CN115382004A - 骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用 - Google Patents

骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115382004A
CN115382004A CN202210763224.2A CN202210763224A CN115382004A CN 115382004 A CN115382004 A CN 115382004A CN 202210763224 A CN202210763224 A CN 202210763224A CN 115382004 A CN115382004 A CN 115382004A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polymer
hydrogel
bone tissue
tissue adhesive
precursor solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210763224.2A
Other languages
English (en)
Inventor
袁媛
刘昌胜
陈凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN202210763224.2A priority Critical patent/CN115382004A/zh
Publication of CN115382004A publication Critical patent/CN115382004A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/04—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices containing macromolecular materials
    • A61L24/046—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices containing macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/001—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/001—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L24/0031—Hydrogels or hydrocolloids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L24/00—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/02—Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices containing inorganic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/91—Polymers modified by chemical after-treatment
    • C08G63/914—Polymers modified by chemical after-treatment derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/916—Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24—Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • C08J3/246—Intercrosslinking of at least two polymers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/06—Flowable or injectable implant compositions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2367/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2367/02—Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2477/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2477/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32—Phosphorus-containing compounds
    • C08K2003/321—Phosphates
    • C08K2003/325—Calcium, strontium or barium phosphate

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用，所述的骨组织粘合水凝胶通过水凝胶前体溶液与缩合试剂混合经交联形成；其中，所述的水凝胶前体溶液包括第一聚合物、第二聚合物和纳米粒子；所述的第一聚合物为氨基化的聚乙二醇化聚癸二酸甘油酯；所述的第二聚合物的侧基包含羧基；所述的纳米粒子为原位沉积的磷酸钙纳米粒子。本发明的水凝胶具有优良的可注射性、可拉伸性及骨组织粘合性、成骨活性，能够促进牵张成骨过程中新骨的形成和钙化。

Description

骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用
技术领域
本发明涉及材料科学和临床医学领域，具体地，涉及一种具有优异拉伸性和骨组织粘合性的可注射水凝胶，可用于牵张成骨术并促进新骨形成及钙化。
背景技术
牵张成骨术被广泛应用于由骨感染或骨肿瘤造成的大段骨缺损，骨不连以及畸形矫正等临床领域中，其包括静置期、牵张期和巩固期三个过程。牵张成骨术目前仍存在新骨形成及钙化缓慢，新生骨薄弱，易导致再骨折及畸形，带架时间长，钉道感染关节僵硬等并发症多的缺点。因此，加速现有牵张成骨过程中的新骨形成及钙化，缩短带架时间在临床应用中具有重要意义。
水凝胶因其具有类天然细胞外基质的结构和性能被广泛应用于组织再生领域。其中，组织粘合水凝胶具有独特的组织粘合性，能够很好地粘附于被粘合组织表面，是牵张成骨术用生物材料的理想选择。此外，牵张成骨术是一个动态牵引过程，因此对水凝胶的拉伸性能和粘合性能都提出了更高的要求。
为了满足牵张成骨术的临床要求，开发一种具有优异拉伸性、骨组织粘合性以及能够促进新骨形成和钙化的水凝胶具有十分重大的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的就是提供一种能够用于牵张成骨术的可注射骨组织粘合水凝胶。
在本发明的第一方面，提供了一种骨组织粘合水凝胶，所述骨组织粘合水凝胶通过水凝胶前体溶液与缩合试剂混合、交联形成，其中，
所述的水凝胶前体溶液包含：第一聚合物、第二聚合物和纳米粒子；其中，所述的第一聚合物为氨基化的聚乙二醇化聚癸二酸甘油酯，其结构单元如式I所示：
Figure BDA0003721558960000011
a为1-20的正整数；b为5-60的正整数；
各X各自独立地为H或
Figure BDA0003721558960000026
且平均每结构单元中包含至少0.5个
Figure BDA0003721558960000027
所述的第二聚合物的侧链包含羧基；
所述的纳米粒子为磷酸钙纳米粒子。
本发明中，
Figure BDA0003721558960000028
是指氨基通过接枝的链结构连接到第一聚合物。
在另一优选例中，所述的第一聚合物具有如下的一个或多个特征：
(a)数均分子量为5000-100000Da，较佳地为8000-30000Da，更佳地为8000-15000Da；
(b)分子量分布系数为1.0～2.0，较佳地为1.0～1.5；
(c)在一个结构单元中，平均包含至少0.5个
Figure BDA0003721558960000029
较佳地包含至少1个
Figure BDA00037215589600000211
更佳地至少包含1.8个
Figure BDA00037215589600000210
在另一优选例中，所述的第一聚合物为氨基化的聚乙二醇化聚癸二酸甘油酯，其结构单元如式II所示：
Figure BDA0003721558960000021
a为1-20的正整数；b为5-60的正整数；
各Y各自独立地为H、-CO(CH2)tNH2、-CO(CH2)tCONHNH2或-CO(CH2)tNHC(＝NH)NH2，且平均每结构单元中包含0.5-2个-CO(CH2)tNH2、-CO(CH2)tCONHNH2或-CO(CH2)tNHC(＝NH)NH2，较佳地包含1～2个-CO(CH2)tNH2、-CO(CH2)tCONHNH2或-CO(CH2)tNHC(＝NH)NH2，更佳地包含1.8个-CO(CH2)tNH2、-CO(CH2)tCONHNH2或-CO(CH2)tNHC(＝NH)NH2；其中t为1、2、3、4、5或6。
在另一优选例中，各Y各自独立地为H、
Figure BDA0003721558960000022
Figure BDA0003721558960000023
且平均每结构单元中包含0.5-2个
Figure BDA0003721558960000024
Figure BDA0003721558960000025
较佳地包含1～2个
Figure BDA0003721558960000031
更佳地包含1.8个
Figure BDA0003721558960000032
在另一优选例中，所述的第二聚合物选自下组：γ-聚谷氨酸、聚天冬氨酸、透明质酸，或其组合。
在另一优选例中，所述的第二聚合物的数均分子量为100-1000kDa。
在另一优选例中，所述的第一聚合物与第二聚合物的质量比为1-10:1。
