CN113893219B - 一种载药纳米胶束和制备方法及基于其制备种植基台的应用和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载药纳米胶束和制备方法及基于其制备种植基台的应用和方法,涉及牙科材料领域。制备方法包括:1)将盐酸米诺环素溶解后,加入三乙醇胺,搅拌均匀,得到反应液;2)向反应液中加入聚合物材料ODA‑CMD,搅拌均匀后,向反应体系中滴加含有或不含有乙二胺的蒸馏水,继续充分搅拌反应,得到混合液;3)将混合液透析、干燥,得到交联载药胶束MC@(ODA‑CMD)CL或者未交联载药胶束MC@ODA‑CMD。本发明还制备了具有具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台,抗菌结果显示,与光滑钛种植体基台相比,本发明制得的具有具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台能杀灭大部分粘附至其表面的细菌,抗菌率达67.3%。体外细胞毒性实验证实本发明制备的载药胶束均具有良好的生物安全性。
Description
技术领域
本发明涉及牙科材料领域,具体涉及一种载药纳米胶束、制备方法及基于其制备具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台的应用和方法。
背景技术
由于种植体及基台直接暴露于有菌环境,且软组织与种植体结合界面难以形成良好的生物封闭,故其愈合及周围环境的维持容易受到细菌和异物的侵袭和干扰,最终可导致种植体的失败。传统的全身用药药量大,可能带来副作用,并且其作用于种植体局部的效果不明显。
现在很多学者开始探索种植体局部载药来尝试解决这个问题,即在种植体与软组织结合的部位表面制作药物涂层缓释系统,装载抗菌药或生长因子,减少细菌的黏附、菌斑形成,或者促进结合部位形成良好的生物封闭,从而减少种植体周围炎的发生,降低失败率。
然而目前的一些种植体局部载药系统存在着诸如药物装载量偏少、药物释放时间短等种种问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种载药纳米胶束、制备方法及基于其制备具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台的应用和方法。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
本发明公开了一种载药纳米胶束的制备方法,包括以下步骤:
1)将盐酸米诺环素溶解后,加入三乙醇胺,搅拌均匀,得到反应液;
2)向反应液中加入聚合物材料料ODA-CMD,搅拌均匀后,向反应体系中滴加含有或不含有乙二胺的蒸馏水,继续充分搅拌反应,得到混合液;
3)将混合液透析、干燥,得到交联载药胶束MC@(ODA-CMD)CL或者未交联载药胶束MC@ODA-CMD。
优选地,步骤1)中,将盐酸米诺环素用二甲亚砜溶解,盐酸米诺环素与二甲亚砜的用量比为(3-5)mg:(3-5)mL,盐酸米诺环素与三乙醇胺的用量比为(3-5)mg:(3-5)μL。
优选地,步骤1)中,所述搅拌均匀是在50~70℃的油浴中避光搅拌。
优选地,所述聚合物材料ODA-CMD的具体制备方法为:
将羧甲基葡萄糖CMD和氯化锂溶于DMF中,加热到80℃搅拌直到完全溶解,冷却至室温后加入EDC/NHS的混合溶液,搅拌活化1h,得到活化反应液;
将十八胺ODA溶解于上述制得的活化反应液中,室温继续搅拌反应24h,待反应完毕后,洗涤、除去未反应的油胺,得到白色沉淀,然后将白色沉淀用水溶解,用去离子水透析48h后,冷冻干燥得白色粉末状的聚合物材料ODA-CMD;
其中,羧甲基葡萄糖CMD和氯化锂的质量比为0.6:(0.01~0.1);羧甲基葡萄糖CMD与十八胺ODA的摩尔比为1:0.2;EDC与NHS的质量比为1:1。
优选地,步骤2)中,聚合物材料ODA-CMD与盐酸米诺环素的质量比为2.5:1;聚合物材料ODA-CMD与所用的含有或不含有乙二胺的蒸馏水的用量比为(8-12)mg:(15-18)mL。
优选地,步骤3)中,采用截留分子量为2000D的透析袋用蒸馏水进行透析,每隔6h换一次水;所述干燥为冷冻干燥。
本发明还公开了采用上述的方法制备得到的载药纳米胶束,包括两种,采用乙二胺交联处理得到交联载药胶束MC@(ODA-CMD)CL,未采用乙二胺处理制得未交联载药胶束MC@ODA-CMD。
本发明还公开了上述的载药纳米胶束在制备具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台中的应用。
