CN115770322A

CN115770322A - 一种免疫调节水凝胶及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115770322A
Application number: CN202211509162.9A
Authority: CN
Inventors: 张慧杰; 陈敬华; 周杰; 陈红倩; 黄红慧
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-03-10

Abstract

本发明公开了一种免疫调节水凝胶及其制备方法和应用，属于生物医用材料技术领域。本发明方法将胶原和壳聚糖分别溶于醋酸溶液中，混匀，调节pH至中性，相应得到胶原溶液、壳聚糖溶液；将所得胶原溶液、壳聚糖溶液混合，充分混匀，得到胶原‑壳聚糖溶液；然后将CpG ODN与胶原‑壳聚糖溶液混合获得凝胶前体；再用过硫酸铵和多巴胺对凝胶前体进行交联，获得免疫调节水凝胶。本发明所制得的水凝胶不仅可以持续缓慢地释放CpG ODN，而且具有优异的自愈合以及溶胀性能，可吸收多余组织液，为伤口修复提供湿润环境，并且具有较长的缓释时长，从而达到更好的促进伤口愈合的效果。

Description

一种免疫调节水凝胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种免疫调节水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

为了应对伤口难以愈合带来的挑战，通过调节免疫系统来促进人体伤口自然愈合过程已经成为一个热门的研究领域。伤口愈合的过程有大量的炎症介质、免疫细胞、细胞外基质(ECM)参与，激活先天性免疫系统可能有助于创面的愈合。

医用敷料主要功能是覆盖保护破损皮肤，提供有助于伤口愈合的环境。传统的医用敷料，如脱脂棉纱布、纱布条、棉球和棉膜等，临床上用于保护伤口，具备物理隔离功能，但必须定期更换，频繁切除可能会造成更多的组织损伤。此外，它们通常不含有免疫刺激成分。

发明内容

水凝胶是具有生物降解性和优异生物相容性以及亲水和环境友好的三维聚合物，水凝胶具有许多优异的特性，例如对生物组织无刺激、无反应性，仿生的3D结构，与天然组织相似的弹性，能够提供一个湿润环境并吸收伤口渗出液，能够进行气体交换以防止厌氧细菌的生长，并作为屏障防止细菌感染，能够改善上皮的形成并促进细胞向伤口迁移。

本发明首次将CpG ODN结合应用到水凝胶中，所得的水凝胶可以持续缓慢地释放CpG ODN，除此以外，本发明的水凝胶还具有良好的自愈合性能和溶胀性能，具有成为优异伤口敷料的潜力。

本发明的目的在于提供一种免疫调节水凝胶及其制备方法。本发明的水凝胶可以持续缓慢地释放CpG ODN，良好的自愈合性能和溶胀性能，可吸收多余组织液，给伤口提供湿润的修复环境，从而促进伤口愈合。

针对上述目的，本发明的技术方案为：

一种免疫调节水凝胶的制备方法，包括如下过程：

(1)分别将胶原和壳聚糖溶于醋酸溶液中，混匀，调节pH至中性，相应得到胶原溶液、壳聚糖溶液；

(2)将所得胶原溶液、壳聚糖溶液混合，充分混匀，得到胶原-壳聚糖溶液；然后在搅拌条件下将CpG ODN加入胶原-壳聚糖溶液中，混匀，倒入模具中，静置，加入交联剂，然后制得免疫调节水凝胶。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，所述胶原与壳聚糖的质量比为1:(1-5)；具体可选1:2.5。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，所述胶原溶液的浓度为2wt％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，所述壳聚糖溶液的浓度为2-10wt％；具体可选5wt％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，所述醋酸溶液的浓度为1wt％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，CpG ODN相对胶原-壳聚糖溶液的用量为30-120ug/mL。具体可选90ug/mL。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，交联剂为4％的多巴胺溶液和1％的过硫酸铵溶液。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，4％的多巴胺溶液和1％的过硫酸铵溶液的体积比为1:1。

在本发明的一种实施方式中，上述制备方法具体包括：

分别称取胶原和壳聚糖溶于醋酸溶液中，充分搅拌使其溶解，后用2.5M氢氧化钠溶液调pH至中性，得胶原溶液和壳聚糖溶液；在搅拌条件下，将壳聚糖溶液加到胶原溶液中，充分搅拌，得胶原-壳聚糖溶液；在机械搅拌的条件下，将CpG ODN加入胶原-壳聚糖溶液中，室温搅拌2h，离心除气泡，倒入模具中，静置，加入4wt％的多巴胺溶液和1wt％的过硫酸铵溶液交联4h，随后于去离子水中清洗三次得免疫调节水凝胶。