在另一优选例中，所述的第一聚合物与第二聚合物的质量比为1-5:1，更佳地为1-2:1。
在另一优选例中，所述的第一聚合物和第二聚合物通过酰胺键交联。
在另一优选例中，所述的纳米粒子是通过原位沉积的方式形成。
在另一优选例中，所述的第一聚合物、第二聚合物和纳米粒子均具有优良的生物安全性。
在另一优选例中，所述的纳米粒子是由钙盐和磷酸盐以第二聚合物的侧链中的羧基为成核位点，通过原位沉积形成的磷酸钙纳米粒子；其中，
所述的钙盐选自：硝酸钙四水合物(Ca(NO3)2·4H2O)、氯化钙(CaCl2)或其组合；
所述的磷酸盐选自：磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)，磷酸二氢铵(NH4H2PO4)，或其组合；
钙离子和磷酸根离子的摩尔量之比为1-2:1。
在另一优选例中，所述的纳米粒子由Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4以第二聚合物的侧链中的羧基为成核位点，通过原位沉积形成的磷酸钙纳米粒子。
在另一优选例中，所述纳米粒子的质量占第一聚合物和第二聚合物总质量的5％-35％。
在另一优选例中，纳米粒子占第一聚合物和第二聚合物总质量之比为5-35％，例如10％，20％，30％，优选为20％。
在另一优选例中，所述的水凝胶前体溶液的溶剂选自下组：超纯水、PBS溶液(pH＝7.2)，或其组合。
在另一优选例中，所述的水凝胶前体溶液的粘度为80-120mPa·s。
在另一优选例中，所述的缩合试剂包含1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)。
在另一优选例中，所述的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为0.5～2:1，优选0.8～1.2:1，更佳地为1:1。
在另一优选例中，所述的缩合试剂中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的浓度为0.4～0.7g/mL。
在另一优选例中，所述的第二聚合物的侧链中的羧基与缩合试剂中EDC的摩尔比为5～30:1，较佳为10～25:1，更佳的为15:1。
在另一优选例中，所述的缩合试剂的溶剂选自下组：超纯水、PBS缓冲溶液(pH＝7.2)。
在另一优选例中，所述的缩合试剂的粘度为0.6-0.8mPa·s。
在另一优选例中，所述的骨组织粘合水凝胶具有优异的拉伸性能和骨组织粘合性能。
在另一优选例中，所述的骨组织粘合水凝胶具有以下一个或多个特征：
(1)断裂伸长率达到300％-600％，更佳的为420％-600％。
(2)凝胶化时间为1-2min。
(3)能够原位注射至骨组织表面，快速固化并强力粘附于骨组织。
本发明的第二方面，提供第一方便所述的骨组织粘合水凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)提供水凝胶前体溶液：所述的水凝胶前体溶液包含第一聚合物、第二聚合物、纳米粒子；
(b)提供缩合试剂溶液：所述的缩合试剂包含1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)；
(c)将所述的水凝胶前体溶液与所述的缩合试剂混合，得到所述的骨组织粘合水凝胶，
其中水凝胶前体溶液的制备包括以下步骤：
(a1)将第一聚合物、第二聚合物溶解在溶剂中，得到第一聚合物和第二聚合物混合溶液；
(a2)将钙盐和磷酸盐按顺序分别加入到上述混合溶液中得到所述的水凝胶前体溶液。
在另一优选例中，所述的第一聚合物的制备方法包括如下步骤：
(a1)按照摩尔比1:2将癸二酸和四丁基氢氧化铵投入95％无水乙醇中，55℃搅拌30min，除去乙醇和水得到白色产物；
(b1)在氮气氛围下，将癸二酸、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)和步骤(a1)得到的产物以摩尔比为1:1:0.006的比例溶解至无水N,N-二甲基甲酰胺中，在100℃下搅拌反应72h；
(c1)透析纯化步骤(b)得到的混合物，得到纯化的聚乙二醇-聚癸二酸甘油酯；
(d1)在氮气氛围保护下，将步骤(c1)得到的聚乙二醇-聚癸二酸甘油酯(按羟基量算)、N-(叔丁氧羰基)氨基乙酸(BOC-glycine)、N,N'-二异丙基碳二亚胺(DIC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)以摩尔比为1:1.2:2:0.05的比例溶解至无水二氯甲烷中，室温搅拌反应24h；
(e1)将步骤(d1)得到的反应混合物抽滤，浓缩后用三氟乙酸脱除叔丁氧羰基，然后透析纯化后得到所述的第一聚合物。
在另一优选例中，所述的第二聚合物的侧链包含羧基。
在另一优选例中，所述的第二聚合物的数均分子量为100-1000kDa。
在另一优选例中，所述的第二聚合物选自下组：γ-聚谷氨酸、聚天冬氨酸、透明质酸，或其组合。
在另一优选例中，所述的第二聚合物是γ-聚谷氨酸。
在另一优选例中，所述的第一聚合物与第二聚合物的质量比为1-10:1。
