CN114805151A - 一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶因子，本发明还公开了该小分子的制备方法，如下：①往肉桂醛中加入催化量的酸进行活化，再加入巯基烷基酸反应制备式(1)；②冰浴搅拌下往苯丙氨酸甲酯盐酸盐溶液中滴加有机碱，搅拌；将脱去盐酸的苯丙氨酸甲酯溶液加入到用缩合剂活化的式(1)溶液中反应，制备式(2)；③往式(2)中加入溶剂和水合肼，氮气保护下反应得到小分子凝胶化合物(3)。本发明还公开了利用该小分子制备小分子凝胶及该小分子凝胶作为生物材料的应用，尤其是可以作为伤口辅料促进长期不愈合伤口愈合。

Description

一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶
技术领域
本发明涉及一种用于制备生物医用小分子凝胶的化合物，本发明还涉及该化合物的制备方法及通过该化合物获得的小分子凝胶和应用。
背景技术
糖尿病的发病率正在显著升高，全世界超过4亿人受到糖尿病的困扰(DiabetesCare， 2018，41，680-687.)。长期不愈合伤口是糖尿病最常见的并发症之一，在糖尿病患者中的发病率大约在15％。长期不愈合伤口会导致糖尿病患者住院时间延长、经济负担加重、感染、坏疽、甚至死亡。现有的干预方法不能有效地缓解这一症状，亟需开发出更加有效地理疗方案促进糖尿病长期不愈合伤口的愈合。遭受长期不愈合伤口的糖尿病患者其伤口愈合过程停滞在炎症阶段，典型特征为促炎细胞因子和生长因子的表达失调、聚集高浓度的活性氧 (ROS)、阻碍细胞的增殖和血管的生成(Journal of Controlled Release，2022，341，147- 165.)。此外，长期不愈合伤口容易遭受细菌感染，导致形成渗出液和生物膜进一步阻碍伤口愈合(Nano Lett，2022，20，5149-5158.)。因此，清除伤口部位的ROS、消除细菌感染和抑制炎症响应是促进长期不愈合伤口愈合的关键。
为了促进伤口愈合，科研工作者开发了多种伤口辅料，比如多空泡沫、冻干海绵、生物膜以及多功能水凝胶。水凝胶是一种理想的伤口辅料，具有多孔的机构、可以透过氧气和吸收伤口渗出液、保持湿润的环境和促进伤口的愈合(Adv.Sci，2019，6，1801664.)。小分子凝胶因子之间可以通过氢键、范德华作用力、π-π堆叠作用力、疏水性作用力、静电作用力等非共价键作用力自组装三维网络结构，并将溶剂固定在三位网络中形成小分子凝胶(lowmolecular weight gels)。小分子凝胶因子结构简单、容易设计合成，小分子凝胶广泛用于细胞培养、药物传输、组织工程和抗菌理疗等领域。小分子凝胶因子在水、生物相容性溶剂(PEG200、PEG400等)或生物相容性溶剂(PEG200、PEG400等与水组成的混合溶剂中可以构建生物相容性的小分子凝胶，作为生物材料具有广泛地应用前景。构建自身具有ROS 清除和抗菌性能的小分子凝胶因子，负载抗炎药物可以制备出促进长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶，具有重要的应用价值。
肉桂醛具有显著的抗菌活性，可以抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌、肉毒杆菌、葡糖球菌等多种细菌的生长(LWT-Food Science and Technology，2014，57，470-476.)。以肉桂醛为底物合成的硫缩醛具有活性氧(ROS)响应性能已被大量的研究证实(L.Xu，M.Zhao，Y. Yang，Y.Liang，et al.Journal of Materials Chemistry B，2017，5，9157-9164.)。氨基酸和多肽因生物相容性好、易降解、低免疫原性和低毒性等优点，广泛用于构建小分子凝胶。近年来发现苯丙氨酸类小分子凝胶可以通过破坏膜和氧化应激的共同作用表现出抗菌活性(L.Schnaider， S.Brahmachari，N.W.Schmidt，er al.Nat Commun，2017，8，1365.)。大量的酰肼化合物是药物活性分子，具有抗菌和抗炎活性(A.Y.Dang-i，T.Huang，N.Mehwish，er al.ACS Applied Bio Materials，2020，3，2295-2304.)。以肉桂醛为底物构建具有不同烷基链长度的ROS响应型醛缩硫醇，在醛缩硫醇的两端共轭上苯丙氨酸甲酯，再与水合肼通过酰肼化反应引入亲水性的酰肼基团，构建ROS响应型小分子凝胶因子。将小分子凝胶因子和抗炎药物(比如萘普生、双氯芬酸钠等)在生物相容性的溶剂中制备载药小分子凝胶，将载药小分子凝胶用于长期不愈合伤口处，可以通过ROS响应清除伤口处高浓度的ROS，同时响应释放出肉桂醛杀死伤口处的细菌和抗炎药物抑制炎症反应，从而促进糖尿病患者长期不愈合伤口的愈合。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶因子。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶因子的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶。
