CN115814153B - 一种水凝胶微球及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗器械领域技术领域，主要涉及一种水凝胶微球及其制备方法和应用，所述水凝胶微球以明胶和聚乙二醇丙烯酸酯衍生物为原料制成，所述水凝胶微球具备可长期存储的稳定性，且微球间的化学交联和粘结可以在使用前单独进行引发和进行控制，压缩模量最高可达100kPa。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域技术领域，主要涉及一种水凝胶微球及其制备方法和应用，具体涉及一种可光交联粘结的明胶-聚乙烯醇复合水凝胶微球及其制备和其作为生物修复三维支架的应用。
技术背景
水凝胶是具有亲水性大分子交联网络状结构的水溶胀体，具有与人体组织性能相似的物理性质，包括对水分子等具有优异的透过性、适宜的扩展性、良好的柔韧性等，因此与人体组织具有良好的生物相容性。这些特性使水凝胶可以用作伤口敷料、创面修复、药物释放载体、人造组织、组织工程等生物医学领域。不过对于创面修复、伤口修复、组织修复等复杂的生物医学应用，传统的水凝胶，例如壳聚糖、海藻酸盐，这些传统的水凝胶在使用便利性上具备一定的优势，但是传统水凝胶最大的材料缺陷是缺乏三维连通多孔结构，无法满足新生的细胞及组织的三维传导、生长和组装，从而无法形成具有完整功能的新生三维器官，只能形成简单功能的纤维组织；虽然在现有技术中，一些传统的水凝胶产品通过制备工艺的优化，能够获得高孔隙率，例如EFL-GM-PR系列的GelMA水凝胶，但是其本质还是通过造孔获得。
而水凝胶微球(也称水凝胶微粒)的成孔机制与传统水凝胶不同，水凝胶微球是直径约1～1000μm的水凝胶颗粒，由物理或化学方式交联的高分子网络组成，可以通过颗粒大小和堆积密度来调节水凝胶微粒之间的空隙大小，从而支持细胞的增殖和迁移，而且，水凝胶微粒较小的尺寸使得它们能够轻易地通过针头或导管被注入特定的部位，具有良好的可注射性，而高浓度的微粒之间的物理相互作用，则可保证其在注射后达到类似固体的黏稠度，其次，水凝胶微粒本质上是模块化的，因此可以轻易地将不同组分、大小的多种微凝胶混合在一起，以得到不同的特性。然而，大多数的水凝胶微球相互的物理粘结力强度较低，用作组织缺损修复支架，例如在修复软骨时，水凝胶微球支架的力学强度较低，容易造成微球从缺损处的脱离，不能给细胞提供稳定的增殖和生长的微环境。
为了提高水凝胶微球的力学性能，美国公开专利US2021/0403649提供了一种通过光交联粘结的明胶微球支架，以下简称甲基丙烯酰化明胶微球，具体地，含有丙烯酸酯基团的明胶微球在三维模具中紧密堆积后，可加入光交联引发剂并通过光引发反应，使得明胶微球内部及表面的丙烯酸酯基团互相反应连接，最终得到稳定粘结的三维多孔支架，其孔结构为微球之间的空隙结构。虽然该发明可以通过控制丙烯酸酯功能基团的密度以及光交联的时间来控制粘结强度，并且能够实现较好的力学性能，可以达到>50kPa的压缩模量，高于大多数的水凝胶微球粘结支架的力学性能，如透明质酸微球粘结支架只有1kPa左右的力学性能，不过该方案需要在微球成型后立刻在三维模具中堆积并光交联成三维支架，这是因为其制备的含有丙烯酸酯基团的明胶微球不能够单独稳定存储，没有化学交联的明胶微球不稳定，易溶解，且在临床的组织修复场景中，很多组织缺损是具有不规则形状的，预先成型的三维支架不能很好的贴合组织缺损，其次，上述水凝胶微球的稳定性较差，其粘结过程需要在微球从微流控设备制备出来之后即刻进行，并且需要使用超声振动对微球进行紧密排列堆积后才能进行光交联合成，这些问题都严重限制了该产品的实际临床应用。
