CN116444826A - 一种交联改性胶原蛋白凝胶、其制备方法和凝胶产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医学生物材料技术领域，尤其涉及一种交联改性胶原蛋白凝胶、其制备方法和凝胶产品。交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，包括以下步骤：提供胶原蛋白溶液，用PBS缓冲液和氢氧化钠溶液调节pH值，物理交联反应得到胶原水凝胶；将胶原水凝胶置于EDC/NHS交联液中化学交联反应，分离得到凝胶粗品；将凝胶粗品置于PBS溶液中浸泡清洗两次，然后置于纯净水中浸泡清洗三次，最后进行离心，制得交联改性胶原蛋白凝胶。本发明采用了EDC和NHS，可对动物来源的胶原进行改性，促使胶原支链的羧基与氨基交联反应生成酰胺键，可以制备得到不同交联度的交联改性胶原蛋白凝胶，凝胶产品的降解时间长，无毒副作用。
Description
技术领域
本发明涉及医学生物材料技术领域，尤其涉及一种交联改性胶原蛋白凝胶、其制备方法和凝胶产品。
背景技术
胶原蛋白是人体及动物细胞外基质中一种非常重要的结构蛋白，是组织的填充物和支持物,占体内总蛋白质的25%-30%。近年来，随着生物医用材料的不断发展，因其具有的天然的低毒性，低抗原性，组织相容性高，生物可吸收性以及促进细胞生长的特性，胶原蛋白在临床应用上有广泛的应用。同时胶原在整形美容领域也受到了越来越多的关注。
目前，单纯以胶原蛋白为材料所构建的组织工程支架降解速度快，力学强度差，因此需对胶原蛋白进行改性以提高胶原凝胶的性能。
现有技术中，利用戊二醛对胶原蛋白进行交联可以增强胶原蛋白的力学性能并延长胶原蛋白的降解时间，然而戊二醛处理胶原蛋白通常会残留高浓度戊二醛，从而导致生物毒性和过敏原性的特点。中国专利文献CN101648989A公开了一种长效型胶原蛋白的制造方法，通过利用低浓度戊二醛对胶原蛋白进行交联从而降低戊二醛残留量。然而戊二醛交联的胶原通常会呈黄色，并且在植入人体组织后易钙化，从而导致植入物发生不希望的硬化或降解。
利用水溶性1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)促进胶原蛋白进行交联可以在一定程度上进行提高胶原的力学性能。中国专利文献CN115919751A公开了一种利用EDC和NHS促进人源III型重组胶原蛋白交联的方法，该方法在调节人源III型重组胶原蛋白PH值至3-9后加入EDC/NHS以促进人源III型重组胶原蛋白交联，其中EDC/NHS反应时间为0.5-2h，反应完成后切割至尺寸为1-2cm3大小，并利用磷酸盐缓冲液对反应得到的胶原蛋白水凝胶透析2-4天以制得所需的胶原蛋白水凝胶。但是，人源III型重组胶原蛋白分子量小，由于不具备完整的天然三螺旋结构导致其没有胶原蛋白生物活性，植入人体组织后不具有填充支撑效果
鉴于此，有必要提供一种新的交联改性胶原蛋白凝胶、其制备方法和其制备的凝胶产品，以解决上述不足。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种交联改性胶原蛋白凝胶、其制备方法和凝胶产品。本发明的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，采用了EDC和NHS，可对动物来源的胶原进行改性，促使胶原支链的羧基与氨基交联反应生成酰胺键，通过不同浓度的EDC和NHS进行反应，可以制备得到不同交联度的交联改性胶原蛋白凝胶，反应的副产物通过水洗去除方便，因而获得的交联改性胶原蛋白凝胶中EDC和NHS残留少，克服了现有技术采用戊二醛带来的惨烈高毒性的问题，同时也克服了戊二醛作为交联剂导致制备的胶原发黄的问题。采用EDC和NHS对动物源胶原进行改性与对重组胶原交联有本质上的区别：结构上动物源胶原有完整三螺旋结构，重组胶原多为单肽链的小分子多肽，胶原分子结构的不同决定EDC和NHS交联原理和交联条件具有本质上的差别。另外动物源胶原在中性条件下不溶解所以可以直接通过水洗的方式即可去除交联剂残留，方法简单方便可满足规模化生产需要；重组胶原因为其在中性条件下水溶解，只能通过透析的方式去除交联剂残留，方法繁琐并且不能实现规模化生产要求。
本发明的目的之一是提供一种交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法。
本发明的目的之二是提供一种上述制备方法制备交联改性胶原蛋白凝胶。
本发明的目的之三是提供一种上述交联改性胶原蛋白凝胶制备的凝胶产品。
本发明的目的之四是提供一种前述凝胶产品的制备方法。
