CN115025049A - 一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球及其制备方法。首先，将超支化聚赖氨酸通过共价或者静电作用与抗炎药物结合制备成复合纳米颗粒，所述的共价作用为氨基与带醛基或羧基的抗炎药物之间的化学键合，静电作用为带正电的超支化聚赖氨酸与带负电的抗炎药物之间的静电作用。采用微流道或者膜乳化技术，通过紫外光照甲基丙烯酸化的聚合物材料获得水凝胶微球。然后将冻干的水凝胶微球浸入含有复合纳米颗粒的溶液中，制得所述载药微球。本发明方法先通过共价或静电吸附作用吸附药物制备纳米复合颗粒，再通过水凝胶微球吸附作用将药物颗粒吸附在微球内部，制得高效可控且能高效负载抗炎药物的水凝胶微球，操作简单，应用广泛。

Description

一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球及其制备方法，属于医用材料领域。
背景技术
在组织器官受损后，机体异常的调节反应如持续性炎症将导致病理性微环境，影响细胞功能，加剧组织损伤，阻碍组织修复进程。具有调控炎症组织微环境的材料可以消除部分炎症因子，同时可释放抗炎功能物质，从而改善炎症微环境并更有效地促进组织修复与再生。
向炎症局部组织注射抗炎剂，增加局部药物浓度，减少全身不良反应，是临床治疗中最具吸引力的方法之一。然而，大多数药物的递送效率不高，且在组织中的保留时间短。重复给药会严重削弱该药的功效，并增加不良事件，如出血、感染以及全身性副作用的发生率增加。目前抗炎剂大多为小分子药物溶液，在损伤部位药物浓度低，在体内代谢快，生物利用率低，治疗效果不佳。因此，高效的药物负载和递送载体十分重要。
常用的微凝胶制备方法有乳化法、凝聚法、沉淀聚合、喷雾干燥、研磨法等，得到具有不同尺寸、分散性和理化性质的微凝胶。微流体技术具有更好的粒径控制、更窄的粒径分布和更高的可重复性，在制备具有一定尺寸的单分散水凝胶微球方面具有显着优势。与大块水凝胶相比具有显著优势，如灵活的可注射性。这些水凝胶微球具有大的表面积与体积之比，可以改善营养物质的传递和细胞-细胞/与细胞-基质之间的接触。
本发明中，超支化聚赖氨酸富含氨基且具有正电荷，通过共价作用或静电作用与抗炎药物结合，形成复合纳米颗粒，通过物理吸附可以被转载到微凝胶中；通过与带有负电荷的聚合物水凝胶微球结合，极大地提高了载药量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球，所述微球中含有超支化聚赖氨酸与抗炎药物的复合体，其制备方法可以包括如下步骤：
1)配制0.1～2wt％超支化聚赖氨酸水溶液和1～2wt％抗炎药物水溶液，然后将两种溶液等体积混合到一起，搅拌均匀，37摄氏度反应12-24小时，通过共价作用或者静电作用制备成复合纳米颗粒溶液；
2)聚合物材料与甲基丙烯酸酐反应实现双键接枝；
3)通过膜乳化或者微流道并进行光引发交联制备水凝胶微球；
4)将冻干后的水凝胶微球浸入到含有复合纳米颗粒的溶液中；
5)离心三次，洗去未吸附的颗粒，得到高效负载抗炎药物的水凝胶微球。
步骤1)所述的抗炎药物可以为地塞米松磷酸钠、塞来昔布、双氯芬酸、乙酰水杨酸、盐酸多西环素中的至少一种。
步骤1)所述的共价作用为氨基与醛基或羧基的化学键合，催化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，用量为药物摩尔用量的1.5倍，溶液pH为6；静电作用为带正电的超支化聚赖氨酸与带负电的抗炎药物的相互作用；
步骤2)所述的水凝胶微球中聚合物材料可以为透明质酸、硫酸软骨素、海藻酸、磺化壳聚糖、羧甲基壳聚糖、纤维蛋白、明胶、胶原、角蛋白、琼脂糖、肝素、葡聚糖、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚多肽中的至少一种。
进一步的，所述步骤2)中，甲基丙烯酸酐接枝所用溶剂体积比为N,N-二甲基甲酰胺：水＝3:6，pH＝8～9，甲基丙烯酸酐反应浓度为0.5-1mmol/mL，聚合物浓度为0.01-0.1mmol/mL，反应温度为0摄氏度，反应时间为12-24小时。
进一步的，所述步骤3)中使用膜乳化制备10纳米-30微米的微球或者使用微流道制备30-100微米的微球。其中微流道水相控制流速10微升/小时～50微升/小时，油相控制流速为6000微升/小时～9000微升/小时。