本发明还公开了一种具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:采用微弧氧化法在种植基台表面制备具有微米结构的多孔涂层;
步骤2:取上述的载药纳米胶束加入明胶溶液中,超声处理制成悬浮液;
步骤3:将悬浮液均匀平铺在步骤1处理过的种植基台表面,振荡处理1h、干燥,再浸入戊二醛溶液中处理30min,洗涤、干燥,制得具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台。
优选地,步骤2中,所述载药纳米胶束溶液中MC含量为600μg/mL;将载药纳米胶束加入到体积分数为2%的明胶溶液中,超声处理10min。
优选地,步骤3中,戊二醛溶液的质量浓度为2.5%。
优选地,所述种植基台选用纯钛种植基台,处理前其表面用碳化硅砂纸打磨抛光,并依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10分钟,干燥后备用;
优选地,微弧氧化法具体操作如下:
微弧氧化电解质溶液由含有0.04Mβ-甘油磷酸二钠盐五水、0.2M乙酸钙的去离子水溶液组成;电源电压为300V,频率为600Hz,占空比8%,处理时间5分钟,阳极为处理过的纯钛种植基台,阴极为不锈钢锅;试件依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10分钟,干燥后备用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明制备了一种载药胶束并可长期释放MC的钛种植体基台,能够实现促进种植体封闭和预防种植体周围炎的目的。制备得到的两种涂层体外缓释实验证实MC@(ODA-CMD)CL经过312h后,累积释药达88%,而MC@ODA-CMD经过168h后,累积释药达89%。结果可以看出,与未交联胶束MC@ODA-CMD相比,交联载药胶束MC@(ODA-CMD)CL的缓释效能更为良好。
本发明基于上述两种载药胶束制备了具有具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台,抗菌结果显示,与光滑钛种植体基台相比,本发明制得的具有具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台能杀灭大部分粘附至其表面的细菌,抗菌率达67.3%。体外细胞毒性实验证实本发明制备的载药胶束均具有良好的生物安全性。本发明制备得到的种植基台能在基台与软组织结合的部位表面加载米诺环素(MC)胶束涂层,并能持续缓释MC,以减少细菌的黏附、菌斑形成,并促进结合部位形成良好的生物封闭,从而减少种植体周围炎的发生,降低失败率。
附图说明
图1为MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD的DLS图;其中,A为MC@(ODA-CMD)CL;B为MC@ODA-CMD;
图2为MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD的TEM图;其中,A为MC@(ODA-CMD)CL;B为MC@ODA-CMD;
图3为紫外分光光度计扫描结果;
图4为两种空白胶束材料与大鼠全血分别孵育60min后的照片;其中,A为大鼠全血与蒸馏水;B为大鼠全血与与0.9%生理盐水;C为大鼠全血与1mg/mL ODA-CMD;D为大鼠全血与ODA-CMD;E为大鼠全血与1mg/mL(ODA-CMD)CL;F为大鼠全血与0.5mg/mL(ODA-CMD)CL
图5为两种空白胶束材料对HUVEC细胞的毒性作用;
图6为MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD在pH为7.4的PBS缓冲液中孵育30天后的粒径变化结果图;其中,A为MC@(ODA-CMD)CL;B为MC@ODA-CMD;
图7为MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD在pH为7.4的PBS缓冲液中孵育30天后的PDI的变化结果图;其中,A为MC@(ODA-CMD)CL;B为MC@ODA-CMD;
图8为MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD在pH为7.4的PBS缓冲液中孵育30天后的透射电镜图像;其中,A为MC@(ODA-CMD)CL;B为MC@ODA-CMD;
图9为体外释放MC的累积释放曲线;
图10为试样表面细菌在Mueller-Hinton培养基上的菌落培养结果照片;其中,A为S-Ti;B为MAO-Ti;C为MC@(ODA-CMD)CL-Ti;
