CN115957181B - 一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶及其制备方法，包括以下步骤，首先在水中加入聚醚F127二丙烯酸酯并溶解，溶解后形成胶束结构，产生内部疏水核心和外部亲水壳；然后加入脂溶性维生素E或其衍生物，涡旋后超声，最后搅拌均匀，使胶束核心充分包载维生素E或其衍生物；接着加入导电导电物质并分散均匀，增强材料的导电性；并加入精氨酸‑甘氨酸‑天冬氨酸修饰的多巴胺；最后加入溶解后的光引发剂苯基‑2,4,6‑三甲基苯甲酰基亚磷酸锂，提升材料的稳定性，搅拌均匀后以预设波长光照射成胶；并通过注射的方法将材料注射至心梗区域，在体温环境下迅速凝胶化并附着在组织表面，并达到心梗修复的目的。

Description

一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物材料及生物医学工程技术领域，具体为一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶及其制备方法。

背景技术

心肌梗死(MI)是全球公认的最常见的人类死亡原因，在临床治疗方面面临巨大挑战。心肌梗死引起的心功能障碍主要是心肌的丢失、原始细胞外基质的降解和纤维瘢痕组织的形成，丢失的心肌细胞通常被纤维化组织所取代，这阻碍了心电的完整性，导致不同步收缩和心律失常。目前MI的治疗策略主要包括介入治疗、药物治疗和左室辅助装置，但由于心肌细胞再生能力有限，通常无法逆转适应不良重塑。因此，有必要开发新的策略来修复或替换坏死组织以增强梗死心肌功能。

由带有或不带有治疗细胞(干细胞或心肌细胞)的导电支架组成的工程导电水凝胶支架，通过促进导电整合、同步收缩和加速血运重建，有可能恢复梗死组织的功能。理想的水凝胶支架应该优化以匹配天然心脏的特定特征。机械弹性应与模拟心脏自然跳动相匹配。此外，为了支持电信号传导，促进心脏同步收缩，避免心律失常，还需要与健康心肌的电导率相匹配。此外，良好的生物相容性是避免免疫排斥或产生有毒物质的前提，这些物质会对脆弱的心脏造成进一步的伤害。然而，目前大多数可用的水凝胶支架不能同时满足所有这些要求。此外，可注射且能原位成型支架的水凝胶几乎能填充任意形状的组织缺损，可简化组织工程中支架设计等问题。然而，尽管这些注射系统可以防止心室扩张和增强心肌修复，但仍存在显著的局限性，如机械性能差，潜在的免疫原性，快速从跳动的心脏中被冲洗掉，且注射后难以形成理想的三维修复微环境。

目前基于药物溶栓或经皮冠状动脉介入导致缺血心肌再灌注的早期再灌注策略在心肌梗死治疗方面取得了实质性进展。然而，再灌注本身对心肌造成额外的损害，据估计，这种损害约占梗塞心脏整体功能损失的50％。缺血/再灌注(I/R)损伤主要表现为广泛的炎症和氧化应激共同作用引起的心肌组织坏死。最有效的抗氧化剂和消炎药之一是维生素E及其衍生物，由于心肌梗死后48小时内患者血浆维生素E水平下降，并且I/R损伤与前性氧化应激有关，因此假定缺血和再灌注心肌中这种抗氧化剂的消耗增加。因此，补充维生素E作为一种强抗氧化剂可能是心肌抗氧化保护的一种治疗选择，并最终用于心肌梗死患者。

综上，将利用匹配天然心脏的特定特征的水凝胶和维生素E及其衍生物联合制备可注射水凝胶的研究是该技术领域的重点研究方向，具体广阔的应用前景和研究价值。

发明内容

针对现有技术问题，本发明提出一种适用于心梗修复的可注射水凝胶及其制备方法，通过注射的方法将材料注射至心梗区域，在体温环境下会迅速凝胶化并附着在组织表面，并达到心梗修复的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、在水中加入聚醚F127二丙烯酸酯(F127DA)并溶解，溶解后形成胶束结构，产生内部疏水核心和外部亲水壳；