因此，目前市场上急需一种可以稳定存储的水凝胶微球，能够在使用时直接通过注射填充到不规则的组织缺损中，并且能够在填充之后通过光交联或者其他交联引发方式使其粘结成具有可控力学性能的三维支架，从而促进再生组织更好的与原有组织的结合。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明结合了天然高分子和人工合成高分子的优势，合成了新型的可光交联粘结的明胶-聚乙二醇复合水凝胶微球，提供双重交联机制，能够将微球内部的交联与微球间的交联方式独立控制，使得微球能够先通过第一种交联方式预先交联，保证微球的长期稳定性，同时保留了未反应的第二种交联基团，微球间的化学交联和粘结可以在使用前单独进行引发和进行控制。通过双重交联机制，本发明制备的微球粘结支架力学性能可控范围大，压缩模量最高可>100kPa，具有非常广阔的组织工程的应用场景。
第一方面，本发明提供一种水凝胶微球，即明胶-聚乙二醇衍生物微球，所述水凝胶微球以明胶和聚乙二醇丙烯酸酯衍生物为原料制成，其中，所述明胶和所述聚乙二醇丙烯酸酯衍生物的质量比为(1-10):(1)，所述水凝胶微球的粒径的范围在10-1000μm；进一步优选的，所述水凝胶微球的粒径范围在100-450μm；
所述聚乙二醇丙烯酸酯衍生物为数均分子量Mn在700-100000Da范围内的聚乙二醇丙烯酸酯或聚乙二醇甲基丙烯酸酯；
所述明胶选自胶冻强度范围在100-300bloom的A型或B型明胶。
第二方面，本发明提供上述水凝胶微球的制备方法，通过如下步骤制备得到：
将明胶和聚乙二醇丙烯酸酯衍生物混合溶解于PBS缓冲液或清水作为水相混合溶液；其中，聚乙二醇丙烯酸酯衍生物的质量百分浓度为1-10wt％，明胶的质量百分浓度为10wt％-40wt％；
将所述水相混合溶液与含有乳化剂的油相混合、乳化形成微球；
加入醛类交联溶液对微球中的明胶进行化学交联、固液分离洗涤微球后将微球避光存储于生理盐水中；
优选的，所述乳化剂选自司盘，吐温中的一种或多种；
优选的，所述油相选自大豆油、芝麻油、液态石蜡，硅油，或者与水不互溶的有机溶剂中的一种或者多种。
进一步的，所述将水相混合溶液与含有乳化剂的油相混合乳化形成微球的步骤具体为：将所述水相混合溶液与25～70℃含乳化剂的油相混合搅拌至少30min，然后在2～8℃温度条件下，持续搅拌至少60min，获得料液；
进一步的，所述加入醛类交联溶液对微球中的明胶进行化学交联的步骤具体为：将料液进行固液分离，去除微球表面的油相，然后再与醛类交联剂于2-25℃反应至少3hr；
进一步的，所述醛类交联剂选自甲醛或者戊二醛，其质量浓度为0.1％-50％w/v；
第三方面，本发明提供上述水凝胶微球在制作三维多孔支架中的应用，具体应用过程包括：将光引发剂加入微球混悬液中并通过注射器注入需要修复的缺损空间，然后紫外光照射至少30秒使微球粘结成型，形成三维多孔支架。
优选的，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮(IRGACURE2959)或者苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(LAP)，质量浓度为0.01％-1％w/v。
有益效果：
第一方面，本发明提供的水凝胶微球与所述甲基丙烯酰化明胶微球相比，稳定性明显提升，能够在溶液中长期稳定保存，有利于水凝胶微球的批量化生产、保存和运输，实现产业化应用，而现有技术中的甲基丙烯酰化明胶微球在溶液中的存储时间不超过7天，即使本申请中通过测试在甲基丙烯酰化明胶微球的基础上增加了化学交联，也只有在甲基丙烯酰化取代率较低的情况下，保证一定的稳定性，但是这种较低的甲基丙烯酰化取代率会导致微球表面的甲基丙烯酸键的密度较低，微球间能够形成的交联化学键也会较少，导致粘结强度较低、力学性能也因此较差，并不适用于三维支架，特别是受力较大的组织，如软骨；
