CN113332492B - 一种级联催化平台修饰的人工晶状体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及眼科医用植入材料及器械表面修饰技术领域，具体涉及一种级联催化平台修饰的人工晶状体及其制备方法，在人工晶状体表面修饰一层以眼内葡萄糖为底物促内源性活性氧生成的级联催化平台，产生的活性氧可促进残留晶状体上皮细胞的凋亡和坏死，从而在不引入任何具有毒副作用药物的情况下实现良好的后发性白内障防治效果，得到高眼内生物相容性且具有良好后发性白内障防治效果的人工晶状体。本发明通过简单的酰胺化反应构建双重酶负载的级联催化平台，并进一步通过酰胺键作用将其修饰到人工晶状体表面，制造工艺简单，可用于各种医疗植入器械的表面修饰，且方便制造、成本低廉、安全性高，便于工业化生产。

Description

一种级联催化平台修饰的人工晶状体及其制备方法

技术领域

本发明具体涉及眼科医用植入材料及器械表面修饰技术领域，具体涉及一种级联催化平台修饰的人工晶状体及其制备方法。

背景技术

白内障是最常见的致盲眼病。手术移除不透明晶状体并植入人工晶状体是目前临床上治疗白内障的有效手段。现有的各种晶体植入后，残留晶状体上皮细胞的增殖、迁移和分化会造成晶状体囊膜再次发生混浊，即形成后发性白内障，从而导致视力下降、视力模糊或眩光，甚至会造成第二次失明。后发性白内障是白内障术后最常见的并发症，严重影响患者术后视力的恢复。白内障术后3年内成年人后发性白内障的发生率为20%-40%，而儿童后发性白内障的发生率高达100%。

研究发现白内障术后晶状体上皮细胞的残留及其在人工晶状体材料表面的粘附和增殖是后发性白内障发生的主要原因。根据人工晶状体的表面亲疏水性进行的表面改性的方法为降低后发性白内障的发生率提供了一种可行的途径：如中国专利CN111790006A“一种人工晶状体用持久稳定的亲水抗污涂层及其制备方法”，中国专利CN111729130A “一种生物抗污性能优异的人工晶状体涂层及其制备方法”，中国专利CN110003385B “一种高折射率疏水性可折叠人工晶状体材料及其制备方法”，中国专利CN109475660A “疏水性人工晶状体”，中国专利CN103948965B“一种表面改性的人工晶状体及表面改性方法”，中国专利CN103405807B “一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体及其制备方法”，中国专利CN1219497C“一种前表面亲水化处理的疏水性人工晶状体及其制造方法”等。上述对人工晶状体进行表面亲疏水改性的过程复杂，且不能实现良好的长期防治后发性白内障的效果。目前临床上主要通过药物手段来干预后发性白内障的发展进程，而将药物接枝或固定在人工晶状体表面或攀等部位也起到了一定的抑制残留晶状体上皮细胞增殖和防治后发性白内障的效果。如：中国专利CN110215519A“药物修饰型人工晶状体及其制备方法和应用”，中国专利CN107754018B “一种具有亲水-药物缓释协同功能的人工晶状体及其制备方法”，中国专利CN105476730B“一种药物纳米脂质载体-人工晶状体系统及其应用”，中国专利CN104434811A “一种可嵌于人工晶状体襻上的药物缓释微球及其制备方法”，中国专利CN103099706B “一种用于防治后发性白内障的人工晶状体及其制备方法”中国专利CN103156708B“襻上镶嵌有药物缓释微囊的人工晶状体及其制造方法”，中国专利CN101269240B“表面带有抗转化生长因子β2抗体膜的人工晶状体及其制造方法”，中国专利CN100553692C“纳米氟尿嘧啶涂层人工晶体及其制备方法”等。上述通过将药物负载于人工晶状体表面的方法对后发性白内障起到了一定的防治效果，但晶状体植入后释放出的药物会不可避免地对眼内周围组织产生一定的毒副作用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种级联催化平台修饰的人工晶状体及其制备方法。

本发明采用的技术解决方案是：一种级联催化平台修饰的人工晶状体，所述的人工晶状体表面修饰有一层级联催化平台；

所述级联催化平台上固定有具有葡萄糖氧化酶作用的物质及具有过氧化物酶作用的物质。

所述级联催化平台通过酰胺化反应修饰到人工晶状体表面。

所述级联催化平台为具有葡萄糖氧化酶作用的物质及具有过氧化物酶作用的物质通过酰胺化反应固定到微/纳反应器上形成的，所述微/纳反应器为含介孔结构、支架结构、水凝胶结构、囊泡结构或框架结构的微/纳材料。

所述的微/纳材料为介孔材料、蛋白质支架、核酸支架、水凝胶粒子、聚合物囊泡或金属有机框架纳米粒子中的一种。

所述的具有葡萄糖氧化酶作用的物质为葡萄糖氧化酶或葡萄糖氧化模拟酶中的一种。

所述的葡萄糖氧化模拟酶为金纳米粒子、金-铂合金纳米粒子、石墨型氮化碳纳米材料或锰钙氧化物纳米颗粒中的一种。

所述的具有过氧化物酶作用的物质为过氧化物酶或过氧化物酶模拟酶中的一种。

所述的过氧化物酶或过氧化物酶模拟酶为辣根过氧化物酶、血红蛋白、脱氧核酶、四氨基铝酞菁、四磺基锰酞菁、磁性纳米粒子、二氧化铈纳米粒子、金属纳米粒子或碳基纳米材料中的一种