进一步的，所述步骤3)中膜乳化或者微流道水相使用水，油相使用石蜡油，表面活性剂为司班80，表面活性剂浓度为5％-15％(表面活性剂体积：石蜡油体积)。
进一步的，所述步骤3)中制备的微球材料浓度可以为1～20wt％，光引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂浓度为0.5-1wt％，光引发功率为20瓦，引发时间为20～30分钟。
进一步的，所述步骤4)中冻干的水凝胶微球浸入到复合纳米颗粒中12-24小时，复合纳米颗粒浓度为1～20wt％。
进一步的，所述步骤5)中离心转速为5000rpm，时间为10min。
本发明的有益效果在于：
本发明通过共价交联或者静电作用先制备超支化聚赖氨酸载药纳米颗粒，再通过物理包埋或静电作用将纳米颗粒吸附到水凝胶微球中，可以明显提高抗炎药物的载药量，且具有一定的控制释放作用。微球具有良好保护作用且可以微创注入，为临床应用提供良好基础，本发明的操作简单易行，利于规模化生产。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1为本发明制备的一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球外观图；
图2为本发明制备的一种高效负载抗炎药物的水凝胶冻干微球外观图；
图3为本发明制备的一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球粒径分布图；
图4为本发明制备的一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球的药物负载性能。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明的技术方案，但这些实施例并不用于限制本发明。
实施例1
称取10g透明质酸(HA)置于三颈烧瓶中，加入300mL二甲基甲酰胺(DMF)和600mL超纯水后搅拌至HA完全溶解，将烧瓶置于冰水浴中，保持搅拌，向烧瓶中缓慢滴加80mL甲基丙烯酸酐(MA)，每次滴加2mL MA后用5M氢氧化钠(NaOH)调节溶液pH，使其保持8-9之间。反应在冰水浴中反应24小时。反应结束后将反应液倒入8L冰乙醇中沉降，收集沉淀，用超纯水重新溶解后，透析5天冻干得到甲基丙烯酸酐修饰的透明质酸(HAMA)。
将超支化聚赖氨酸和地塞米松磷酸钠分别配成0.5w％和1wt％水溶液，然后将两种溶液等体积混合到一起，搅拌均匀，通过静电作用制备成复合纳米颗粒溶液，37摄氏度反应12小时；完成后，10000rpm，10min离心洗涤三次，备用。
将HAMA配成1％的水溶液，加入0.5wt％光引发剂作为水相，配含有15％Span80的石蜡油溶液作为油相，用微流道制备100微米的微球，水相控制流速10微升/小时，油相控制流速为6000微升/小时。在功率为20瓦的紫外灯下，光照20min,使微凝胶充分固化。用正己烷、乙醇、水分别洗涤三遍。置于水中冻干。
将制得的复合纳米颗粒配制成2wt％的水溶液，取冻干微凝胶置于溶液中，浸泡24小时至溶胀平衡。用水离心洗涤三次。
图1是本实施例制得的水凝胶微球(微凝胶)的扫描电镜图；图2为冻干后的微凝胶扫描电镜图；图3为制得的复合纳米颗粒的粒径分布表；图4为包载药物的紫外吸收光谱，得出载药率为13.4％。
实施例2
称取10g透明质酸(HA)置于三颈烧瓶中，加入300mL二甲基甲酰胺(DMF)和600mL超纯水后搅拌至HA完全溶解，将烧瓶置于冰水浴中，保持搅拌，向烧瓶中缓慢滴加80mL甲基丙烯酸酐(MA)，每次滴加2mLMA后用5M氢氧化钠(NaOH)调节溶液pH，使其保持8-9之间。反应在冰水浴中反应24小时。反应结束后将反应液倒入8L冰乙醇中沉降，收集沉淀，用超纯水重新溶解后，透析5天冻干得到甲基丙烯酸酐修饰的透明质酸(HAMA)。
将超支化聚赖氨酸和地塞米松磷酸钠分别配成0.5w％和1wt％水溶液，然后将两种溶液等体积混合到一起，搅拌均匀，通过静电作用制备成复合纳米颗粒溶液，37摄氏度反应24小时；完成后，10000rpm、10min离心洗涤三次，备用。
将HAMA配成1.5％的水溶液，加入0.5wt％光引发剂作为水相，配含有10％Span80的石蜡油溶液作为油相，用微流道制备120微米的微球，水相控制流速10微升/小时，油相控制流速为6000微升/小时。在功率为20瓦的紫外灯下，光照30min，使微凝胶充分固化。用正己烷、乙醇、水分别洗涤三遍。置于水中冻干。