本发明利用上述方法提供一种免疫调节水凝胶。

本发明还提供将上述免疫调节水凝胶应用于制备医用敷料中。

本发明的有益效果在于：

本发明的方法简单，条件温和可控；所得水凝胶拥有三维孔隙结构，能够吸除伤口渗出液，同时提供湿润的修复环境。

本发明的水凝胶可以持续缓慢地释放CpG ODN，刺激伤口激活先天免疫反应进而促进伤口愈合，除此以外，本发明的水凝胶还具有快速、高效的自愈特性，可以延长其使用寿命。

附图说明

图1为实施例1中制备的免疫调节水凝胶示意图。

图2为实施例1-3制得的水凝胶进行CpG ODN体外释放实验的结果图。

图3为实施例1中制得的水凝胶的宏观自愈合行为。

图4为实施例1-3制得的水凝胶自愈合性能测试结果图；其中A、B分别为实施例1制得的水凝胶的应变振幅扫描测试图和交替应变扫描测试图；C、D分别为实施例2制得的水凝胶的应变振幅扫描测试图和交替应变扫描测试图；E、F分别为实施例3制得的水凝胶的应变振幅扫描测试图和交替应变扫描测试图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特殊说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1:

分别称取10mg胶原和25mg壳聚糖溶于500uL 1％的醋酸溶液中，充分搅拌使其溶解，后用2.5M氢氧化钠溶液调pH至中性，得胶原溶液(2wt％)和壳聚糖溶液(5wt％)。在搅拌条件下，将壳聚糖溶液加到胶原溶液中，充分搅拌，得胶原-壳聚糖溶液。在机械搅拌的条件下，将CpG ODN加入胶原-壳聚糖溶液中，添加量为30ug/mL，室温搅拌2h，离心除气泡，倒入模具中，静置，加入250uL 4wt％的多巴胺溶液和250uL 1wt％的过硫酸铵溶液交联4h，随后于去离子水中清洗三次得免疫调节水凝胶。

实施例2:

分别称取10mg胶原和25mg壳聚糖溶于500uL 1％的醋酸溶液中，充分搅拌使其溶解，后用2.5M氢氧化钠溶液调pH至中性，得胶原溶液(2wt％)和壳聚糖溶液(5wt％)。在搅拌条件下，将壳聚糖溶液加到胶原溶液中，充分搅拌，得胶原-壳聚糖溶液。在机械搅拌的条件下，将CpG ODN加入胶原-壳聚糖溶液中，添加量为60ug/mL，室温搅拌2h，离心除气泡，倒入模具中，静置，加入250uL 4wt％的多巴胺溶液和250uL 1wt％的过硫酸铵溶液交联4h，随后于去离子水中清洗三次得免疫调节水凝胶。

实施例3:

分别称取10mg胶原和25mg壳聚糖溶于500uL 1％的醋酸溶液中，充分搅拌使其溶解，后用2.5M氢氧化钠溶液调pH至中性，得胶原溶液(2wt％)和壳聚糖溶液(5wt％)。在搅拌条件下，将壳聚糖溶液加到胶原溶液中，充分搅拌，得胶原-壳聚糖溶液。在机械搅拌的条件下，将CpG ODN加入胶原-壳聚糖溶液中，添加量为90ug/mL，室温搅拌2h，离心除气泡，倒入模具中，静置，加入250uL 4wt％的多巴胺溶液和250uL 1wt％的过硫酸铵溶液交联4h，随后于去离子水中清洗三次得免疫调节水凝胶。

实施例4：

参照实施例3仅将CpG ODN的添加量分别改变120ug/mL，其他不变，制得相应的水凝胶。

实施例5：

参照实施例3仅将壳聚糖的用量分别改变10mg(壳聚糖溶液浓度为2wt％)，其他不变，制得相应的水凝胶。

实施例6：

参照实施例3仅将壳聚糖的用量分别改变50mg(壳聚糖溶液浓度为10wt％)，其他不变，制得相应的水凝胶。

实施例7:

将实施例1、2、3、4、5、6中制备得到的免疫调节水凝胶分别命名为hydrogel 1、hydrogel2、hydrogel 3、hydrogel 4、hydrogel 5、hydrogel 6，并进行溶胀性能测试。