在另一优选例中，所述的第一聚合物与第二聚合物的质量比为1-5:1，更佳地为1-2:1。
在另一优选例中，所述的纳米粒子为磷酸钙纳米粒子。
在另一优选例中，所述的纳米粒子以第二聚合物的侧羧基为成核位点，通过原位沉积的方式形成。
在另一优选例中，所述的纳米粒子是由硝酸钙四水合物(Ca(NO3)2·4H2O)，氯化钙(CaCl2)，或其组合与磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)，磷酸二氢铵(NH4H2PO4)，或其组合共混形成。更优的为Ca(NO3)2·4H2O和NH4)2HPO4共混形成。
在另一优选例中，所述纳米粒子中钙离子和磷酸根离子的摩尔量之比为1-2:1，最佳的为1.67:1。
在另一优选例中，按溶质(g)/溶剂(mL)质量体积百分比计，第一聚合物的浓度为10-40％；第二聚合物的浓度为5-15％。
在另一优选例中，纳米粒子占第一聚合物和第二聚合物总质量之比为5-35％，例如10％，20％，30％，优选为20％。
在另一优选例中，所述的水凝胶前体溶液的溶剂选自下组：超纯水、PBS溶液(pH＝7.2)，或其组合。
在另一优选例中，所述的水凝胶前体溶液的粘度为80-120mPa·s。
在另一优选例中，所述的缩合试剂包含1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)。
在另一优选例中，所述的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为0.5～2:1，优选0.8～1.2:1，更佳地为1:1。
在另一优选例中，所述的缩合试剂中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的浓度为0.4～0.7g/mL。
在另一优选例中，所述的第二聚合物的侧链中的羧基与缩合试剂中EDC的摩尔比为5～30:1，较佳为10～25:1，更佳的为15:1。
在另一优选例中，所述的缩合试剂的溶剂选自下组：超纯水、PBS缓冲溶液(pH＝7.2)。
在另一优选例中，所述的缩合试剂的粘度为0.6-0.8mPa·s。
在另一优选例中，所述的水凝胶前体溶液和偶联剂溶液的溶剂选自下组：水和/或PBS溶液。
在另一优选例中，所述的步骤(c)包括：将前体溶液和缩合试剂的混合物转移至注射器内，注射形成所述的水凝胶。
在另一优选例中，所述的步骤(a1)中的溶剂选自下组：水和/或PBS溶液。
本发明的第三方面，提供一种用于形成第一方便所述的骨组织粘合水凝胶的试剂盒，所述试剂盒包含：第一方便所述的水凝胶前体溶液和缩合试剂。
在另一优选例中，水凝胶前体溶液和缩合试剂混合后形成混合物，其中，所述混合物的初始粘度为80-120mPa·s，满足可注射要求。
在另一优选例中，所述的混合物注射至需要粘合的骨组织部位，原位交联，得到本发明第一方面所述的水凝胶。
在另一优选例中，所述的混合物的成胶时间在1-2分钟内。
本发明的第四方面，提供一种医用涂胶，所述的医用涂胶包括本发明第一方面所述的骨组织粘合水凝胶。
本发明的第五方面，提供一种医用材料，所述的医用材料包括本发明第一方面所述的骨组织粘合水凝胶。
在另一优选例中，所述的医用材料选自下组：医用骨组织粘合剂，医用粘合剂，医用骨修复材料。
本发明的第六方面，提供第一方面所述的骨组织粘合水凝胶的用途，用于制备牵张成骨术用医用材料。
在另一优选例中，所述的医用材料选自下组：医用骨组织粘合剂，医用粘合剂，医用骨修复材料。
本发明第一方面所述的骨组织粘合水凝胶的用途，用于制备一医用材料，所述的医用材料用于骨组织粘合，并应用于牵张成骨术，促进新骨形成钙化。
本发明还提供一种用于牵张成骨术的辅助治疗方法，所述方法使用本发明第一方面所述的水凝胶粘合截骨处并随牵张过程促进新骨形成和钙化。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1显示了氨基化的聚乙二醇化聚癸二酸甘油酯的核磁共振氢谱图(a)和傅里叶变化红外谱图(b)。
图2显示了所述骨组织粘合水凝胶的制备方法。
图3显示了水凝胶的时间扫描流变曲线图(a)和小瓶翻转成胶实物图(b)。
图4显示了水凝胶的拉伸应力-应变曲线图(a)和拉伸模量图(b)。
图5显示了水凝胶的骨组织粘合实物图。
图6显示了水凝胶的骨组织粘合曲线图。
图7显示了水凝胶的细胞安全性。p值是表示显著性差异水平的数值且其值小于0.05时表明两组数据具有显著性差异，其中*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001,****p<0.0001。
图8显示了水凝胶在牵张成骨术中的促骨再生效果。
具体实施方式
本发明人结合水凝胶特点和牵张成骨术的临床需求，经过广泛而深入的研究，针对现有临床牵张成骨术中新骨形成及钙化缓慢、带架周期长及并发症多等缺点，首次开发了一种可注射的纳米复合骨组织粘合水凝胶并用于牵张成骨术中。
具体地，本发明使用氨基化的聚乙二醇化聚癸二酸甘油酯(PEGS-NH2)作为主要基体材料，引入聚谷氨酸(γ-PGA)作为大分子交联剂。同时，将聚谷氨酸的侧羧基作为原位成核位点，加入Ca(NO3)2·4H2O和NH4)2HPO4，使其在聚谷氨酸的侧羧基原位沉积钙磷盐纳米粒子(ICPNs)。最后，在缩合试剂EDC/NHS的作用下，上述水凝胶前体溶液可注射至骨组织表面，快速固化并形成稳定的粘合作用。此外，所述的水凝胶还具有优异的拉伸性能和促进骨修复性能。在此基础上完成了本发明。
