CN115725088A

CN115725088A - 透明质酸-聚乙二醇医用水凝胶

Info

Publication number: CN115725088A
Application number: CN202111020314.4A
Authority: CN
Inventors: 胡怡晨; 潘震
Original assignee: Shanghai Ruining Biotechnology Co ltd
Current assignee: Shanghai Ruining Biotechnology Co ltd
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本发明公开了一种透明质酸‑聚乙二醇水凝胶，通过将透明质酸、聚乙二醇衍生物及其交联剂制备透明质酸‑聚乙二醇双网络水凝胶，显著提高了透明质酸的稳定性和力学性能，可作为组织填充剂、组织粘连防止剂、组织工程支架、封合剂或栓塞剂用于临床。

Description

透明质酸-聚乙二醇医用水凝胶

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种透明质酸-聚乙二醇医用水凝胶，可作为组织填充剂、组织粘连防止剂、组织工程支架、封合剂或栓塞剂广泛用于临床。

背景技术

透明质酸是构成人体细胞间质、眼玻璃体、关节滑液等结缔组织的主要成分，在体内发挥保水、维持细胞外空间、调节渗透压、润滑、促进细胞修复的重要生理功能。在较高浓度时，由于其分子间作用形成的复杂的三级网状结构，其水溶液又具有显著的粘弹性。透明质酸作为细胞间基质的主要成分，直接参与细胞内外电解质交流的调控，发挥物理和分子信息的过滤器作用。透明质酸具有独特理化性质和生理功能，在医学方面已得到广泛应用。现有透明质酸可以直接注射到体内作为软组织填充或者关节润滑剂等，也可以通过小分子交联剂交联(Langmuir,2004,20,5153-5156)后注射到体内。然而透明质酸和交联后的透明质酸在体内容易发生酶解，稳定性较低，通常需要多次注射。另外，透明质酸凝胶的力学性能较低，无法用于包括软骨在内的较硬组织的填充。

聚乙二醇是一类水溶性合成高分子，在生物医学领域具有巨大的应用价值。这得益于其独特的几个优点，包括生物相容性好、易于化学修饰和性能可控性好等。中国专利文献CN109646723A公开了一种医用水凝胶，采用醛基封端的多臂聚乙二醇与聚乙烯亚胺和聚赖氨酸的混合物形成凝胶。聚乙二醇水凝胶具有较好的力学强度，同时由于采用原位成胶方式，水凝胶可以很方便的通过双联注射器注射到体内。PEG水凝胶原位成胶的方式相比预成胶的方式具有以下优点：1.原位成胶形成的水凝胶的生物相容性更好；2.原位成胶的水凝胶的前驱体是液态，可以均匀分布在目标周围；3.原位成胶的方式不会在体内引入异物感。

发明内容

本发明针对现有技术透明质酸凝胶存在的缺点，提供了一种透明质酸-聚乙二醇医用水凝胶，具有良好的稳定性和力学性能，可以作为组织填充剂、组织粘连防止剂、组织工程支架、封合剂或栓塞剂用于临床。。

本发明具体技术方案如下：

一种透明质酸-聚乙二醇水凝胶，将透明质酸与醛基封端的星形多臂聚乙二醇混合后与聚乙烯亚胺和聚赖氨酸原位交联而成。透明质酸嵌合于聚乙二醇与聚乙烯亚胺和聚赖氨酸原位交联形成的三维网络中。

优选的，透明质酸与醛基封端的星形多臂聚乙二醇混合溶液中透明质酸的浓度为0.5％～5％(w/v)，透明质酸分子量为50000～2500000Da，醛基封端的星形多臂聚乙二醇的浓度为2-30％。

更优选的，透明质酸与醛基封端的星形多臂聚乙二醇混合溶液中透明质酸的浓度为1％～5％(w/v)，透明质酸分子量为50000～2500000Da，醛基封端的星形多臂聚乙二醇的浓度为15-30％。

所述醛基与星形多臂聚乙二醇之间以酯键、醚键、酰胺键、氨酯键、亚胺键或脲键化学键连接，优选以酰胺键、酯键或者醚键连接。

优选的，所述星形多臂聚乙二醇的臂数为2-8，更优选4-8，单臂分子量1000-5000Da。

优选的，所述醛基封端的星形多臂聚乙二醇的醛基与聚赖氨酸和聚乙烯亚胺中的氨基的摩尔比为1：0.2～5：0.2～5。

所述醛基优选芳香醛基、烷基醛基中的一种或几种。

本发明另一目的在于提供本发明所述的水凝胶在制备组织填充剂、组织粘连防止剂、组织工程支架、封合剂或栓塞剂中的应用。可作为临时组织填充物或者永久植入物应用于临床。

本发明另一目的在于提供本发明所述的水凝胶的制备方法，将醛基封端的星形多臂聚乙二醇和透明质酸溶解在pH4-10缓冲液中，配制醛基封端的星形多臂聚乙二醇-透明质酸溶液，透明质酸的浓度为0.5％～5％，醛基封端的星形多臂聚乙二醇浓度为2-30％；将聚乙烯亚胺和聚赖氨酸溶解在pH4-10缓冲液中，聚乙烯亚胺和聚赖氨酸浓度为0.5-20％，配置溶液；将两者混合得到透明质酸-聚乙二醇水凝胶。