本发明所要解决的第四个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶作为伤口辅料用于促进伤口的愈合。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶因子，其特征在于该小分子凝胶因子的结构式(3)如下：
Figure RE-GSB0000199195460000021
式子中的n为1～20的整数。
作为优选，所述结构式(3)中的n为2～12。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶因子的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①往肉桂醛中加入催化量的酸A，活化后加入巯基烷基酸，搅拌后得到反应液a，反应液a处理后得到结构式为(1)的产物，所述肉桂醛与巯基烷基酸的物质的量之比为1∶2～2.4。
②将结构式为(1)的产物溶于溶剂B后，加入缩合剂C进行活化；将苯丙氨酸甲酯盐酸盐溶于溶剂B，冰浴搅拌下滴加有机碱D；在冰浴搅拌下将脱去盐酸分子的苯丙氨酸甲酯溶液滴加到活化的(1)溶液中进行反应，将反应液b处理后得到结构式为(2)的产物，所述有机碱D与苯丙氨酸甲酯盐酸盐物质的量之比为1～1.2∶1；所述化合物(1)与苯丙氨酸甲酯盐酸盐物质的量之比通常为1∶2～2.4。
③往结构式为(2)的化合物中加入溶剂E和水合肼，氮气保护下反应得到反应液c，将反应液c后处理得结构式为(3)的产物，所述水合肼的用量为式(2)物质的量的5～20 倍。
前述步骤涉及的结构式如下：
Figure RE-GSB0000199195460000031
式子中的n为1～20的整数。
上述反应涉及的反应式如下：
Figure RE-GSB0000199195460000032
作为优选，步骤①中所述酸A为三氟乙酸、对甲苯磺酸、盐酸或硫酸中的至少一种。
作为优选，步骤①中所述反应液a处理方式如下：过滤或置于-50℃静置待固体析出后再过滤，用冰水和冰正己烷交替洗涤固体，干燥后得到结构式为(1)的产物。
作为优选，步骤②中所述溶剂B二氯甲烷、三氯甲烷或四氢呋喃中的至少一种。
作为优选，步骤②中所述溶剂B的体积用量以苯丙氨酸甲酯盐酸盐的物质的量计算为1～5mL/mmol。
作为优选，步骤②中所述缩合剂C为N，N’-羰基二咪唑、二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、2-(1H-苯并三偶氮L-1-基)-1，1，3，3-四甲基脲四氟硼酸酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N，N，N′，N′-四甲基脲四氟硼酸盐、O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)- N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯或苯并三氮唑-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯中的至少一种。
作为优选，步骤②中所述的有机碱D为三乙胺、吡啶或N，N-二异丙基乙胺中的至少一种。
作为优选，步骤②中所述反应液b处理方式如下：浓缩有机相后加入四氢呋喃搅拌，过滤，收集滤液，浓缩滤液后用石油醚和乙酸乙酯柱层析分离得到结构式为(2)的产物，柱层析所用石油醚和乙酸乙酯体积比一般为2∶1～4∶1。
作为优选，步骤③中所述的溶剂E为甲醇、乙醇、异丙醇、二氯甲烷或三氯甲烷中的至少一种。
作为优选，步骤③中所述的溶剂E的体积用量以结构式为(2)的产物的物质的量计算为1～5mL/mmol。
作为优选，步骤③中所述反应液c处理方式如下：将反应液c过滤，依次用水和二氯甲烷洗涤数次后，收集固体，干燥后得到结构式为(3)的产物。
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种ROS清除型小分子抗菌凝胶，该抗菌凝胶由化合物(3)在溶剂中制备得到，具体采用如下步骤制备：
将化合物加入到可密闭的容器中，加入溶剂，密闭后加热至化合物完全溶解，静置后，即可形成小分子凝胶。化合物采用结构式(3)所示的物质。
作为优选，所述的小分子凝胶的浓度为1～20mg/mL。
作为优选，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、PEG200、PEG400或PEG200(PEG400) 和水的混合溶剂的至少一种。