根据本发明具体实施方式提供的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1物理交联：提供胶原蛋白溶液，用PBS缓冲液和氢氧化钠溶液调节胶原蛋白溶液的pH值为6.0-9.0，物理交联反应得到胶原水凝胶；
S2化学交联：将所述胶原水凝胶置于EDC/NHS交联液中化学交联反应，分离得到凝胶粗品；
S3纯化：将所述凝胶粗品纯化处理去除EDC和NHS，制得交联改性胶原蛋白凝胶。
根据本发明具体实施方式提供的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，步骤S1物理交联中，将动物组织来源的胶原依次经前处理、酶解、粗提、纯化和过滤除菌处理，最后溶解在HCl溶液中，得到所述胶原蛋白溶液。
根据本发明具体实施方式提供的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，步骤S2化学交联中，步骤S2化学交联中，所述EDC/NHS交联液的pH值为4.0-8.5，所述EDC/NHS交联液中MES的浓度为10-200mM，EDC的浓度为20-160mg/mL，NHS的浓度为10-120mg/mL。
根据本发明具体实施方式提供的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，步骤S2化学交联中，所述化学交联反应的时间为2-12h。
根据本发明具体实施方式提供的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，步骤S3纯化中，所述纯化的步骤包括：将凝胶粗品置于PBS溶液中浸泡清洗两次，然后置于纯净水中浸泡清洗三次，最后进行离心；每次浸泡的时间为25-35min。
根据本发明具体实施方式提供的上述制备方法制备的交联改性胶原蛋白凝胶。
根据本发明具体实施方式提供的凝胶产品，包含上述的交联改性胶原蛋白凝胶。
根据本发明具体实施方式提供的凝胶产品，所述凝胶产品由以下质量份数的原料混合制成：
交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶1-4份；
交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶3-8份；
交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶2-5份。
根据本发明具体实施方式提供的凝胶产品的制备方法，包括以下步骤：
取交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶1-4质量份、交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶3-8质量份、交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶2-5质量份混合均质，制得凝胶产品。
根据本发明具体实施方式提供的凝胶产品的制备方法，所述混合均质是依次使用孔径为1000μm、500μm和100μm的均质器进行均质。
本发明中，EDC/NHS促进动物来源的胶原交联的原理如下所示：
其中，R1表示为乙基，R2表示为二甲基氨基丙基。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，采用了EDC和NHS，可对动物来源的胶原进行改性，促使胶原支链的羧基与氨基交联反应生成酰胺键，通过不同浓度的EDC和NHS进行反应，可以制备得到不同交联度的交联改性胶原蛋白凝胶，反应的副产物通过水洗去除方便，因而获得的交联改性胶原蛋白凝胶中EDC和NHS残留少，克服了现有技术采用戊二醛带来的惨烈高毒性的问题，同时也克服了戊二醛作为交联剂导致制备的胶原发黄的问题。
2、本发明采用不同交联度的交联改性胶原蛋白凝胶制备成交联度为60%～80%的凝胶产品，可显著的延长胶原的降解时间，同时本发明制备的凝胶产品的推挤力在1～10N之间，使用方便。
3、本发明提供的动物来源的胶原，其主要成分为I型胶原，I型胶原蛋白对于改善面部皱纹以及凹陷的注射填充支撑效果好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的交联改性胶原蛋白凝胶制备流程框图；
图2为本发明实施例提供的甘氨酸标准曲线图；
图3为本发明实施例提供的EDC标准曲线图；
图4为本发明实施例提供的NHS标准曲线图；
图5为本发明实验例1凝胶产品放大4000倍的微观形貌电镜图；
图6为本发明实验例1凝胶产品放大8000倍的微观形貌电镜图；
图7为本发明实验例1凝胶产品放大10000倍的微观形貌电镜图；
图8为本发明实验例1凝胶产品动物试验1M的病例切片染色图；