将制得的复合纳米颗粒配制成5wt％的水溶液，取冻干微凝胶置于溶液中，浸泡24小时至溶胀平衡。用水离心洗涤三次。所得药物包载率约为14.1％。
实施例3
称取10g海藻酸钠(SA)置于三颈烧瓶中，加入300mL二甲基甲酰胺(DMF)和600mL超纯水后搅拌至SA完全溶解，将烧瓶置于冰水浴中，保持搅拌，向烧瓶中缓慢滴加80mL甲基丙烯酸酐(MA)，每次滴加2mL MA后用5M氢氧化钠(NaOH)调节溶液pH，使其保持8-9之间。反应在冰水浴中反应24小时。反应结束后将反应液倒入8L冰乙醇中沉降，收集沉淀，用超纯水重新溶解后，透析5天冻干得到甲基丙烯酸酐修饰的海藻酸钠(SAMA)。
将超支化聚赖氨酸和地塞米松磷酸钠分别配成0.5w％和1wt％水溶液，然后将两种溶液等体积混合到一起，搅拌均匀，通过静电作用制备成复合纳米颗粒溶液，37摄氏度反应24小时；完成后，10000rpm、10min离心洗涤三次，备用。
将SAMA配成1％的水溶液，加入0.5wt％光引发剂作为水相，配含10％Span80的石蜡油溶液作为油相，用微流道制备120微米的微球，水相控制流速10微升/小时，油相控制流速为6000微升/小时。在功率为20瓦的紫外灯下，光照30min,使微凝胶充分固化。用正己烷、乙醇、水分别洗涤三遍。置于水中冻干。
将制得的复合纳米颗粒配制成2wt％的水溶液，取冻干微凝胶置于溶液中，浸泡24小时至溶胀平衡。用水离心洗涤三次。得到载药量为13.5％左右。
实施例4
称取10g海藻酸钠(SA)置于三颈烧瓶中，加入300mL二甲基甲酰胺(DMF)和600mL超纯水后搅拌至SA完全溶解，将烧瓶置于冰水浴中，保持搅拌，向烧瓶中缓慢滴加80mL甲基丙烯酸酐(MA)，每次滴加2mL MA后用5M氢氧化钠(NaOH)调节溶液pH，使其保持8-9之间。反应在冰水浴中反应24小时。反应结束后将反应液倒入8L冰乙醇中沉降，收集沉淀，用超纯水重新溶解后，透析5天冻干得到甲基丙烯酸酐修饰的海藻酸钠(SAMA)。
将超支化聚赖氨酸和双氯酚酸分别配成0.5w％和1wt％水溶液，然后将两种溶液等体积混合到一起，搅拌均匀，通过静电作用制备成复合纳米颗粒溶液，37摄氏度反应24小时；完成后，10000rpm、10min离心洗涤三次,备用。
将SAMA配成1％的水溶液，加入0.5wt％光引发剂作为水相，配含15％span80的石蜡油溶液作为油相，用微流道制备100微米的微球，水相控制流速10微升/小时，油相控制流速为6000微升/小时。在功率为20瓦的紫外灯下，光照30min，使微凝胶充分固化。用正己烷、乙醇、水分别洗涤三遍。置于水中冻干。
将之前制得的复合纳米颗粒配制成2wt％的水溶液，取冻干微凝胶置于溶液中，浸泡24小时至溶胀平衡。用水离心洗涤三次。得到载药量为13.1％左右。
实施例5
称取10g透明质酸(HA)置于三颈烧瓶中，加入300mL二甲基甲酰胺(DMF)和600mL超纯水后搅拌至HA完全溶解，将烧瓶置于冰水浴中，保持搅拌，向烧瓶中缓慢滴加80mL甲基丙烯酸酐(MA)，每次滴加2mL MA后用5M氢氧化钠(NaOH)调节溶液pH，使其保持8-9之间。反应在冰水浴中反应24小时。反应结束后将反应液倒入8L冰乙醇中沉降，收集沉淀，用超纯水重新溶解后，透析5天冻干得到甲基丙烯酸酐修饰的透明质酸(HAMA)。
将超支化聚赖氨酸和双氯芬酸分别配成0.5w％和1wt％水溶液，然后将两种溶液等体积混合到一起，搅拌均匀，加入催化剂EDC含量为0.78wt％,NHS含量为0.58wt％,调节pH为6，37摄氏度反应12小时制备成复合纳米颗粒溶液；完成后，10000rpm，10min离心洗涤三次，备用。
将HAMA配成1％的水溶液，加入0.5wt％光引发剂作为水相，配含有15％Span80的石蜡油溶液作为油相，用微流道制备100微米的微球，水相控制流速10微升/小时，油相控制流速为6000微升/小时。在功率为20瓦的紫外灯下，光照20min,使微凝胶充分固化。用正己烷、乙醇、水分别洗涤三遍。置于水中冻干。将制得的复合纳米颗粒配制成2wt％的水溶液，取冻干微凝胶置于溶液中，浸泡24小时至溶胀平衡。用水离心洗涤三次。