S2、然后加入脂溶性维生素E或其衍生物，涡旋后超声，最后搅拌均匀，使胶束核心充分包载维生素E或其衍生物；

S3、接着加入导电导电物质并分散均匀，增强材料的导电性；

S4、并加入精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)修饰的多巴胺(DA)，分别增强材料的粘附性和生物相容性，其中，RGD提高了材料的生物相容性，多巴胺的邻苯二酚健提供了粘附性；

S5、最后加入溶解后的光引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP，提升材料的稳定性，搅拌均匀后以预设波长光照射成胶。

优选的，所述S1中，所述聚醚F127二丙烯酸酯为固体粉末，溶解时所处温度>0℃且≤4℃，溶解后质量浓度为5-30％(w/v)。

优选的，所述S2中，所述维生素E或其衍生物浓度为1-10mg/mL。

优选的，所述S3中，所述导电组分包括固体粉末或导电溶液。

优选的，所述导电组分具体包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS、聚吡咯pPy、氧化石墨烯GO、还原氧化石墨烯rGO、碳纳米管CNT之中的一种或者多种。

优选的，所述分散均匀的过程包括先搅拌分散，再超声预设时间，且预设时间为大于等于30分钟。

优选的，所述S4中，所述精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)修饰的多巴胺(DA)为固体粉末，溶解后浓度为1-10％(w/v)。

优选的，所述S5中，所述苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP为固体粉末，溶解缓冲液为PBS，溶解过程在预设温度的水浴中完成，所述预设温度为37±3℃。

采用以上优选方案后，可进一步优化各步骤的具体参数，制得性能更加优良的适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明中通过可注射水凝胶，利用其具备良好的导电性，电导率与健康心肌相匹配，支持电信号传导，促进心脏同步收缩，避免心律失常。

2、本发明中，利用可注射水凝胶具备良好的黏附性，能牢固黏附在心梗区域组织上，不易脱落，且模量与心肌组织接近，不影响心脏的跳动行为。

3、本发明中材料本身天然的胶束结构能够包载维生素E及其衍生物提供心肌抗氧化保护，减少氧化应激对心肌组织的损伤。经过实验证实该水凝胶生物相容性良好，长期细胞培养结果显示无毒性；材料来源广泛，成本低廉，在组织工程修复领域有广阔的应用前景。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明水凝胶拉伸性能展示示意图；

图2是本发明水凝胶导电性结果示意图；

图3是本发明水凝胶杨氏模量结果示意图；

图4是本发明水凝胶上心肌细胞活死染色结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、在水中加入聚醚F127二丙烯酸酯(F127DA)并溶解，溶解后形成胶束结构，产生内部疏水核心和外部亲水壳；所述聚醚F127二丙烯酸酯为固体粉末，溶解时所处温度>0℃且≤4℃，溶解后质量浓度为5-30％(w/v)；

S2、然后加入脂溶性维生素E或其衍生物，涡旋后超声，最后搅拌均匀，使胶束核心充分包载维生素E或其衍生物；所述维生素E或其衍生物浓度为1-10mg/mL；

S3、接着加入导电导电物质并分散均匀，增强材料的导电性；所述导电组分包括固体粉末或导电溶液；所述导电组分具体包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS、聚吡咯pPy、氧化石墨烯GO、还原氧化石墨烯rGO、碳纳米管CNT之中的一种或者多种；所述分散均匀的过程包括先搅拌分散，再超声预设时间，且预设时间为大于等于30分钟；

S4、并加入精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)修饰的多巴胺(DA)，分别增强材料的粘附性和生物相容性，其中，RGD提高了材料的生物相容性，多巴胺的邻苯二酚健提供了粘附性；所述精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)修饰的多巴胺(DA)为固体粉末，溶解后浓度为1-10％(w/v)；

S5、最后加入溶解后的光引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP，提升材料的稳定性，搅拌均匀后以预设波长光照射成胶，其中所述苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP为固体粉末，溶解缓冲液为PBS，溶解过程在预设温度的水浴中完成，所述预设温度为37±3℃。