具体地，本发明的骨组织粘合水凝胶中的PEGS-NH2和γ-PGA可在缩合试剂的作用下形成内部的化学交联，同时可以和骨组织表面形成稳定的酰胺共价键从而粘附于骨组织。同时，原位引入磷酸钙纳米粒子使其均匀分布于聚合物网络中，进一步增强了其力学性能和骨传导性。此外，其具有良好的可注射性，可以注射至骨组织表面原位固化并形成强力粘附作用，以及优异的拉伸性能(断裂伸长率最高可达约600％)。因此，本发明的骨组织粘合水凝胶十分契合牵张成骨术对生物材料的要求，是一种具有临床应用前景的骨组织粘合水凝胶。
术语
除非另外定义，否则本文中所用的全部技术与科学术语均具有如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
如本文所用，术语“含有”或“包括(包含)”可以是开放式、半封闭式和封闭式的。换言之，所述术语也包括“基本上由…构成”、或“由…构成”。
如本文所用，术语“水凝胶前体溶液”指将形成水凝胶的组分(包括但不限于第一聚合物、第二聚合物和纳米粒子)溶解在特定的溶剂后形成的均一的分散液。
如本文所用，术语“缩合试剂”是指可使前体溶液中的组分进行交联，进而形成水凝胶的组分。
如本文所用，术语“分散系数”对长链高分子而言，是指重均分子量与数均分子量之比，D＝Mw/Mn，D≥1。由于高分子的多分散性，质量具有不均一性质，用分散系数表征高分子产物的质量分布，越接近1质量分布越均一。
如本文所用，术语“氨基化的聚乙二醇-聚癸二酸甘油酯”、“氨基化的PEGS”、“PEGS-NH2”可互换使用。
如本文所用，术语“γ-聚谷氨酸”、“γ-PGA”可互换使用。
如本文所用，术语“原位沉积纳米粒子”、“ICPNs”可互换使用。
如本文所用，术语“1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐”、“EDC”可互换使用。
如本文所用，术语“N-羟基琥珀酰亚胺”、“NHS”可互换使用。
如本文所用，术语“磷酸缓冲盐溶液”、“PBS”可互换使用。
如本文所用，术语“癸二酸二(四丁基氢氧化铵)酯”、“TBAS”可互换使用。
如本文所用，术语“聚乙二醇二缩水甘油醚”、“PEGDGE”可互换使用。
如本文所用，术语“N-(叔丁氧羰基)氨基乙酸”、“BOC-glycine”可互换使用。
如本文所用，术语“N,N'-二异丙基碳二亚胺”、“DIC”可互换使用。
如本文所用，术语“4-二甲氨基吡啶”、“DMAP”可互换使用。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
实施例1.骨组织粘合水凝胶的制备
实施例1.1 PEGS-NH2的合成及纯化
(a1)称取1.95g癸二酸(0.01mol)和20g(0.07mol)四丁基氢氧化铵(25wt％水溶液)加入到100mL的95％乙醇中，在55℃下搅拌反应30min，然后在40℃下旋蒸除去乙醇，最后冻干得到产物癸二酸二(四丁基氢氧化铵)酯(TBAS)；
(b1)在氮气氛围保护下称取20.23g癸二酸(0.1mol)，50.00g聚乙二醇二缩水甘油醚和0.41g步骤(a1)的产物TBAS，将上述原料共混溶解至180mL无水N,N-二甲基甲酰胺中，在100℃下搅拌反应72h；
(c1)透析纯化步骤(b1)的产物得到纯化的线性聚酯PEGS；
(d1)在氮气氛围保护下称取10.53g步骤(c1)得到的线性聚酯PEGS，6.31gN-(叔丁氧羰基)氨基乙酸，7.57g N,N'-二异丙基碳二亚胺(0.06mol)和0.18g 4-二甲氨基吡啶(0.001mol)，将上述原料共混溶解至150mL无水二氯甲烷中，在室温下搅拌反应24h；
(e1)将步骤(d1)得到的产物抽滤，浓缩后用三氟乙酸脱除叔丁氧羰基，然后用截留分子量为3500Da的透析袋透析纯化得到氨基化聚酯PEGS。
得到的氨基化聚酯PEGS呈淡黄色透明粘稠状，分子量为8000-18000Da，分子量分布系数为1.20-1.50，实际氨基接枝率为90-95％。核磁共振氢谱及傅里叶变换红外谱图如图2中a、b所示。
为进一步证明氨基化PEGS合成的多样性及可行性，本实验采用N-(叔丁氧羰基)氨基戊酸、酰肼乙酸和胍基乙酸分别取代上述方法中的N-(叔丁氧羰基)氨基乙酸，也成功对PEGS进行了氨基化修饰。
实施例1.2骨组织粘合水凝胶的制备
制备过程如图2所示，具体配方如下表1所示，组织粘合水凝胶的制备方法具体包括以下步骤：
(a)将PEGS-NH2和γ-PGA(γ-聚谷氨酸)溶解于超纯水中，搅拌均匀。
(b)将Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4按顺序分别加入到步骤(a)所得溶液中并搅拌均匀。
(c)在步骤(b)所得溶液中加入EDC(0.7g/mL)/NHS(0.4g/mL)水溶液，迅速搅拌均匀即可注射成胶。
表1 制备骨组织粘合水凝胶的原料配比
Figure BDA0003721558960000111