一种上述的级联催化平台修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将人工晶状体浸泡在聚乙烯亚胺水溶液中，使人工晶状体表面修饰上氨基，得到表面氨基化的人工晶状体。

(2)取羧基化微/纳反应器、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺与具有葡萄糖氧化酶作用的物质及具有过氧化物酶作用的物质在水溶液体系中均匀混合，调节pH至中性，4℃条件下搅拌，通过酰胺化反应得到所述的级联催化平台。

(3)取级联催化平台、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺在水溶液体系中均匀混合，并放入表面氨基化的人工晶状体，调节pH至中性，搅拌，通过酰胺化反应将级联催化平台修饰到人工晶状体表面，得到所述的级联催化平台修饰的人工晶状体。

聚乙烯亚胺水溶液浓度为0.3-50 mg/mL，所述的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐浓度为0.1-10 mg/mL，所述的N-羟基琥珀酰亚胺浓度为0.1-10 mg/mL。

步骤（2）中，所述的具有葡萄糖氧化酶作用的物质的浓度为0.01-10 mg/mL，所述的具有过氧化物酶作用的物质的浓度为0.01-10 mg/mL。

本发明的有益效果如下：本发明提供了一种级联催化平台修饰的人工晶状体及其制备方法，在人工晶状体表面修饰一层以眼内葡萄糖为底物促内源性活性氧生成的级联催化平台，产生的活性氧可促进残留晶状体上皮细胞的凋亡和坏死，从而在不引入任何具有毒副作用药物的情况下实现良好的后发性白内障防治效果，得到高眼内生物相容性且具有良好后发性白内障防治效果的人工晶状体。本发明通过简单的酰胺化反应构建双重酶负载的级联催化平台，并进一步通过酰胺键作用将其修饰到人工晶状体表面，制造工艺简单，避免了以往人工晶状体表面修饰所需的繁琐步骤，可用于各种医疗植入器械的表面修饰。所制造的级联催化平台修饰的人工晶状体方便制造、成本低廉、安全性高，是一种便捷可行、安全有效的人工晶状体工业化生产产品。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为通过酰胺化反应构建级联催化平台及将其修饰在人工晶状体表面的过程示意图。

图2为经级联催化平台修饰后的人工晶状体的表面形貌。

图3为经级联催化平台修饰后的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养1小时后细胞内的活性氧水平。

图4 为经级联催化平台修饰后的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养8小时后细胞的凋亡和坏死情况。

图5为经级联催化平台修饰后的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养72小时后细胞的增殖和粘附效果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

实施例1

首先，取干净的人工晶状体，浸没到50 mg/mL聚乙烯亚胺水溶液中，常温下搅拌12小时，使人工晶状体表面修饰上氨基，水清洗，氮气吹干备用。

接着，取50 mg/mL 介孔二氧化硅纳米颗粒、10 mg/mL 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、10 mg/mL N-羟基琥珀酰亚胺与10 mg/mL葡萄糖氧化酶及10 mg/mL辣根过氧化物酶在水溶液体系中均匀混合，调节pH至7.4，4℃条件下搅拌24小时，磷酸盐水溶液缓冲溶液清洗3次，离心收集得到所述的级联催化平台。

最后，取50 mg/mL级联催化平台、10 mg/mL 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、10 mg/mL N-羟基琥珀酰亚胺在水溶液体系中均匀混合，并放入表面氨基化的人工晶状体，调节pH至7.4，4℃条件下搅拌24小时，水清洗，氮气吹干，得到所述的级联催化平台修饰的人工晶状体。

本实施例所制备的级联催化平台修饰的人工晶状体的表面形貌如图2所示。

本实施例所制备的级联催化平台修饰后的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养1小时后细胞内的活性氧水平如图3所示，可以看出本实施例所制备的级联催化平台修饰后的人工晶状体可以促进内源性活性氧生成。

本实施例所制备的级联催化平台修饰后的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养8小时后细胞的凋亡和坏死情况如图4所示，可以看出本实施例所制备的级联催化平台修饰后的人工晶状体可以促进残留晶状体上皮细胞的凋亡和坏死。

本实施例所制备的级联催化平台修饰后的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养72小时后细胞的增殖和粘附效果如图5所示，可以看出本实施例所制备的级联催化平台修饰后的人工晶状体可以有效抑制残留晶状体上皮细胞的增殖和粘附。

实施例2

首先，取干净的人工晶状体，浸没到0.3 mg/mL聚乙烯亚胺水溶液中，常温下搅拌24小时，使人工晶状体表面修饰上氨基，水清洗，氮气吹干备用。

接着，取0.5 mg/mL 蛋白质支架、0.1 mg/mL 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、0.1 mg/mL N-羟基琥珀酰亚胺与0.01 mg/mL金纳米粒子及0.01 mg/mL血红蛋白在水溶液体系中均匀混合，调节pH至7.2，4℃条件下搅拌12小时，磷酸盐水溶液缓冲溶液清洗3次，离心收集得到所述的级联催化平台。