图9为本发明实验例1凝胶产品动物试验6M的病例切片染色图；
图10为本发明实验例1凝胶产品动物试验12M的病例切片染色图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例
基于附图1，本实施例提供一种交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1物理交联：提供胶原蛋白溶液，用PBS缓冲液和氢氧化钠溶液调节胶原蛋白溶液的pH值为6.0-9.0，物理交联反应得到胶原水凝胶；
S2化学交联：将所述胶原水凝胶置于EDC/NHS交联液中化学交联反应，分离得到凝胶粗品；
S3纯化：将所述凝胶粗品纯化处理去除EDC和NHS，制得交联改性胶原蛋白凝胶。
优选的，步骤S1物理交联中，所述胶原蛋白溶液是动物组织来源的胶原依次经前处理、酶解、粗提、纯化和过滤除菌处理，最后溶解在0.01M的HCl中制得；胶原蛋白溶液中胶原蛋白的含量为3mg/mL；其中，动物组织来源，所指的动物是牛、猪、羊等。
优选的，步骤S2化学交联中，所述EDC/NHS交联液的pH值为4.0-8.5；所述EDC/NHS交联液中MES的浓度为10-200mM，EDC的浓度为20-160mg/mL，NHS的浓度为10-120mg/mL；MES在EDC/NHS交联液中形成缓冲液。
优选的，步骤S2化学交联中，所述化学交联反应的时间为2-12h。
优选的，步骤S3纯化中，所述纯化的步骤包括：将所述凝胶粗品置于PBS溶液中浸泡清洗两次，然后置于纯净水中浸泡清洗三次，最后进行离心，去除EDC和NHS；每次浸泡的时间为25-35min。
本实施例通过前述交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法制备得到交联改性胶原蛋白凝胶。
本实施例还提供一种凝胶产品，包含前述的交联改性胶原蛋白凝胶。
优选的，所述凝胶产品由以下质量份数的原料混合制成：
交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶1-4份；
交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶3-8份；
交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶2-5份。
本实施例还提供一种上述的凝胶产品的制备方法，包括以下步骤：
取交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶1-4质量份、交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶3-8质量份、交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶2-5质量份混合均质，制得凝胶产品。
优选的，所述混合均质是依次使用孔径为1000μm、500μm和100μm的均质器进行均质。
为进一步说明本发明的凝胶产品在改善胶原蛋白凝胶降解的作用，提供了如下实验例和性能测试：
实验例1
本实验例提供一种凝胶产品，由以下质量份数的原料混合而成：
交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶1.5份；
交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶6.5份；
交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶2.0份。
实验例2
本实验例提供一种凝胶产品，由以下质量份数的原料混合而成：
交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶2.0份；
交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶6.5份；
交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶1.5份。
实验例3
本实验例提供一种凝胶产品，由以下质量份数的原料混合而成：
交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶2.5份；
交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶5.0份；
交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶2.5份。
性能测试：
1、交联度检测