图11为荧光显微镜下试样表面细菌染色情况;其中,A为S-Ti;B为MAO-Ti;C为MC@(ODA-CMD)CL-Ti。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
一、制备聚合物材料ODA-CMD
制备方法如下:
称量0.6g(相当于1mmol的羧基)的CMD及少量的LICI溶于一定量的DMF中,加热到80℃搅拌直到完全溶解,冷却至室温后加入EDC/NHS搅拌活化1h。另称量0.5g的ODA溶解于DMF中,缓慢滴加到CMD的溶液中,室温继续搅拌反应24h,待反应完毕后,用大量冰乙醇反复洗涤,除去未反应的油胺,得到白色沉淀,然后将沉淀用水溶解,用去离子水透析48h后,冷冻干燥得白色粉末状的ODA-CMD。
二、制备载药纳米胶束
制备方法如下:
称取4mg的MC·HCl于4mL DMSO中,充分溶解后加入4μL的TEA,在60℃油浴中避光搅拌1h。另称取10mg的聚合物材料ODA-CMD于反应液中,搅拌2h后缓慢滴入含有少量乙二胺的蒸馏水16mL,继续搅拌12h。将上述混合液装入分子截留量为2000的透析袋中,在蒸馏水中透析48h,每6h换一次水。透析后冷冻干燥得壳交联载药胶束MC@(ODA-CMD)CL。另取不含有乙二胺的蒸馏水制备未交联载药胶束MC@ODA-CMD作为对照。
制得的载药胶束的表征结果如下表1所示:
表1载药胶束特性;n=3,±s
从表1看出,MC@(ODA-CMD)CL粒径为130nm,MC@ODA-CMD粒径为118nm。PDI值显示胶束粒径分布均匀。两种类型胶束的Zeta电位均为负电性,且绝对值大于10mV,可有效避免胶束发生聚集,维持胶束稳定性。MC@(ODA-CMD)CL的载药量与包封率略高于MC@ODA-CMD的载药量与包封率。此外,MC@(ODA-CMD)CL的CMC值也明显低于MC@ODA-CMD的CMC值,而较低的CMC值预示着交联胶束MC@(ODA-CMD)CL具有更好的稳定性。
通过TEM观察其形态变化来评价稳定性。结果参见图1和图2,可见MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD呈球形,分散性良好。TEM测得胶束的粒径小于DLS测得的胶束粒径,这是因为TEM是在胶束干燥的状态下进行观察的,胶束发生收缩所致。
图3为紫外分光光度计扫描结果,可以看到MC@(ODA-CMD)CL、MC@ODA-CMD有MC的特征吸收峰,而空白材料无任何紫外吸收,结果进一步说明载药胶束成功将MC进行包载且包裹在胶束内并没有影响其结构。
三、载药胶束稳定性的研究
配制1mg/mL的载药胶束溶于pH7.4磷酸盐缓冲液中,在水浴37℃避光的条件下保存1d、5d、10d、15d、20d、25d、30d后测量粒径,通过DLS观察其粒径和PDI来评价稳定性。
配制1mg/mL的载药胶束溶于pH7.4磷酸盐缓冲液中,在水浴37℃避光的条件下保存1d和30d。
结果参见图6和图7,为MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD在pH为7.4的PBS缓冲液中孵育30天后的粒径和PDI的变化。从图中可以看到,MC@ODA-CMD的粒径在10天后突然增大,且PDI增大,而MC@(ODA-CMD)CL在30天内的粒径和PDI都没有发生明显变化。通过TEM观察了MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD在pH为7.4的PBS缓冲液中孵育30d后的形态变化。
图8为MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD在pH为7.4的PBS缓冲液中孵育30天后的透射电镜图像,可以看到MC@(ODA-CMD)CL在30d后,胶束粒径略微增加,但大多数胶束形态仍可以观察到;而MC@ODA-CMD在30d后,基本看不到完整胶束形态,已发生完全溶散。上述稳定性研究结果表明,胶束经交联后稳定性得到了显著提高,为其在体内长效释放药物奠定了基础。
四、载药胶束生物相容性评价
1、空白胶束红细胞溶血性实验
取兔血8mL,加入一定量的肝素抗凝,然后用10mL的生理盐水稀释。在1mL的不同浓度胶束溶液中加入100μL的稀释血液,37℃温浴一定时间后,750g离心5min。将上清液加入到2mL乙醇/盐酸混合溶液(39:1;99%乙醇(v/v):37%盐酸(w/v),再离心5min,取上清液。利用紫外分光光度计法在398nm处测吸光度值。其中阳性对照为蒸馏水,阴性对照为0.9%生理盐水,均用同样方法处理,胶束溶液的溶血率(HR%)用以下公式计算:
HR(%)=(A试-A阴)/(A阳-A阴)×100%
其中,A试为试验管吸光度;A阴为阴性对照管吸光度;A阳为阳性对照管吸光度。
结果参见图4,为两种空白胶束材料与大鼠全血分别孵育60min后的照片,表2为统计结果:
结果可知,空白胶束的溶血具有浓度依赖性。随着胶束浓度提高,溶血率增大,然而即使在高浓度下两种空白胶束材料的溶血率也均小于5%,根据文献报道可视为安全材料。
2、空白胶束细胞毒性检测
本实验通过检测胶束材料对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的毒性作用来评价材料的安全性。将HUVEC细胞悬浮于含10%胎牛血清的RPMI-1640培养液中,置37℃、5%CO2孵箱内培养。接种对数生长期细胞于96孔培养板中,CO2培养箱中培养过夜。吸去培养液,加入不同浓度的空白胶束溶液,孵育24h。随后加入MTT溶液(5mg/mL)20μL,孵育4h。弃去培养液,加入200μL的DMSO,酶标仪490nm处测定吸光度值。
存活率=(给药后的吸光度值/阴性对照的吸光度值)×100%。
以药物浓度为横坐标,存活率为纵坐标绘制生存曲线。
图5为两种空白胶束材料对HUVEC细胞的毒性作用。当浓度在100μg/mL~1000μg/mL之间,随着胶束的浓度增大,HUVEC细胞并没有发生显著变化,且整体存活率均在90%以上。结果表明,当两种胶束材料均具有良好的生物安全性。
五、制备微弧氧化层
制备方法如下:
步骤a):选用纯钛种植体基台,将其表面用碳化硅砂纸打磨抛光后,依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10分钟后,干燥后备用;
步骤b):采用微弧氧化技术在种植体基台表面制备具有微米结构的多孔涂层。
微弧氧化具体方法:
微弧氧化电解质溶液由0.04Mβ-甘油磷酸二钠盐五水、0.2M乙酸钙的去离子水溶液组成,电源电压为300V,频率为600Hz,占空比8%,处理时间5分钟,阳极为纯钛基台,阴极为不锈钢锅。试件依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10分钟,干燥后备用。
六、制备基台表面载药胶束涂层
将MC含量为600μg的载药胶束加入到1ml 0.2%的明胶溶液中,超声处理10min成悬浮液;取悬浮液分次滴加并均匀平铺在微弧氧化处理后的基台表面,震荡1h,干燥;浸入2.5%戊二醛溶液30min;然后用乙醇洗涤三次,冻干得到交联载药胶束MC@(ODA-CMD)CL。
七、基台表面载药胶束涂层体外释放实验
采用pH7.4的磷酸缓冲盐作为释放介质,采用透析袋法研究药物的体外释放行为。分别将2mL含有等剂量的游离MC,载MC胶束,载MC交联胶束,负载游离MC的基台、负载MC胶束的基台以及负载MC交联胶束的基台装入透析袋(3500g/mol)中,置于含有5mL释放介质的EP管中,于恒温振荡器中(37℃,60rpm)震荡。在预设的时间点(1h;12h;24h;3d;5d;7d;9d;11d;13d;15d)取样,并将释放管中释放介质全部更换为新鲜介质以确保能够达到米诺环素的漏槽条件。采用紫外分光光度法测定样品中的药物含量,并计算药物的累积释放百分率,同法平行测三组。
体外释放MC的累积释放曲线如图9所示。对于游离MC,其药物释放主要通过浓度差的自由扩散,在释药72h后,累积释药可达到94%。当游离MC涂层于钛表面后,其释药性能类似于游离MC,释药96h后,累积释药达到90%。对于MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD,其释药可分为两个阶段,在第一阶段释放较快,然后才是较长期的持续缓慢释放。其中MC@(ODA-CMD)CL经过312h后,累积释药达88%,而MC@ODA-CMD经过168h后,累积释药达89%。结果可以看出,与未交联胶束MC@ODA-CMD相比,交联载药胶束MC@(ODA-CMD)CL的缓释效能更为良好。此外,当MC@(ODA-CMD)CL和MC@ODA-CMD涂层于钛表面后,钛表面-纳米胶束联合释放MC的时间均比载药纳米胶束稍有延长,但二者的最高累积释放率基本一致。
八、基台表面载药涂层抗菌性研究
1、抗菌率检测
将金黄色葡萄球菌在Mueller-Hinton培养基中培养至对数中期,然后将细菌悬液浓度调整至106CFU/mL。分别将样品(S-Ti、MAO-Ti、MC@(ODA-CMD)CL-Ti)置于1mL细菌悬液中在37℃下孵育24h,随后用PBS漂洗两次,再取5mL PBS超声分离5分钟分离样品表面附着的细菌。将细菌悬液在MHA平板上重新培养24h,拍照并进行菌落计数。根据下一公式计算抗菌率:
抗菌率(%)=AR(%)=(CFU对照组-CFU实验组)/CFU对照组×100%;
其中对照组为S-Ti,实验组为MAO-Ti和MC@(ODA-CMD)CL-Ti。
2、细菌活力检测
图10为(A)S-Ti、(B)MAO-Ti、(C)MC@(ODA-CMD)CL-Ti试样表面细菌在Mueller-Hinton培养基上的菌落培养。可以看出MC@(ODA-CMD)CL-Ti试样表面细菌菌落计数明显低于S-Ti和MAO-TI。菌落数量测定表明,MC@(ODA-CMD)CL-Ti试样具有较高的抗菌率(67%),而MAO-Ti表面的抗菌率为-440%。图11为荧光显微镜下S-Ti、MAO-Ti、MC@(ODA-CMD)CL-Ti表面细菌染色情况。培养24小时后,MC@(ODA-CMD)CL-Ti(图11C)上附着的活细菌(绿色荧光)数量远远少于S-Ti(图11A)和MAO-Ti(图11B)。相反,在MC@(ODA-CMD)CL-Ti上观察到大量的死亡细菌(红色荧光)。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种载药纳米胶束的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将盐酸米诺环素溶解后,加入三乙醇胺,搅拌均匀,得到反应液;
2)向反应液中加入聚合物材料ODA-CMD,搅拌均匀后,向反应体系中滴加含有乙二胺的蒸馏水,继续充分搅拌反应,得到混合液;
3)将混合液透析、干燥,得到交联载药胶束MC@(ODA-CMD)CL。
2.根据权利要求1所述的载药纳米胶束的制备方法,其特征在于,步骤1)中,将盐酸米诺环素用二甲亚砜溶解,盐酸米诺环素与二甲亚砜的用量比为(3-5)mg:(3-5)mL,盐酸米诺环素与三乙醇胺的用量比为(3-5)mg:(3-5)μL;所述搅拌均匀是在50~70℃的油浴中避光搅拌。
3.根据权利要求1所述的载药纳米胶束的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述聚合物材料ODA-CMD的具体制备方法为:
将羧甲基葡萄糖CMD和氯化锂溶于DMF中,加热到80℃搅拌直到完全溶解,冷却至室温后加入EDC/NHS的混合溶液,搅拌活化1h,得到活化反应液;
将十八胺ODA溶解于上述制得的活化反应液中,室温继续搅拌反应24h,待反应完毕后,洗涤、除去未反应的油胺,得到白色沉淀,然后将白色沉淀用水溶解,用去离子水透析48h后,冷冻干燥得白色粉末状的聚合物材料ODA-CMD;
其中,羧甲基葡萄糖CMD和氯化锂的质量比为0.6:(0.01~0.1);羧甲基葡萄糖CMD与十八胺ODA的摩尔比为1:0.2;EDC与NHS的质量比为1:1。
4.根据权利要求1所述的载药纳米胶束的制备方法,其特征在于,步骤2)中,聚合物材料ODA-CMD与盐酸米诺环素的质量比为(1-3):1;聚合物材料ODA-CMD与所用的含有乙二胺的蒸馏水的用量比为(8-12)mg:(15-18)mL。
5.根据权利要求1所述的载药纳米胶束的制备方法,其特征在于,步骤3)中,采用截留分子量为2000D的透析袋用蒸馏水进行透析,每隔6h换一次水;所述干燥为冷冻干燥。
6.采用权利要求1~5中任意一项所述的方法制备得到的载药纳米胶束。
7.权利要求6所述的载药纳米胶束在制备具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台中的应用。
8.一种具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:采用微弧氧化法在种植基台表面制备具有微米结构的多孔涂层;
步骤2:取权利要求6所述的载药纳米胶束加入明胶溶液中,超声处理制成悬浮液;
步骤3:将悬浮液均匀平铺在步骤1处理过的种植基台表面,振荡处理1h、干燥,再浸入戊二醛溶液中处理30min,洗涤、干燥,制得具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台。
9.如权利要求8所述的具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台的制备方法,其特征在于,步骤2中,所述载药纳米胶束中盐酸米诺环素含量为600μg/mL;将载药纳米胶束加入到体积分数为2%的明胶溶液中,超声处理10min。
10.如权利要求8所述的具有纳米胶束抗菌涂层的种植基台的制备方法,其特征在于,步骤3中,戊二醛溶液的质量浓度为2.5%。
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