多种来完成。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，采用至少5kGy的辐射线辐照所述凝胶琼脂糖。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括将所述交联琼脂糖凝胶施用于患者。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括在施用于患者之前，将所述交联琼脂糖凝胶与透明质酸混合。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的使所述含有琼脂糖的溶液凝胶化以形成凝胶琼脂糖包括：将所述含有琼脂糖的溶液凝胶化为泡沫或者开放基质状结构。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的凝胶化包括将所述含有琼脂糖的溶液作为涂层施加在基底上，然后在所述基底上使所述含有琼脂糖的溶液凝胶化。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的凝胶化包括将所述含有琼脂糖的溶液吸收到吸收剂材料中，然后使所述含有琼脂糖的溶液在所述吸收剂材料之上或者所述吸收剂材料之中凝胶化。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的使所述含有琼脂糖的溶液凝胶化是通过挤出工艺完成的。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括向所述交联琼脂糖凝胶中掺入一种或多种添加剂。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述一种或多种添加剂选自由药物或有益剂、细胞和组织所组成的组。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括向所述含有琼脂糖的溶液中掺入一种或多种添加剂。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述一种或多种添加剂包括透明质酸。

19.一种形成交联透明质酸凝胶的方法，该方法包括：

形成透明质酸浓度为10重量％至80重量％的透明质酸凝胶；和

辐照所述透明质酸凝胶以形成交联透明质酸凝胶。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，该方法还包括向所述透明质酸凝胶或所述交联透明质酸凝胶中掺入一种或多种添加剂。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，该方法还包括将所述交联透明质酸凝胶施用于患者。

22.一种方法，包括：

形成含有琼脂糖和透明质酸的溶液；

使所述含有琼脂糖和透明质酸的溶液凝胶化以形成凝胶；和

辐照所述凝胶以形成交联凝胶。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，该方法还包括在辐照所述凝胶之前使所述凝胶至少部分地脱水。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述含有琼脂糖和透明质酸的溶液的琼脂糖浓度为1％至2％。

25.根据权利要求22所述的方法，其中，该方法还包括通过将所述交联凝胶暴露于透明质酸酶中以降解所述交联的凝胶中的透明质酸。

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