第二方面，本申请提供的水凝胶微球制备方法，原料易得且成本低、制作过程不需要使用复杂的设备、产量高，成本低；
第三方面，采用本发明提供的上述水凝胶微球制作的三维多孔支架具有可控的力学性能，弹性模量可以控制在1-100kPa之间，远高于过往已知体系的性能，如基于透明质酸制成的水凝胶微球的粘结支架，其弹性模量不超过1kPa；本发明提供的三维多孔支架能够维持超过一个月的稳定形态，满足不同组织器官修复的需求。
附图说明
图1为实施例1中所述样品2-3在37℃生理盐水中储存一个月后光镜下的形貌；
图2为实施例2中所述样品2-3粘结后的三维多孔支架(200-450μm)。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是示例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：明胶-聚乙二醇衍生物微球的制备
1.配制溶液：
水相：参照表1按照不同实验组，制备不同分子量的线性聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA，Sigma)-明胶(250gbloom，B型，Sigma)的PBS复合溶液10ml，具体溶解方式是在70℃水浴加热溶解，避光操作。
油相：液体石蜡，0.5％Span80，20ml，具体融化方式是在60℃水浴预热，避光操作。
2.操作步骤：
将油相加入烧杯，水浴60℃搅拌；加入水相，搅拌0.5小时实现乳化；乳化后，转移至冰浴中降温继续搅拌1小时；离心实现固液分离，用含有1％吐温80的冷水在2-8℃温度下洗涤，重复离心和洗涤3次，最后离心收集。然后将微球转移至8ml的25％的戊二醛溶液中，在4℃条件下搅拌3小时进行交联，然后用冷水洗涤4次，最后收集于生理盐水中储存。光镜下观察微球形态。各实验组都能得到形状规则的圆球形的水凝胶微球。
表1
| # | 明胶 | PEGDA(Mn＝700) | PEGDA(Mn＝40000) | 戊二醛 |
| 2-1 | 10％ | 1％ | / | 8ml25％ |
| 2-2 | 10％ | 5％ | / | 8ml25％ |
| 2-3 | 10％ | 10％ | / | 8ml25％ |
| 2-4 | 10％ | / | 1％ | 8ml25％ |
| 2-5 | 10％ | / | 5％ | 8ml25％ |
| 2-6 | 10％ | / | 10％ | 8ml25％ |
对比例1：甲基丙烯酰化明胶微球的制备
1.配制溶液：
水相：参照表2制备不同取代度的甲基丙烯酰化明胶(250gbloom，EFL)PBS溶液10ml，具体溶解方式是在70℃水浴加热溶解，避光操作。
油相：液体石蜡，0.5％Span80，20ml，具体融化方式是在60℃水浴预热，避光操作。
2.操作步骤：
将油相加入烧杯，水浴60℃搅拌；加入水相，机械搅拌0.5小时实现乳化；乳化后，转移至冰浴中降温继续搅拌1小时；离心进行固液分离，并用含有1％吐温80的冷水在2-8℃温度下洗涤，重复离心和洗涤3次，最后离心收集。对于化学交联组1-4、1-5、1-6，将微球转移至8ml的25％的戊二醛溶液中，在4℃条件下搅拌3小时进行交联。后用冷水洗涤4次，最后收集于生理盐水中储存。光镜下观察微球形态。各实验组都能得到形状规则的圆球形的水凝胶微球。
表2
| # | 甲基丙烯酰化明胶 | 甲基丙烯酰化取代率 | 戊二醛 |
| 1-1 | 10％ | 25％ | / |
| 1-2 | 10％ | 50％ | / |
| 1-3 | 10％ | 100％ | / |
| 1-4 | 10％ | 25％ | 8ml25％ |
| 1-5 | 10％ | 50％ | 8ml25％ |