本发明在具体应用时先制备成双组份水凝胶，所述第一组分为透明质酸和醛基封端的星形多臂聚乙二醇，优选为8臂、6臂和4臂聚乙二醇(单臂分子量1000-5000Da)，醛基为芳香醛、烷基醛中的一种或几种，优选为苯醛基。醛基与聚合物之间可以以稳定或可水解的化学键连接。第二组分为包括聚赖氨酸(包括ε-聚赖氨酸和多聚赖氨酸)和聚乙烯亚胺的混合组分。

可将水凝胶两组分分别存储在双管注射器中，使用时两个组分经混合头喷出或者注射到指定部位形成凝胶。

本发明利用多臂聚乙二醇端部的醛基和多氨基化合物的氨基反应生成schiff碱从而产生交联，形成医用可注射凝胶。

本发明优点：

通过将透明质酸、聚乙二醇衍生物及其交联剂制备了透明质酸-聚乙二醇双网络水凝胶，显著提高了透明质酸的稳定性和力学性能。可进一步通过调节聚乙二醇和透明质酸的含量或者选择不同分子量的聚乙二醇和透明质酸，以及调节醛基封端的星形多臂聚乙二醇的醛基与聚赖氨酸和聚乙烯亚胺中的氨基的摩尔比调节体系的成胶时间、降解时间、力学性能和溶胀率以适应不同的临床需要。还可以通过调节透明质酸的浓度调节水凝胶前驱液粘度，以保证前驱体溶液不从目标组织泄露。

具体实施方式

以下通过实施例说明本发明的具体步骤，但不受实施例限制。

在本发明中使用的术语，除非另有说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。

下面结合具体实施例并参照数据进一步详细描述本发明，应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。

实施例1透明质酸-聚乙二醇水凝胶的制备

将3g的8臂苯醛基封端聚乙二醇溶解在浓度20mL的0.02M磷酸缓冲液(pH5.6)溶液中，作为A溶液；配置含聚赖氨酸(聚乙二醇的醛基与聚赖氨酸的氨基摩尔比1:1)和聚乙烯亚胺(M.W.1.8KDa)(聚乙二醇的醛基与聚乙烯亚胺的氨基摩尔比1:1)的磷酸盐缓冲液(pH8.9)溶液，作为B溶液。另分别将0.2g高分子量透明质酸(分子量180万)溶解到A溶液或者B溶液中，通过双联注射器混合A/B两种溶液，观察凝胶形成情况，结果如表1所示。

表1

实验结果表明，把透明质酸溶解在聚乙二醇溶液中，与交联剂溶液混合后可以在短时间内形成凝胶；而把透明质酸溶解在交联剂溶液B液中会形成白色沉淀，无法形成凝胶。相比于不含透明质酸的聚乙二醇水凝胶，透明质酸的加入会使成胶速度变慢。

实施例2

将3g的8臂苯醛基封端聚乙二醇和0.2g高分子量透明质酸(分子量180万Da)溶解在浓度20mL的0.02M磷酸缓冲液(pH5.6)溶液中，作为A溶液；配置含聚赖氨酸(聚乙二醇的醛基与聚赖氨酸的氨基摩尔比1:1)和聚乙烯亚胺(M.W.1.8KDa)(聚乙二醇的醛基与聚乙烯亚胺的氨基摩尔比1:1)的磷酸盐缓冲液(pH8.9)溶液，作为B溶液。通过双联注射器混合A/B两种溶液，形成凝胶。

另制备不含聚乙二醇的透明质酸凝胶：将0.2g高分子量透明质酸(分子量180万Da)溶解在浓度20mL的0.02M磷酸缓冲液溶液中。

将水凝胶至于10倍体积PBS中，在37度下测试水凝胶的稳定性，即水凝胶在体外完全降解需要的时间。结果如表2所示。

表2

以上实验结果证实，单一透明质酸溶液稳定性较差，24小时以内完全降解，未发现残余透明质酸凝胶。透明质酸与聚乙二醇形成的复合凝胶具有明显更高的稳定性，可通过调节聚乙二醇分子量或者醛基与聚乙二醇间连接键，调控凝胶的降解时间，以满足临床不同需求。适用于临时组织填充或者永久植入物。