实验方法：

称取5mg左右的干燥凝胶样品，记录凝胶质量(W₀)将其浸泡在PBS缓冲液(pH 7.4)中，2h后取出，用吸水纸吸干凝胶表面的水分后称重，得凝胶的湿重W_t，溶胀率(SR)按下式计算:SR(％)＝(W_t-W₀)/W₀×100％。

实验结果：

免疫调节水凝胶溶胀性能测试见表1。

表1实施例1-6所得水凝胶的凝胶溶胀性能结果

水凝胶	溶胀率
		实施例1	528.4
实施例2	598.9
		实施例3	910.2
实施例4	700.1
		实施例5	510.6
实施例6	600.3

结果表面，所有凝胶都可以急剧溶胀，作为伤口敷料，可快速吸收组织渗出液，避免伤口进一步感染，同时为维持伤口环境湿润。

实施例8:

观察水凝胶的宏观自愈合行为：

图3为实施例1中制得的水凝胶的宏观自愈合照片，水凝胶剪成两端后能够自行愈合，形成完整的水凝胶，并且使用镊子夹取其中一部分，不发生掉落，说明成功自愈合。

同样的，实施例2-3所得的水凝胶具有类似的自愈合效果。

实施例9:

将实施例1、2、3、4、5、6中制备得到的免疫调节水凝胶分别命名为hydrogel 1、hydrogel 2、hydrogel 3、hydrogel 4、hydrogel 5、hydrogel 6，并进行CpG ODN的体外释放实验。

实验方法:

取4ml PBS(pH 7.4)于试管中，取500uL水凝胶加入试管中，然后将试管放在摇床(37℃，100rpm)里。于选定的时间点取样，使用Nanodrop测定溶液中CpG ODN的浓度。

实验结果：

体外释放实验的结果如表2所示：

表2

水凝胶	最高释放量(％)	最大释放时长
			实施例1	50	48h
实施例2	54	48h
			实施例3	75	72h
实施例4	65	72h
			实施例5	45	48h
实施例6	60	72h

免疫调节水凝胶的CpG ODN的体外释放实验的结果见图2。结果表明，实施例3在相同时间内释放的CpG ODN最多，同时它的最大释放时间也达到了72h，有利于激活伤口的先天免疫反应进而促进伤口愈合。

实施例10:

将实施例1、2、3、4、5、6中制备得到的免疫调节水凝胶分别命名为hydrogel 1、hydrogel 2、hydrogel 3、hydrogel 4、hydrogel 5、hydrogel 6，并进行流变学性能测试。

实验方法：

使用流变仪，在25℃固定角频率(10rad·s^-1)下对水凝胶进行应变幅扫描测试(应变γ＝0.1-1500％)；在25℃固定角频率(10rad·s^-1)下，对水凝胶进行从小应变(γ＝1.0％)到大应变(γ＝1500％)的交替阶跃应变扫描试验，每个应变间隔60s，进行3个周期。

实验结果：

水凝胶交替应变扫描过程中的储能模量(G′)和损耗模量(G″)如表3所示。

表3

免疫调节水凝胶的流变学性能测试结果见图3。结果表明，对于实施例3来说，当应变为1052％时，储能模量(G′)曲线与损耗模量(G″)曲线相交，当应变增加时，G′值显著降低并且低于G″值，表明水凝胶网络塌陷。然后，采用交替阶跃应变扫描试验评估水凝胶的流变恢复行为。当水凝胶受到1500％应变时，G′值立即下降，但是，一旦应变恢复到1％，G′的值几乎恢复到初始值。水凝胶的破坏和恢复行为可以交替重复几个循环，这意味着水凝胶具有快速、高效的自愈特性。上述结果进一步表明，所制备的水凝胶具有快速的自修复效率。

Claims

1.一种免疫调节水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述胶原与壳聚糖的质量比为1:(1-5)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述胶原溶液的浓度为2wt％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述壳聚糖溶液的浓度为2-10wt％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述醋酸溶液的浓度为1wt％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，CpG ODN相对胶原-壳聚糖溶液的用量为30-120ug/mL。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，交联剂为4％的多巴胺溶液和1％的过硫酸铵溶液。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，4％的多巴胺溶液和1％的过硫酸铵溶液的体积比为1:1。

9.权利要求1-8任一项所述方法制备得到的一种免疫调节水凝胶。

10.权利要求9所述的免疫调节水凝胶在制备医用敷料中的应用。