| 1-6 | 10％ | 100％ | 8ml25％ |
测试例1：明胶-聚乙二醇衍生物微球的安全性
明胶和聚乙二醇材料被广泛应用于生物医药领域，应用场景包括三类植入器械，具有长期的体内安全性数据，是组织修复材料的良好原辅料选择。将实施例1各实验组制备的明胶-聚乙二醇衍生物微球进行细胞毒性试验，具体方法按照GB/T 16886.5-2017的标准使用MTT法进行测试。将微球用MEM培养基浸提24小时，浸提比例为10倍。测试结果均为合格(均>70％)。
测试例2：明胶-聚乙二醇衍生物微球的稳定性
将实施例1各实验组制备的明胶-聚乙二醇衍生物微球放置于生理盐水中并放置于37℃烘箱中进行稳定性考察；在固定时间点7d、14d、21d、28d测量明胶微球的质量，计算质量损失，从而评估微球的稳定性。
表3
从表3的数据结果可以看出，本发明制备的明胶-聚乙二醇衍生物微球能够在溶液中保持稳定，如图1所示为2-3组制备的明胶-聚乙二醇衍生物微球的观察图，其在37℃生理盐水中储存一个月后仍能够保持完整的圆球形结构。测试例3：甲基丙烯酰化明胶微球的稳定性
与测试例1的测试过程相同，同样的，将实施例2各实验组制备的甲基丙烯酰化明胶微球放置于生理盐水中并放置于37℃烘箱中进行稳定性考察。在固定时间点7d、14d、21d、28d测量明胶微球的质量，计算质量损失，从而评估微球的稳定性。
表4
如表4结果表明，不经过醛类交联剂交联的明胶微球非常不稳定，储存期间很容易发生溶解；当使用戊二醛进行交联时，只有低取代度的明胶才能够维持稳定，丙烯酸酯取代率在50％及以上时，微球也不能够长期保持稳定。这是由于明胶的氨基被丙烯酸酯基团取代后，剩余能参与戊二醛化学交联的氨基数量减小，导致生成的明胶微球交联密度低而不稳定。
实施例2：明胶-聚乙二醇衍生物微球的光交联及三维多孔支架的制备
取适量实施例1各实验组制备的微球筛分成不同粒径的小组，粒径范围在100-200μm为小粒径组、200-450μm为中粒径组、450-900μm为大粒径组，分别置于模具中，并加入光引发剂溶液(0.1％IRGACURE2959)，然后对微球进行紫外光交联30s，交联后置于20ml的PBS溶液中进行溶胀2小时，得到三维多孔支架。所得的三维多孔支架完整性良好，未观察到脱落的未交联的微球。
如图2所示为本实施例实验组2-3中粒径组200-450μm的微球粘结后的三维多孔支架实物图。
测试例3：明胶-聚乙二醇衍生物微球三维多孔支架的力学性能测试
对实施例2中制得的三维多孔支架进行力学性能测试，具体操作：将微球注射到模具中并光交联进行粘结，然后取出微球支架，放置于力学测试仪的夹具之间，选择截面积大于样品的上下夹具，固定后把样品置于夹具正中心。调零后进行测试，压缩速度为10cm/min，得到应力-形变曲线，计算0-10％形变的曲线斜率，得到弹性模量，结果总结于表5中。
表5
从支架的压缩模量结果可知，水凝胶微球能够成功的在光引发作用下进行粘结，对于微球粒径在100-200μm和200-450μm的三维多孔支架，力学性能良好，均在30kPa以上，最高可实现超过100kPa的弹性模量，远高于过往已知体系的性能如透明质酸微球的粘结支架～1kPa，能够符合多种不同器官组织的修复需求。对于粒径较大的三维多孔支架，支架力学性能较差且容易碎裂。这可能是由于微球粒径较大，微球间的粘结密度较低导致的。
测试例4：明胶-聚乙二醇衍生物微球粘结的三维多孔支架的稳定性
将实施例2各实验组的中粒径组三维多孔支架转移到离心管中，分别加入10ml生理盐水并放置于37℃的水浴摇床中进行支架解离实验，在固定时间点1w，2w，3w，4w，5w及6w测量支架的重量，用以计算解离周期。各实验组的支架解离数据结果如表6所示。
表6