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详述。

1)在37±3℃水浴中，将25mg苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP固体粉末溶于10mL缓冲液PBS中，直至完全溶解；所得液体中LAP的质量浓度为0.25％。

2)在1中加入聚醚F127二丙烯酸酯F127DA固体粉末，置4℃下溶解，所得液体中F127DA的质量浓度为15％，例如：每mL的水中中加入150mg的F127DA粉末。

3)在1mL的2)中所得溶液中加入10mg维生素E液体，涡旋搅拌后超声半小时使其分散均匀，充分包载。

4)向3所得液体中加入导电组分并分散均匀；导电组分为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS固体粉末，具体过程为：取1mL的3所得液体，冰浴环境下，加入1mg的PEDOT:PSS粉末，先搅拌分散，再超声30分钟，使其分散均匀。

5)向4所得溶液中(1mL)加入10mg RGD-DA，冰浴环境下搅拌溶解。

6)405nm波长的蓝紫光光照10s即成胶。

对本实施例所得导电仿生水凝胶进行如下检测：

水凝胶的拉伸应力应变性能检测。结果如图1所示，水凝胶拉伸形变范围在约250％-900％之间，

水凝胶的导电性能检测。结果如图2所示，水凝胶导电性在2S/m左右。

水凝胶的弹性模量检测。结果如图3所示，水凝胶杨氏模量约150kPa。

水凝胶的黏附强度检测。经检测，各水凝胶的黏附强度均为100Kpa左右。

水凝胶的生物安全性检测。经检测，各水凝胶的细胞培养实验证实没有生物毒性，图4水凝胶结果图。

制备的水凝胶在低温时是溶液状态，能够通过注射的方法将材料注射至心梗区域，到达目标区域后，在体温环境下会迅速凝胶化并附着在组织表面，该材料具有良好的生物相容性和一定的粘附性，能够很好的粘附心肌组织，其模量与心肌组织接近，不影响心脏的跳动行为，同时，材料具有合适的电导率，能够提高梗死区域的电整合，促进同步收缩；此外，材料本身天然的胶束结构能够包载维生素E及其衍生物提供心肌抗氧化保护，减少氧化应激对心肌组织的损伤，最终达到心梗修复的目的。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在水中加入聚醚F127二丙烯酸酯并溶解，溶解后形成胶束结构，产生内部疏水核心和外部亲水壳；

S2、然后加入脂溶性维生素E，涡旋后超声，最后搅拌均匀，使胶束核心充分包载维生素E；

S3、接着加入导电组分并分散均匀，增强材料的导电性；

S4、并加入精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸修饰的多巴胺，分别增强材料的粘附性和生物相容性；

S5、最后加入溶解后的光引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂LAP，提升材料的稳定性，搅拌均匀后以预设波长光照射成胶。

2.根据权利要求1所述的一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述S1中，所述聚醚F127二丙烯酸酯为固体粉末，溶解时所处温度>0℃且≤4℃，溶解后质量浓度为5-30%（w/v）。

3.根据权利要求1所述的一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述S2中，所述维生素E浓度为1-10mg/mL。

4.根据权利要求1所述的一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述S3中，所述导电组分包括固体粉末或导电溶液。

5.根据权利要求4所述的一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述导电组分具体包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸、聚吡咯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管之中的一种或者多种。

6.根据权利要求5所述的一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述分散均匀的过程包括先搅拌分散，再超声预设时间，且预设时间为大于等于30分钟。

7.根据权利要求1所述的一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述S4中，所述精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸修饰的多巴胺为固体粉末，溶解后浓度为1-10%（w/v）。

8.根据权利要求1所述的一种适用于心梗修复的可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述S5中，所述苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂为固体粉末，溶解缓冲液为PBS，溶解过程在预设温度的水浴中完成，所述预设温度为37±3℃。

9.基于权利要求1-8中任意一项所述的制备方法合成的水凝胶。