基于分光光度计，测试实验例1-3凝胶产品的吸光度，将吸光度带入图2所示的标准曲线中得到甘氨酸的含量，以甘氨酸含量确定游离氨基的含量，得到交联度。
实验例1-3凝胶产品的交联度测试结果如表1所示。
表1
2、EDC残留量检测
基于分光光度计，测试实验例1-3凝胶产品的吸光度，将吸光度带入图3所示的标准曲线中得到EDC的残留量。
实验例1-3凝胶产品的EDC残留量检测的测试结果如表2所示。
表2
3、NHS残留量检测
基于分光光度计，测试实验例1-3凝胶产品的吸光度，将吸光度带入图4所示的标准曲线中得到NHS的残留量。
实验例1-3凝胶产品的NHS残留量检测结果如表3所示。
表3
4、推挤力检测
基于推挤力测定仪，设定推挤速度为10-100mm/min，推挤距离为2-20mm，测试实验例1-3凝胶产品的最大推挤力。
实验例1-3凝胶产品的最大推挤力结果如表4所示。
表4
5、凝胶产品的微观形貌
基于扫描电子显微镜，检测实验例1的凝胶产品在放大4000倍、8000倍和10000倍的微观形貌。
实验例1凝胶产品的微观形貌如图5-7所示。
6、凝胶产品降解效果动物试验
试验对象：新西兰家兔，雄性，体重2.5-3kg，单笼饲养。
试验试剂：实验例1的凝胶产品。
试验过程：将新西兰家兔麻醉，使用推子将背部的毛发除尽备皮，术前使用碘伏消毒术区；以新西兰家兔的脊柱为中心，左右两侧各取两点，将0.2mL试验例1的凝胶产品用1mL注射器注入至真皮下、肉膜上，术后1个月、6个月和12个月，病理切片、染色，观察凝胶样品的降解情况按时序如图8-10所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1物理交联：提供胶原蛋白溶液，用PBS缓冲液和氢氧化钠溶液调节胶原蛋白溶液的pH值为6.0-9.0，物理交联反应得到胶原水凝胶；
S2化学交联：将所述胶原水凝胶置于EDC/NHS交联液中化学交联反应，分离得到凝胶粗品；
S3纯化：将所述凝胶粗品纯化处理去除EDC和NHS，制得交联改性胶原蛋白凝胶。
2.根据权利要求1所述的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S1物理交联中，将动物组织来源的胶原依次经前处理、酶解、粗提、纯化和过滤除菌处理，最后溶解在HCl溶液中，得到所述胶原蛋白溶液。
3.根据权利要求1所述的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S2化学交联中，所述EDC/NHS交联液的pH值为4.0-8.5，所述EDC/NHS交联液中MES的浓度为10-200mM，EDC的浓度为20-160mg/mL，NHS的浓度为10-120mg/mL。
4.根据权利要求1所述的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S2化学交联中，所述化学交联反应的时间为2-12h。
5.根据权利要求1所述的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤S3纯化中，所述纯化的步骤包括：将所述凝胶粗品置于PBS溶液中浸泡清洗两次，然后置于纯净水中浸泡清洗三次，最后进行离心；每次浸泡的时间为25-35min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的交联改性胶原蛋白凝胶的制备方法制备的交联改性胶原蛋白凝胶。
7.一种凝胶产品，其特征在于，包含权利要求6所述的交联改性胶原蛋白凝胶。
8.根据权利要求7所述的凝胶产品，其特征在于，所述凝胶产品由以下质量份数的原料混合制成：
交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶1-4份；
交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶3-8份；
交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶2-5份。
9.一种权利要求8所述的凝胶产品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取交联度为30-50%的交联改性胶原蛋白凝胶1-4质量份、交联度为50-70%的交联改性胶原蛋白凝胶3-8质量份、交联度为70-80%的交联改性胶原蛋白凝胶2-5质量份混合均质，制得凝胶产品。
10.根据权利要求9所述的凝胶产品的制备方法，其特征在于，所述混合均质是依次使用孔径为1000μm、500μm和100μm的均质器进行均质。
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