通过观察三维多孔支架的体外降解试验数据可知，中粒径组200-450μm三维多孔支架的粘结结构稳定，均能够维持超过一个月的稳定形态，满足不同组织器官修复的需求。
Claims (7)
1.一种水凝胶微球，其特征在于，所述水凝胶微球以明胶和聚乙二醇丙烯酸酯衍生物为原料制成，其中，所述明胶和所述聚乙二醇丙烯酸酯衍生物的质量比为（1-10）:（1），所述水凝胶微球的粒径的范围在10-1000µm；所述聚乙二醇丙烯酸酯衍生物为数均分子量Mn在700-100000Da范围内的聚乙二醇丙烯酸酯或聚乙二醇甲基丙烯酸酯；所述明胶为胶冻强度250 gbloom的B型明胶。
2.如权利要求1所述的一种水凝胶微球，其特征在于，所述水凝胶微球的粒径的范围在100-450µm。
3.权利要求1所述水凝胶微球的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将明胶和聚乙二醇丙烯酸酯衍生物混合溶解于PBS缓冲液或清水作为水相混合溶液；其中，聚乙二醇丙烯酸酯衍生物的质量百分浓度为1-10wt%，明胶的质量百分浓度为10wt%-40wt%；将所述水相混合溶液与含有乳化剂的油相混合、乳化形成微球；加入醛类交联溶液对微球中的明胶进行化学交联、固液分离洗涤微球后将微球避光存储于生理盐水中。
4.如权利要求3所述的水凝胶微球的制备方法，其特征在于，所述乳化剂选自司盘、吐温中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的水凝胶微球的制备方法，其特征在于，所述油相选自大豆油、芝麻油、液态石蜡，硅油，或者与水不互溶的有机溶剂中的一种或者多种混合的有机溶剂。
6.如权利要求3所述的水凝胶微球的制备方法，其特征在于，所述将水相混合溶液与含有乳化剂的油相混合乳化形成微球的步骤为：将所述水相混合溶液与25~70℃含乳化剂的油相混合搅拌至少30min，然后在2~8℃温度条件下，持续搅拌至少60min，获得料液。
7.如权利要求6所述的水凝胶微球的制备方法，其特征在于，所述加入醛类交联溶液对微球中的明胶进行化学交联的步骤为：将料液进行固液分离，去除微球表面的油相，然后再与醛类交联剂于2-25℃反应至少3hr；所述醛类交联剂选自甲醛或者戊二醛，其质量浓度为0.1%-50% w/v。
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| CN113143846A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-07-23 | 天津徕弗生物科技有限公司 | 一种乳化-光聚合制备载药纳米凝胶的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Generation of Photopolymerized Microparticles Based on PEGDA Using Microfluidic Devices. Part 1. Initial Gelation Time and Mechanical Properties of the Material;AcostaCuevas José M, 等;Micromachines;第12卷(第3期);293 * |
| Poly(ethylene glycol) methacrylate hydrolyzable microspheres for transient vascular embolization;Louguet, S, 等;ACTA BIOMATERIALIA;第10卷(第3期);1194-1205 * |
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