最后，取0.5 mg/mL级联催化平台、0.1 mg/mL 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、0.1 mg/mL N-羟基琥珀酰亚胺在水溶液体系中均匀混合，并放入表面氨基化的人工晶状体，调节pH至7.2，4℃条件下搅拌12小时，水清洗，氮气吹干，得到所述的级联催化平台修饰的人工晶状体。

实施例3

首先，取干净的人工晶状体，浸没到20 mg/mL聚乙烯亚胺水溶液中，常温下搅拌36小时，使人工晶状体表面修饰上氨基，水清洗，氮气吹干备用。

接着，取20 mg/mL 聚合物囊泡，5 mg/mL 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、5 mg/mL N-羟基琥珀酰亚胺与1 mg/mL石墨型氮化碳纳米材料及1 mg/mL二氧化铈纳米粒子在水溶液体系中均匀混合，调节pH至7.0，4℃条件下搅拌6小时，磷酸盐水溶液缓冲溶液清洗3次，离心收集得到所述的级联催化平台。

最后，取20 mg/mL级联催化平台、5 mg/mL 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、5 mg/mL N-羟基琥珀酰亚胺在水溶液体系中均匀混合，并放入表面氨基化的人工晶状体，调节pH至7.0，4℃条件下搅拌6小时，水清洗，氮气吹干，得到所述的级联催化平台修饰的人工晶状体。

本发明的原理是：高水平的细胞内活性氧对细胞是有害的，它可以通过触发对蛋白质、核酸、线粒体和细胞膜等的氧化损伤来诱导细胞凋亡或坏死。通过适当的空间调控将多种酶共同负载形成级联催化反应体系是模拟自然界活性氧生成的常用策略之一。本发明通过酰胺化反应将具有葡萄糖氧化酶作用的物质及具有过氧化物酶作用的物质共同固定在微/纳反应器孔道内，形成双重酶共同负载的级联催化反应平台。再进一步通过酰胺键作用将该级联催化平台修饰到人工晶状体表面，得到级联催化平台修饰的人工晶状体。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种级联催化平台修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的人工晶状体表面修饰有一层级联催化平台；

所述级联催化平台上固定有具有葡萄糖氧化酶作用的物质及具有过氧化物酶作用的物质；

所述级联催化平台为具有葡萄糖氧化酶作用的物质及具有过氧化物酶作用的物质通过酰胺化反应固定到微/纳反应器上形成的，所述微/纳反应器为含介孔结构、水凝胶结构、囊泡结构或框架结构的微/纳材料。

2.根据权利要求1所述的级联催化平台修饰的人工晶状体，其特征在于：所述级联催化平台通过酰胺化反应修饰到人工晶状体表面。

3.根据权利要求1所述的级联催化平台修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的微/纳材料为介孔材料、蛋白质支架、核酸支架、水凝胶粒子、聚合物囊泡或金属有机框架纳米粒子中的一种。

4.根据权利要求1所述的级联催化平台修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的具有葡萄糖氧化酶作用的物质为葡萄糖氧化酶或葡萄糖氧化模拟酶中的一种。

5.根据权利要求4所述的级联催化平台修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的葡萄糖氧化模拟酶为金纳米粒子、金-铂合金纳米粒子、石墨型氮化碳纳米材料或锰钙氧化物纳米颗粒中的一种。

6.根据权利要求1所述的级联催化平台修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的具有过氧化物酶作用的物质为过氧化物酶或过氧化物酶模拟酶中的一种。

7.根据权利要求6所述的一种级联催化平台修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的过氧化物酶或过氧化物酶模拟酶为辣根过氧化物酶、血红蛋白、脱氧核酶、四氨基铝酞菁、四磺基锰酞菁、磁性纳米粒子、二氧化铈纳米粒子、金属纳米粒子或碳基纳米材料中的一种。

8.一种权利要求1-7任一项所述的级联催化平台修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将人工晶状体浸泡在聚乙烯亚胺水溶液中，使人工晶状体表面修饰上氨基，得到表面氨基化的人工晶状体；

(2)取羧基化微/纳反应器、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺与具有葡萄糖氧化酶作用的物质及具有过氧化物酶作用的物质在水溶液体系中均匀混合，调节pH至中性，搅拌，通过酰胺化反应得到所述的级联催化平台；

(3)取级联催化平台、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺在水溶液体系中均匀混合，并放入表面氨基化的人工晶状体，调节pH至中性，搅拌，通过酰胺化反应将级联催化平台修饰到人工晶状体表面，得到所述的级联催化平台修饰的人工晶状体。

9.根据权利要求8所述的一种级联催化平台修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于：聚乙烯亚胺水溶液浓度为0.3-50 mg/mL，所述的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐浓度为0.1-10 mg/mL，所述的N-羟基琥珀酰亚胺浓度为0.1-10 mg/mL。

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