在缩合试剂EDC/NHS的作用下，PEGS-NH2和γ-PGA之间形成化学交联。本实施例通过调节无机磷酸钙占有机物的质量比(0-30％)，制备了四种具有不同磷酸钙纳米粒子含量的水凝胶。其中含量为0表示不含磷酸钙纳米粒子的水凝胶。
为进一步体现原位沉积磷酸钙技术的优势，本实验制备了直接共混水凝胶。具体方法为，将200mg PEGS-NH2和100mgγ-PGA(γ-聚谷氨酸)溶解于超纯水中，搅拌均匀，然后加入PEGS-NH2和γ-PGA总质量20％的磷酸钙，搅拌均匀后加入15μL EDC(0.7g/mL)/NHS(0.4g/mL)水溶液，制备得到直接共混水凝胶。结果表明，直接共混水凝胶具有宏观结构不均匀性，力学性能差，而采用原位沉积磷酸钙技术制备得到的水凝胶结构均一，具有优异的力学性能。
为了进一步证明γ-PGA的可变性，本实验将γ-PGA替换成为同样具有侧羧基的透明质酸，以同样配比制备了水凝胶，实验结果表明由透明质酸所制备得到水凝胶与γ-PGA所制备的水凝胶具有类似的理化性能规律。
实施例2.骨组织粘合水凝胶的流变学表征
为了评价用于制备骨组织粘合水凝胶的混合物的可注射性，本实施例采用旋转流变仪对水凝胶成胶过程中储存模量和损耗模量的变化以及成胶时间进行了考察。测试温度为37℃，频率固定为10Hz，应变固定为5％，测试时间为10min，记录数据得到水凝胶成胶过程中储存模量和损耗模量对时间的变化曲线，分析计算得到水凝胶的成胶时间。
结果如图3中a所示。图3中b为通过小瓶倒置法验证水凝胶成胶过程的实物图。结果表明，所有组别水凝胶的成胶时间在1-2min，具有较好的可注射性。
实施例3.骨组织粘合水凝胶的拉伸性能表征
为了评价组织粘合水凝胶的拉伸性能，本研究采用万能拉力试验机对水凝胶进行拉伸试验。拉伸速度固定为10mm min-1，记录数据并绘制拉伸曲线，分析评价水凝胶的断裂伸长率和拉伸模量。
结果如图4中a、b所示。从图4中的a可以看出，水凝胶的断裂伸长率可以达到300％-600％，说明水凝胶具有良好的拉伸性。从图4中的b可以看出，随着磷酸钙纳米粒子含量的提高，水凝胶的拉伸模量逐渐变大。
实施例4.骨组织粘合水凝胶的可注射性和对骨的粘合性
为了评价骨组织粘合水凝胶的可注射性和对骨的粘合性，本实施例以猪股骨为模型骨组织，将水凝胶前体溶液和缩合试剂混合物注射至骨组织表面，观察现象。
结果如图5所示。混合注射至水凝胶表面后快速固化，并产生即时和强力的粘附性。
实施例5.骨组织粘合水凝胶的骨粘合性能
为了评价骨组织粘合水凝胶的粘合性能，本实验以大鼠胫骨为模型骨组织，模拟体内牵张成骨过程，将水凝胶注射至截骨处，采用万能拉力试验机以1mmmin-1的拉伸速率进行粘合性能实验。
结果如图6所示。
水凝胶对骨组织具有较好的粘合性能，其中PEGS/20ICPN具有最佳的断裂伸长率，可拉伸至10mm，而PEGS/30ICPN则显示出最佳的粘合强度，断裂力约为2.8N。同时，实验结果表明所有组别水凝胶均可拉伸至5mm以上，均能满足牵张成骨的需求。
实施例6.骨组织粘合水凝胶的细胞相容性表征
为了评价骨组织粘合水凝胶的细胞相容性，本研究采用骨髓间充质干细胞(BMSCs)与水凝胶共培养的方式对其在1d、3d、5d的细胞毒性进行了考察。具体方案为，首先在48孔板底部原位制备水凝胶并灭菌，然后按照每孔5×104个细胞的密度接种在水凝胶表面，分别在1d、3d、5d采用CCK-8试剂盒评价细胞活力。
从图7可以看出，所有组别组织粘合水凝胶在与BMSCs细胞共培养的1d、3d、5d相对空白孔板对照(TCP)对细胞均没有明显毒性，其中每个时间点的柱状图从左至右分别表示TCP、PEGS、PEGS/10ICPN、PEGS/20ICPN、PEGS/30ICPN，说明本发明所述组织粘合水凝胶具有良好的细胞相容性。
实施例7.骨组织粘合水凝胶的促成骨性能表征
为了评价骨组织粘合水凝胶的促成骨性能表征，本实验选取PEGS和PEGS/20ICPN为材料组进行动物实验。以大鼠胫骨为动物模型，在实施截骨术后使用水凝胶涂覆一周，待成胶后缝合伤口，并于6周后采用微型计算机断层扫描技术(micro-CT)观测骨再生情况。
结果如图8所示，PEGS/20ICPN和PEGS作为材料组比空白对照组(截骨术后不施加任何材料或溶液)均展示更好的骨再生效果，其中，PEGS/20ICPN因含有适当的无机磷酸钙成分而展现最佳的成骨效果。
综上所述，本发明的骨组织粘合水凝胶具有合适的凝胶化时间、良好的可注射性、优异的拉伸性以及对骨组织的强粘合作用，且在牵张成骨过程中能够促进新骨形成和钙化。因此，本发明的水凝胶可用于牵张成骨术，促进骨再生，是一种具有临床应用前景的组织粘合材料。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种骨组织粘合水凝胶，其特征在于，所述骨组织粘合水凝胶通过水凝胶前体溶液与缩合试剂混合、交联形成，其中，
所述的水凝胶前体溶液包含：第一聚合物、第二聚合物和纳米粒子；其中，所述的第一聚合物为氨基化的聚乙二醇化聚癸二酸甘油酯，其结构单元如式I所示：
Figure FDA0003721558950000011
a为1-20的正整数；b为5-60的正整数；
各X各自独立地为H或