实施例3透明质酸-聚乙二醇水凝胶的力学性能调控

将8臂苯醛基封端聚乙二醇和高分子量透明质酸(分子量180万Da)溶解在浓度20mL的0.02M磷酸缓冲液(pH5.6)溶液中，作为A溶液；配置含聚赖氨酸和聚乙烯亚胺的磷酸盐缓冲液(pH8.9)溶液，作为B溶液。通过双联注射器混合A/B两种溶液，得到相应的水凝胶。测定水凝胶的压缩模量，结果如表3所示。

表3

实验结果表明，透明质酸-聚乙二醇水凝胶具有较高的压缩模量。通过调控聚乙二醇的分子量、浓度以及聚乙二醇和交联剂比例等可以方便的调节水凝胶的力学强度；跟聚乙二醇水凝胶相比，透明质酸的加入会降低水凝胶的压缩模量，可能的原因是透明质酸会干扰聚乙二醇水凝胶网络的形成。人体内大部分组织的弹性模量在几千帕到几百千帕之间，与透明质酸-聚乙二醇水凝胶的模量匹配度较好。

实施例4透明质酸聚乙二醇水凝胶的溶胀率调控

将一定质量的酯键连接的8臂苯醛基封端聚乙二醇和0.2g高分子量透明质酸(分子量180万)溶解在浓度20mL的0.02M磷酸缓冲液(pH5.6)溶液中，作为A溶液；配置含聚赖氨酸(聚乙二醇的醛基与聚赖氨酸的氨基摩尔比1:1)和聚乙烯亚胺(M.W.1.8KDa)(聚乙二醇的醛基与聚乙烯亚胺的氨基摩尔比1:1)的磷酸盐缓冲液(pH8.9)溶液，作为B溶液。通过双联注射器混合A/B两种溶液，得到相应的水凝胶。测量水凝胶在37度下24小时后的溶胀率。结果如表4所示。

表4

实验结果表明，透明质酸聚乙二醇水凝胶的溶胀率可以通过聚乙二醇的分子量和浓度调节，聚乙二醇的分子量越高、浓度越高，相应的溶胀率越高。跟不包含透明质酸的聚乙二醇水凝胶相比，透明质酸的加入会提高水凝胶的溶胀率。

实施例5透明质酸-聚乙二醇水凝胶预聚物溶液粘度调控

原位注射水凝胶要求水凝胶预聚物溶液能够在凝胶化之前留存在目标位置，从而控制水凝胶的物理形状，并避免凝胶泄露至其他部位。本实施例将一定质量的酯键连接的8臂苯醛基封端聚乙二醇和透明质酸溶解在浓度20mL的0.02M磷酸缓冲液(pH5.6)溶液中，使用粘度计测量溶液的粘度。结果如表5所示。

表5

结果表明，跟聚乙二醇溶液相比，加入透明质酸使溶液的粘度显著提高。透明质酸的分子量越高、浓度越高，相应的粘度也越高。

Claims

1.一种透明质酸-聚乙二醇水凝胶，其特征在于将透明质酸与醛基封端的星形多臂聚乙二醇混合后与聚乙烯亚胺和聚赖氨酸原位交联而成。

2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于透明质酸与醛基封端的星形多臂聚乙二醇混合溶液中透明质酸的浓度为0.5％～5％(w/v)，透明质酸分子量为50000～2500000Da，醛基封端的星形多臂聚乙二醇的浓度为2-30％。

3.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于所述醛基与星形多臂聚乙二醇之间以酯键、醚键、酰胺键、氨酯键、亚胺键或脲键化学键连接。

4.根据权利要求3所述的水凝胶，其特征在于所述醛基与星形多臂聚乙二醇之间以酰胺键、酯键或者醚键连接。

5.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于星形多臂聚乙二醇的臂数为2-8，单臂分子量1000-5000Da。

6.根据权利要求5所述的水凝胶，其特征在于所述星形多臂聚乙二醇的臂数为4-8。

7.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于所述醛基封端的星形多臂聚乙二醇的醛基与聚赖氨酸和聚乙烯亚胺中的氨基的摩尔比为1：0.2～5：0.2～5。

8.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于所述醛基选自芳香醛基、烷基醛基中的一种或几种。

9.根据权利要求1-8所述的水凝胶组织在制备组织填充剂、组织粘连防止剂、组织工程支架、封合剂或栓塞剂中的应用。

10.根据权利要求1-8任一项所述的水凝胶的制备方法，其特征在于将醛基封端的星形多臂聚乙二醇和透明质酸溶解在pH4-10缓冲液中，配制醛基封端的星形多臂聚乙二醇-透明质酸溶液，透明质酸的浓度为0.5％～5％，醛基封端的星形多臂聚乙二醇浓度为2-30％；将聚乙烯亚胺和聚赖氨酸溶解在pH4-10缓冲液中，聚乙烯亚胺和聚赖氨酸浓度为0.5-20％，配置溶液；将两者混合得到透明质酸-聚乙二醇水凝胶。