本发明解决上述第四个技术问题所采用的技术方案为：在水、PEG200、PEG400、EG200和水的混合溶剂等生物相容性的溶剂中利用化合物(3)制备小分子凝胶，负载抗炎药物，用做伤口辅料促进长期不愈合伤口的愈合。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明以具有显著抗菌活性的肉桂醛为底物与巯基烷酸反应制备ROS响应性的醛缩硫醇，将易于自组装的苯丙氨酸甲酯共轭到醛缩硫醇的两端，再与水合肼反应将化合物的两端改为亲水性的酰肼，构建具有ROS响应性的小分子凝胶因子。通过改变巯基烷酸中的烷基链长度，可以调控二酰肼化合物的成胶性能，使二酰肼化合物的亲水性结构和疏水性结构达到平衡，进而有可能构建出ROS响应的小分子水性凝胶。这类小分子水/有机凝胶具有制备简单、临界成胶浓度低等优点。经实验证明这类具有良好的生物相容性的、剪切变稀行为、破坏恢复能力和高的机械强度，是一类优秀的生物医用材料，在伤口辅料、抗菌理疗、细胞的三维培养、诱导干细胞分化、药物控释、癌症理疗等方面具有潜在的应用。实验证明该类小分子凝胶可以高效地装载抗炎药物(萘普生)制备载药凝胶，在促进促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合等方面具有重大应用价值。
附图说明
图1为实施例2中形成的凝胶外观照片。
图2为实施例3中形成的凝胶外观照片。
图3为实施例4中形成的凝胶外观照片。
图4为实施例5凝胶因子(n＝2)的1H核磁共振谱图。
图5为实施例6中干凝胶的显微照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1，(化合物(3)(n＝10))
(一)取50mL的支口反应瓶加入10mL乙酸乙酯、1.32g(10mmol)肉桂醛和两滴三氟乙酸，室温搅拌活化30min。往活化的肉桂醛中加入4.37g(20mmol)11-巯基十一烷酸，真空冰浴下搅拌48h。随后置于-50℃环境，待固体析出后，过滤，用冰的正己烷和水交替洗涤产物，干燥后即可得产物(1)(n＝10)，白色固体，产率68.5％。
(二)①取100mL的支口反应瓶，往其中加入20mL二氯甲烷、4.74g(22mmol) 苯丙氨酸甲酯盐酸盐，在冰浴条件下缓慢滴加5.9mL(44mmol)三乙胺，滴加完毕后搅拌 10分钟，脱去苯丙氨酸甲酯盐酸盐的盐酸分子。②将5.51g(10mmol)化合物式(1) (n＝10)溶于15mL二氯甲烷后，加入3.6g(22mmol)N，N-羰基二咪唑，活化30分钟。③在冰浴条件下将活化的溶液缓慢滴加到①中，氮气保护，室温反应。用体积比为2∶1的石油醚和乙酸乙酯点板检测反应的进行。反应结束后，浓缩有机相后加入四氢呋喃搅拌，过滤，弃去固体，收集滤液，浓缩滤液后进行柱层析，柱层析所用石油醚和乙酸乙酯体积比一般为4∶1～2∶1，得产物式(2)(n＝10)，产率85.1％。
(三)取100mL的支口反应瓶，往其中加入4.36g(5mmol)化合物式(2)(n＝ 10)、15mL的甲醇、15mL的二氯甲烷、3.2mL(50mmol)80％的水合肼，抽真空充氮气后，冰浴反应24h，过滤，滤饼依次用去离子水、二氯甲烷洗涤，干燥后得到白色固体式 (3)(n＝10)，产率87.2％。
实施例2，小分子凝胶
将实施例1得到的化合物(3)4mg加入到4mL螺纹瓶中，再加入1mL水的，密封后，加热到100℃致其溶解后，静置冷却到室温，即成5mg/mL的小分子水凝胶，如图1所示，所得物料为几乎透明的凝胶。
实施例3，小分子凝胶
将实施例1得到的15mg化合物(3)加入到4mL螺纹瓶中，再加入1mL PEG200，密封后，加热到90℃致其溶解后，静置冷却到室温，即成15mg/mL的有机凝胶，如图2所示，所得物料为白色凝胶。
实施例4，小分子凝胶
将实施例1得到的15mg化合物(3)加入到4mL螺纹瓶中，再加入0.5mL水和0.5 mLPEG200，密封后，加热到90℃致其溶解后，静置冷却到室温，即可形成混合溶剂凝胶，如图3所示，所得物料为半透明凝胶。
实施例5，小分子凝胶因子的1H核磁共振氢谱
将12mg化合物(3)(n＝2)装入到核磁管中，再加入0.5mL氘代二甲亚砜，密封后，用电吹风加热将其溶解，用于1H核磁共振测试，如图4所示，表明成功地制备小分子凝胶因子。
实施例6，将实施例2制备的4mg/mL的水凝胶用油泵减压抽干后，置于碳导电胶带上，用扫描电镜观察凝胶的微观形貌，如图5所示。

Claims (10)

1.一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶，其特征在于该小分子凝胶因子的结构式(3)如下：
Figure FSA0000263932300000011
式子中的n为1～20的整数。