本发明的方案中先通过静电吸附作用吸附药物制备纳米复合颗粒，再将冻干水凝胶微球浸入纳米复合颗粒溶液中，通过类似海绵吸水且有静电吸附作用的方法将药物颗粒吸附在微球内部，制得微球，与其他载药体系相比，采用本发明方法可以大大提高载药量，如文献报道的采用传统方法用聚氨酯包载疏水地塞米松药物，药物负载能力为5.45％(doi：10.1016/j.cej.2020.128147)，载药量提高约为2.45倍。已报道的如聚乳酸-乙醇酸包载地塞米松，载药量仅为3-5％(doi：10.1080/10837450.2019.1673407)；聚己内酯包载多西环素载药量小于1％(doi:10.2147/IJN.S298297)。合成的三元共聚物分别包载塞来昔布、替诺昔康、地塞米松，所能达到的最高载药率仅在7.8％左右(doi：10.3390/pharmaceutics13020290)。

Claims (10)

1.一种高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，所述的水凝胶微球中负载有超支化聚赖氨酸和抗炎药物的复合体。
2.根据权利要求1所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，采用如下制备方法制得：将0.1～2wt％超支化聚赖氨酸水溶液和1～2wt％抗炎药物水溶液等体积混合，搅拌均匀，通过共价作用或者静电作用制备成复合纳米颗粒溶液，37摄氏度反应12-24小时；通过甲基丙烯酸酐将聚合物材料双键化后，通过膜乳化或者微流道并进行光引发交联制备水凝胶微球；将冻干后的水凝胶微球浸入到所述复合纳米颗粒溶液中；离心并洗去未吸附的颗粒，制得高效负载抗炎药物的水凝胶微球。
3.根据权利要求2所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，所述的共价作用具体为氨基与醛基或羧基的化学键合，催化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，用量为药物摩尔用量的1.5倍，溶液pH为6；静电作用为带正电的超支化聚赖氨酸与带负电的抗炎药物的相互作用。
4.根据权利要求2所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，所述的聚合物材料为透明质酸、硫酸软骨素、海藻酸、磺化壳聚糖、羧甲基壳聚糖、纤维蛋白、明胶、胶原、角蛋白、琼脂糖、肝素、葡聚糖、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚多肽中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，所述的抗炎药物为地塞米松磷酸钠、塞来昔布、双氯芬酸、乙酰水杨酸、盐酸多西环素中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，甲基丙烯酸酐进行双键接枝所用溶剂为体积比3:6的N,N-二甲基甲酰胺与水的混合液，pH＝8～9，甲基丙烯酸酐浓度为0.5-1毫摩尔/毫升，聚合物材料浓度为0.01-0.1毫摩尔/毫升，反应温度为0摄氏度，反应时间为12-24小时。
7.根据权利要求2所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，使用膜乳化方法制备10纳米-30微米的微球或者使用微流道制备30-100微米的微球；其中微流控水相控制流速为10微升/小时～50微升/小时，油相控制流速为6000微升/小时～9000微升/小时。
8.根据权利要求2所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，膜乳化或者微流道水相使用水，油相使用石蜡油，表面活性剂为司班80，表面活性剂浓度为5％-15％(表面活性剂体积：石蜡油体积)。
9.根据权利要求2所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂，光引发剂的浓度为0.5-1wt％，光引发功率为20瓦，引发时间为20～30分钟。
10.根据权利要求2所述的高效负载抗炎药物的水凝胶微球，其特征在于，冻干的水凝胶微球浸入到复合纳米颗粒溶液中12-24小时，复合纳米颗粒溶液浓度为1～20wt％。
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