Figure FDA0003721558950000012
NH2，且平均每结构单元中包含至少0.5个
Figure FDA0003721558950000013
NH2；
所述的第二聚合物的侧链包含羧基；
所述的纳米粒子为磷酸钙纳米粒子。
2.如权利要求1所述的骨组织粘合水凝胶，其特征在于，所述的第一聚合物为氨基化的聚乙二醇化聚癸二酸甘油酯，其结构单元如式II所示：
Figure FDA0003721558950000014
a为1-20的正整数；b为5-60的正整数；
各Y各自独立地为H、-CO(CH2)tNH2、-CO(CH2)tCONHNH2或-CO(CH2)tNHC(＝NH)NH2，且平均每结构单元中包含0.5-2个-CO(CH2)tNH2、-CO(CH2)tCONHNH2或-CO(CH2)tNHC(＝NH)NH2，较佳地包含1～2个-CO(CH2)tNH2、-CO(CH2)tCONHNH2或-CO(CH2)tNHC(＝NH)NH2，更佳地包含1.8个-CO(CH2)tNH2、-CO(CH2)tCONHNH2或-CO(CH2)tNHC(＝NH)NH2；其中t为1、2、3、4、5或6。
3.如权利要求1所述的骨组织粘合水凝胶，其特征在于，所述的第二聚合物选自下组：γ-聚谷氨酸、聚天冬氨酸、透明质酸，或其组合。
4.如权利要求1所述的骨组织粘合水凝胶，其特征在于，所述的第一聚合物与第二聚合物的质量比为1-10:1。
5.如权利要求1所述的骨组织粘合水凝胶，其特征在于，所述的纳米粒子是由钙盐和磷酸盐以第二聚合物的侧链中的羧基为成核位点，通过原位沉积形成的磷酸钙纳米粒子；其中，
所述的钙盐选自：硝酸钙四水合物(Ca(NO3)2·4H2O)、氯化钙(CaCl2)或其组合；
所述的磷酸盐选自：磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)，磷酸二氢铵(NH4H2PO4)，或其组合；
钙离子和磷酸根离子的摩尔量之比为1-2:1。
6.如权利要求1所述的骨组织粘合水凝胶，其特征在于，所述纳米粒子的质量占第一聚合物和第二聚合物总质量的5％-35％。
7.如权利要求1所述的骨组织粘合水凝胶，其特征在于，所述的缩合试剂包含1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)。
8.如权利要求1所述的骨组织粘合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(a)提供水凝胶前体溶液：所述的水凝胶前体溶液包含第一聚合物、第二聚合物、纳米粒子；
(b)提供缩合试剂溶液：所述的缩合试剂包含1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)；
(c)将所述的水凝胶前体溶液与所述的缩合试剂混合，得到所述的骨组织粘合水凝胶，
其中水凝胶前体溶液的制备包括以下步骤：
(a1)将第一聚合物、第二聚合物溶解在溶剂中，得到第一聚合物和第二聚合物混合溶液；
(a2)将钙盐和磷酸盐按顺序分别加入到上述混合溶液中得到所述的水凝胶前体溶液。
9.一种用于形成权利要求1所述的骨组织粘合水凝胶的试剂盒，其特征在于，所述试剂盒包含：权利要求1所述的水凝胶前体溶液和缩合试剂。
10.如权利要求1中所述的骨组织粘合水凝胶的用途，其特征在于，用于制备牵张成骨术用医用材料。
CN202210763224.2A 2022-06-29 2022-06-29 骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用 Pending CN115382004A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210763224.2A CN115382004A (zh) 2022-06-29 2022-06-29 骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210763224.2A CN115382004A (zh) 2022-06-29 2022-06-29 骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115382004A true CN115382004A (zh) 2022-11-25

Family

ID=84115818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210763224.2A Pending CN115382004A (zh) 2022-06-29 2022-06-29 骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115382004A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115634308A (zh) * 2022-12-13 2023-01-24 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） 聚乙二醇生物粘合剂及其制备方法和应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115634308A (zh) * 2022-12-13 2023-01-24 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） 聚乙二醇生物粘合剂及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yan et al. Injectable in situ forming poly (l-glutamic acid) hydrogels for cartilage tissue engineering