2.一种权利要求1所述的一种促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的小分子凝胶因子的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①往肉桂醛中加入催化量的酸A，活化后加入巯基烷基酸，搅拌后得到反应液a，处理反应液a得到结构式为(1)的产物，所述肉桂醛与巯基烷基酸的物质的量之比为1∶2～2.4；
②将化合物式(1)溶于溶剂B后加缩合剂C活化；将苯丙氨酸甲酯盐酸盐溶于溶剂B，冰浴搅拌下滴加有机碱D；在冰浴搅拌下将苯丙氨酸甲酯溶液滴加到活化后的产物(1)溶液中，搅拌后得到反应液b，处理反应液b后得到结构式为(2)的产物，所述化合物式(1)与苯丙氨酸甲酯盐酸盐物质的量之比通常为1∶2～2.4；所述有机碱D与苯丙氨酸甲酯盐酸盐的物质的量之比为1～1.2∶1；所述化合物式(1)与缩合剂C的物质的量之比通常为1∶2～2.2；
③往化合物式(2)中加入溶剂E和水合肼后，氮气保护下冰浴反应，得到反应液c，处理反应液c得结构式为(3)的产物，所述化合物式(2)与水合肼的的物质的量之比为1∶5～20；
前述步骤涉及的结构式如下：
Figure FSA0000263932300000012
Figure FSA0000263932300000021
式子中的n为1～20的整数。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤①中所述酸A为三氟乙酸、对甲苯磺酸、盐酸或硫酸中的至少一种；步骤①中所述反应液a处理方式如下：直接过滤或置于-50℃静置待固体析出后再过滤，用冰水和冰正己烷交替洗涤固体，干燥后得到式(1)的产物；步骤②中所述缩合剂C为N，N’-羰基二咪唑、二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、2-(1H-苯并三偶氮L-1-基)-1，1，3，3-四甲基脲四氟硼酸酯、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N，N，N′，N′-四甲基脲四氟硼酸盐、O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯或苯并三氮唑-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤②中所述反应液b处理方式如下：浓缩有机相后加入四氢呋喃搅拌，过滤，收集滤液，浓缩滤液后用石油醚和乙酸乙酯柱层析分离得到结构式为(2)的产物，柱层析所用石油醚和乙酸乙酯体积比一般为2∶1～4∶1。
5.一种权利要求1所述化合物制备的小分子凝胶，该小分子凝胶采用如下步骤制备：将一定量的凝胶因子和抗炎药物加入到可密闭的容器中，加入溶剂，密闭后加热至化合物完全溶解，静置后即可形成小分子凝胶。
6.根据权利要求5所述的小分子凝胶，其特征在于所述的小分子凝胶的浓度为1～50mg/mL。
7.一种权利要求1所述的小分子凝胶化合物制备生物医用小分子凝胶，其特征在于溶剂为水、甲醇、乙醇、PEG200、PEG400、水和乙醇混合溶液、水和PEG200混合溶液、水和PEG400混合溶液的至少一种。
8.一种权利要求7所述的生物医用小分子凝胶，用于细胞培养、组织工程、药物传输、抗肿瘤治疗、抗菌治疗。
9.一种权利要求7所述的生物医用小分子凝胶用作促进糖尿病患者长期不愈合伤口愈合的伤口敷料。
10.一种权利要求1所述的凝胶因子在生物相容性的溶剂中负载抗生素可以用作杀死耐药性细菌的抗菌凝胶。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112029092A (zh) * 2020-09-08 2020-12-04 中国科学院长春应用化学研究所 一种肉桂醛修饰的聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物、其制备方法及水凝胶
CN112279793A (zh) * 2020-11-12 2021-01-29 宁波大学 活性氧响应的小分子凝胶化合物及其制备方法和该化合物制备的小分子凝胶及其应用
CN112341367A (zh) * 2020-11-12 2021-02-09 宁波大学 氧化还原响应的小分子凝胶化合物及其制备方法和该化合物的小分子凝胶及其应用

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Title
LONG XU ET AL.: "A reactive oxygen species (ROS)-responsive low molecular weight gel co-loaded with doxorubicin and Zn(ii) phthalocyanine tetrasulfonic acid for combined chemo-photodynamic therapy" *

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