US11384162B2 (en) Catechol group modified biomacromolecular scaffold material and preparation method thereof
CA2467049C (en) Composition and method to homogeneously modify or cross-link chitosan under neutral conditions
Huh et al. Biomineralized biomimetic organic/inorganic hybrid hydrogels based on hyaluronic acid and poloxamer
KR100674177B1 (ko) 교차 결합된 히알루론산과 그것의 의학적 용도
CN107281549B (zh) 与多糖交联的蛋白质的制备和/或制剂
Park et al. RGD-conjugated chitosan-pluronic hydrogels as a cell supported scaffold for articular cartilage regeneration
KR100737954B1 (ko) 조직재생을 위한 히알루론산-기초된 주사형 하이드로겔
EP2976112B1 (en) Improvements in and relating to collagen based materials
AU2016314146B2 (en) Bioactive polymer for bone regeneration
CN109161037A (zh) 一种水凝胶复合物、制备方法及应用
Jo et al. Synthesis of in situ chondroitin sulfate hydrogel through phosphine-mediated Michael type addition reaction
CN115382004A (zh) 骨组织粘合水凝胶、其制备方法及在牵张成骨术中的应用
CN109912791A (zh) 一种羧基化peg衍生物、基于该peg衍生物的水凝胶、及它们的制备方法和应用
Wei et al. Injectable poly (γ-glutamic acid)-based biodegradable hydrogels with tunable gelation rate and mechanical strength
Ma et al. Injectable hyaluronic acid/poly (γ-glutamic acid) hydrogel with step-by-step tunable properties for soft tissue engineering
Guan et al. Poly (propylene fumarate)-Based Adhesives with a Transformable Adhesion Force for Suture-Free Fixation of Soft Tissue Wounds
CN113929792A (zh) 一种醛基化修饰的透明质酸（钠）及其合成方法和应用
EP1609491B1 (en) Barrier membrane
CN113087934A (zh) 一种组织粘合水凝胶及其制备方法和应用
Osmond et al. Rapidly curing chitosan calcium phosphate composites as dental pulp capping agents
Sternberg et al. Development of a biodegradable tissue adhesive based on functionalized 1, 2‐ethylene glycol bis (dilactic acid). I.
WO2023065474A1 (zh) 基于磷酸钙的有机-无机复合生物活性材料及其制备方法
CN111053946B (zh) 一种基于多糖和超支化多肽的双组分组织粘合剂及其制备方法
CN112794998A (zh) 聚己内酯植入材料及其制备方法、纤维、补片及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication