CN117205362A - 注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法及其应用 - Google Patents
注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种生物医学材料，且公开了一种注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法及其应用，包括以下步骤：步骤a：首先，按照配方设计将一定量1，3，5‑苯三甲醛和烟酸酰肼溶解在无水甲醇中，接着，向其中滴加适量醋酸(分析纯)。本发明所达到的有益效果是：制备方法流程简单、操作方便，制备的基于小分子的原位凝胶材料生物相容性好、易降解，克服传统凝胶制备工艺复杂、不易降解的缺陷，可作为一种精确可控的药物释放系统，做到连续、定点释放药物，大大提高药物的靶向性，有效减少药物剂量，提高治疗效果，可用于皮肤癌、乳腺癌等重大疾病的治疗，具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种生物医学材料，具体地说，涉及注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法及其应用。
背景技术
小分子通过非共价键相互作用(如：范德华力、氢键、π-π堆积等)形成的超分子水凝胶作为一种最具吸引力和智能的软材料，近年来得到研究者们的广泛的关注和快速发展，相较于传统的高分子聚合物水凝胶，基于小分子的超分子水凝胶材料在生物体内易降解。
原位凝胶是一种特殊的水凝胶，制剂以溶液的形式对生物体病变部位进行给药后，与生物体内的水一接触，可以立即形成凝胶，固定在病变部位，达到定点释放药物的目的，而基于小分子的原位凝胶作为一种优良的新型药物载体，在用于治疗癌症等重大疾病时，具有以下几个优势：1.可作为一种精确可控的药物释放系统，做到连续、定点释放化疗药物、热疗等物质，广泛应用于放疗、化疗等癌症治疗，热疗等；2.具有多种尺寸和多种递送途径，可以针对不同部位和不同类型的病症，这大大提高了药物的靶向性，有效减少药物剂量，提高治疗效果；3.可以根据内外环境刺激，智能响应环境变化，远程控制抗癌等活性物质，按需释放；4.分子量小，具有良好的生物相容性和生物可降解性。
酰腙类化合物是由酰肼类衍生物与醛或酮缩合而成的一类特殊Schiff碱，酰腙类超分子凝胶是一类含有酰腙键的物质，这是一种重要的化学键，对温度和pH敏感，并且可以通过内部网络中的频繁断裂和再生提供水凝胶自愈能力，除此之外，酰腙类超分子水凝胶与许芳香环被邻羟基取代的衍生物具有良好的配位能力，并且，由于其特殊的结构，易与很多有机溶剂或水形成稳定的氢键，这些性质决定了酰腙类超分子凝胶在组织再生、伤口愈合、组织黏附、生物打印等方面具有广泛的应用前景，是一类非常有潜力的生物材料，然而传统的酰腙类化合物制备工艺复杂，且成本较高，这限制了它们的规模生产和广泛应用，同时某些酰腙类化合物的合成需要较严苛的反应条件，比如高温、高压或特殊催化剂等，这无疑又增加了合成的复杂性和成本。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法及其应用，克服传统凝胶制备工艺复杂、不易降解的缺陷，同时探索酰腙类小分子凝胶材料更广泛的应用价值。
(二)技术方案
本为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a：首先，按照配方设计将一定量1，3，5-苯三甲醛和烟酸酰肼溶解在无水甲醇中，接着，向其中滴加适量醋酸(分析纯)，回流一段时间后得到澄清溶液，冷却结晶后抽滤，并用甲醇淋洗多次，真空干燥后得到白色的固体即为1，3，5-苯三甲醛三缩3-吡啶甲酰腙(BTT-N3)；
步骤b：在加热条件下，将步骤a中所得到的BTT-N3固体溶解于盐酸溶液中，溶液冷却至室温得到胶状物质，将其抽滤，并用蒸馏水冲洗多次(洗去多余的盐酸)，随后将得到的产物冷冻干燥，即得到质子化的BTT-N3化合物(BTT-N3-H+)；
步骤c：将一定量步骤b中得到的质子化的BTT-N3-H+加入聚乙二醇(PEG)中，加热使之完全溶解，冷却静置后即得到酰腙类可注射原位凝胶制剂，将该制剂注射到水中，即可得到小分子原位凝胶材料。
作为优选方案，所述步骤a中，烟酸酰肼与1，3，5-苯三甲醛反应的摩尔比大于3:1，烟酸酰肼为1.700g(大于12mmol)，1，3，5-苯三甲醛为0.648g(4mmol)，加入了170mL无水甲醇。
作为优选方案，所述步骤a中，醋酸起催化作用，滴加量为1.5mL。
作为优选方案，所述步骤a中，回流温度为80-90℃，回流时间为12h；真空干燥温度为60℃，真空干燥时间为12h。
作为优选方案，所述步骤b中，加热使BTT-N3固体溶解于盐酸溶液的温度为70-90℃，所用盐酸的pH值为1.0-3.0；用盐酸将BTT-N3化合物质子化的处理决定了所得凝胶剂的性能，未经过质子化处理，或者用pH大于3.0的盐酸处理的样品，都没有显现出形成原位凝胶的性能。
作为优选方案，所述步骤c中，聚乙二醇优选为医用级的PEG200、PEG400、PEG600；加入蒸馏水后，质子化的BTT-N3-H+的浓度为4.0-12.0g/L，PEG与加入蒸馏水的体积比为1:9、2:8或3:7，溶解温度为80-90℃。
作为优选方案，所述凝胶材料主要由质子化的酰腙类小分子BTT-N3-H+与PEG-H2O混合溶剂构成，冷冻干燥后呈三维的纤维网络结构。
注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的应用：可在注射部位原位形成，具有良好的生物相容性和可降解性，约15天之后会被生物体完全降解，可作为注射用药物负载的支架或载体，用于临床治疗的靶向缓释治疗药物的负载及药物的定点、长效释放。
作为优选方案，可作为细胞培养载体，用于组织再生工程。
(三)有益效果
本发明所达到的有益效果是：制备方法流程简单、操作方便，制备的基于小分子的原位凝胶材料生物相容性好、易降解，克服传统凝胶制备工艺复杂、不易降解的缺陷，可作为一种精确可控的药物释放系统，做到连续、定点释放药物，大大提高药物的靶向性，有效减少药物剂量，提高治疗效果，可用于皮肤癌、乳腺癌等重大疾病的治疗，具有很大的应用前景。
附图说明
为了更详实表述该发明实施例的技术方案，以下对实施例描述中所使用的附图作简单介绍。显然，以下描述中的附图仅为本发明的一些实施例附图，对于相关领域普通技术人员来讲，在未付诸创造性劳动的前提下，还可依据此类附图获得其它的附图。
图1为本发明注射型酰腙类小分子原位凝胶材料胶凝因子的合成路线图。
图2为本发明注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的形成过程示意图。
图3为本发明注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的干凝胶扫描电子显微镜照片。
图4为本发明注射型酰腙类小分子原位凝胶材料对VB12的药物控释效果图。
图5为本发明注射型酰腙类小分子原位凝胶材料细胞培养的荧光倒置显微镜照片。
图6为本发明注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的细胞增殖行为图。
图7为本发明注射型酰腙类小分子原位凝胶材料在小鼠体内的成胶和降解过程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，使本领域技术人员能够更好地理解本发明，以下结合附图与实施例对本发明的实施方式作进一步详细地阐述。
实施例1
首先，称取1.700g烟酸酰肼(大于12mmol)和0.648g(4mmol)1，3，5-苯三甲醛于250mL三颈烧瓶中，加入170mL无水甲醇，滴加1.5mL醋酸，并在80-90℃下回流12h；随后，将回流液冷却结晶，抽滤，之后用甲醇淋洗多次，在60-80℃下真空干燥6-12h得到白色的酰腙类化合物(BTT-N3)；在70-90℃加热条件下将得到的BTT-N3固体溶解于pH＝1.0的盐酸溶液中，静置冷却至室温得到胶状物质，将其抽滤，并用蒸馏水冲洗多次，随后将得到的产物冷冻干燥，得到BTT-N3-H+，最后，称取一定量BTT-N3-H+，在80-90℃下加热，使其完全溶解在聚乙二醇中，冷却至室温，往混合溶液中加入一定量的蒸馏水，使得BTT-N3-H+的浓度为6.0g/L，PEG400与加入蒸馏水的体积比为1:9，混匀后静置一段时间，即得到稳定的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料如(图2)所示。
将VB12以150mg/L的浓度负载于该种酰腙类小分子原位凝胶材料中，每隔一定时间取上层缓冲液，以紫外-可见分光光度法测试该凝胶材料的药物缓释量；另外，将人脐静脉内皮细胞(HUVEC)悬液置于干凝胶薄膜沉积的96孔板中，在细胞培养箱中培养，每隔一定时间用5μmol/L的钙黄绿素-AM(Calcein-AM)染色，并以荧光倒置显微镜观察其活力情况，同时用CellCountingKit-8(CCK-8)法对细胞增殖情况进行检测分析；另外，将该酰腙类小分子物质的PEG400溶液注射至小鼠体内，观察其胶凝状态及降解或代谢情况。
对上述制备得到的一种注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的干凝胶进行微观形貌分析，得到如图3所示的结果，由图可见，冷冻干燥后的凝胶材料主要呈三维的纤维网络结构。
对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行药物控释研究，得到如图4所示的结果，由图可知，维生素B12在100h左右达到缓释平衡，缓释率达80％，说明该凝胶材料对维生素B12具有良好的缓释效果。
对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行人脐静脉内皮细胞(HUVEC)培养，得到如图5和图6所示的结果，由图5可知，随着培养时间的延长，凝胶薄膜上的细胞出现了一定程度增殖，在第七天完全铺满培养板；由图6可见，相对于初始投入量，HUVEC在第七天的增值量超过其26倍，且与商用细胞培养板培养的细胞相比，增值情况相似，说明该酰腙类小分子原位凝胶材料具有良好的生物相容性。
对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行活体注射研究，得到如图7所示的结果，由图可知，将该酰腙类小分子化合物的PEG600溶液注射至小鼠体内后，立即在注射部位形成原位凝胶，其在小鼠体内可保持7天以上，之后被逐渐降解或代谢，至15天左右降解完全，且对小鼠生长状况几乎无影响，说明该凝胶材料在生物体内具有一定的稳定性和相容性。
实施例2
首先，称取1.700g烟酸酰肼(大于12mmol)和0.648g(4mmol)1，3，5-苯三甲醛于250mL三颈烧瓶中，加入170mL无水甲醇，滴加1.5mL醋酸，并在80-90℃下回流12h；随后，将回流液冷却结晶，抽滤，之后用甲醇淋洗多次，在60-80℃下真空干燥6-12h得到白色的酰腙类化合物(BTT-N3)；在70-90℃加热条件下将得到的BTT-N3固体溶解于pH＝1.0的盐酸溶液中，静置冷却至室温得到胶状物质，将其抽滤，并用蒸馏水冲洗多次，随后将得到的产物冷冻干燥，得到BTT-N3-H+，最后，称取一定量BTT-N3-H+，在80-90℃下加热，使其完全溶解在聚乙二醇中，冷却至室温，往混合溶液中加入一定量的蒸馏水，使得BTT-N3-H+的浓度为8.0g/L，PEG200与加入蒸馏水的体积比为1:9，混匀后静置一段时间，即得到稳定的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料。
将VB12以200mg/L的浓度负载于该种酰腙类小分子凝胶材料中，每隔一定时间取上层缓冲液，以紫外-可见分光光度法测试该凝胶材料的药物缓释量；另外，将人脐静脉内皮细胞(HUVEC)悬液置于干凝胶薄膜沉积的96孔板中，在细胞培养箱中培养，每隔一定时间用5μmol/L的钙黄绿素-AM(Calcein-AM)染色，并以荧光倒置显微镜观察其活力情况，同时用CellCountingKit-8(CCK-8)法对细胞增殖情况进行检测分析；另外，将该酰腙类小分子物质的PEG200溶液注射至小鼠体内，观察其胶凝状态及降解或代谢情况。
对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的干凝胶进行微观形貌分析，得到类似如图3所示的扫描电子显微镜照片；对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行药物控释研究，得到类似如图4所示的缓释效果；对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行人脐静脉内皮细胞(HUVEC)培养，得到类似如图5和图6所示的结果；对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行活体注射研究，得到类似如图7所示的结果。
实施例3
首先，称取1.700g烟酸酰肼(大于12mmol)和0.648g(4mmol)1，3，5-苯三甲醛于250mL三颈烧瓶中，加入170mL无水甲醇，滴加1.5mL醋酸，并在80-90℃下回流12h；随后，将回流液冷却结晶，抽滤，之后用甲醇淋洗多次，在60-80℃下真空干燥6-12h得到白色的酰腙类化合物(BTT-N3)；在70-90℃加热条件下将得到的BTT-N3固体溶解于pH＝1.0的盐酸溶液中，静置冷却至室温得到胶状物质，将其抽滤，并用蒸馏水冲洗多次，随后将得到的产物冷冻干燥，得到BTT-N3-H+，最后，称取一定量BTT-N3-H+，在80-90℃下加热，使其完全溶解在聚乙二醇中，冷却至室温，往混合溶液中加入一定量的蒸馏水，使得BTT-N3-H+的浓度为10.0g/L，PEG600与加入蒸馏水的体积比为1:9，混匀后静置一段时间，即得到稳定的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料。
将VB12以250mg/L的浓度负载于该种酰腙类小分子原位凝胶材料中，每隔一定时间取上层缓冲液，以紫外-可见分光光度法测试该凝胶材料的药物缓释量；另外，将人脐静脉内皮细胞(HUVEC)悬液置于干凝胶薄膜沉积的96孔板中，在细胞培养箱中培养，每隔一定时间用5μmol/L的钙黄绿素-AM(Calcein-AM)染色，并以荧光倒置显微镜观察其活力情况，同时用CellCountingKit-8(CCK-8)法对细胞增殖情况进行检测分析；另外，将该酰腙类小分子物质的PEG600溶液注射至小鼠体内，观察其胶凝状态及降解或代谢情况。
对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的干凝胶进行微观形貌分析，得到类似如图3所示的扫描电子显微镜照片；对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行药物控释研究，得到类似如图4所示的缓释效果；对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行人脐静脉内皮细胞(HUVEC)培养，得到类似如图5和图6所示的结果；对上述制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料进行活体注射研究，得到类似如图7所示的结果。
以上所述实施方式仅为本发明做进一步描述，然而本发明并非局限于此，凡在不脱离本发明核心情况下所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：首先，按照配方设计将一定量1，3，5-苯三甲醛和烟酸酰肼溶解在无水甲醇中，接着，向其中滴加适量醋酸(分析纯)，回流一段时间后得到澄清溶液，冷却结晶后抽滤，并用甲醇淋洗多次，真空干燥后得到白色的固体即为1，3，5-苯三甲醛三缩3-吡啶甲酰腙(BTT-N3)；
步骤b：在加热条件下，将步骤a中所得到的BTT-N3固体溶解于盐酸溶液中，溶液冷却至室温得到胶状物质，将其抽滤，并用蒸馏水冲洗多次(洗去多余的盐酸)，随后将得到的产物冷冻干燥，即得到质子化的BTT-N3化合物(BTT-N3-H+)；
步骤c：将一定量步骤b中得到的质子化的BTT-N3-H+加入聚乙二醇(PEG)中，加热使之完全溶解，冷却静置后即得到酰腙类可注射原位凝胶制剂，将该制剂注射到水中，即可得到小分子原位凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，烟酸酰肼与1，3，5-苯三甲醛反应的摩尔比大于3:1，烟酸酰肼为1.700g(大于12mmol)，1，3，5-苯三甲醛为0.648g(4mmol)，加入了170mL无水甲醇。
3.根据权利要求1所述的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，醋酸起催化作用，滴加量为1.5mL。
4.根据权利要求1所述的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，回流温度为80-90℃，回流时间为12h；真空干燥温度为60℃，真空干燥时间为12h。
5.根据权利要求1所述的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，加热使BTT-N3固体溶解于盐酸溶液的温度为70-90℃，所用盐酸的pH值为1.0-3.0；用盐酸将BTT-N3化合物质子化的处理决定了所得凝胶剂的性能，未经过质子化处理，或者用pH大于3.0的盐酸处理的样品，都没有显现出形成原位凝胶的性能。
6.根据权利要求1所述的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，聚乙二醇优选为医用级的PEG200、PEG400、PEG600；加入蒸馏水后，质子化的BTT-N3-H+的浓度为4.0-12.0g/L，PEG与加入蒸馏水的体积比为1:9、2:8或3:7，溶解温度为80-90℃。
7.根据权利要求1所述的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述凝胶材料主要由质子化的酰腙类小分子BTT-N3-H+与PEG-H2O混合溶剂构成，冷冻干燥后呈三维的纤维网络结构。
8.根据权利要求1-7任一项所述方法制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的应用：可在注射部位原位形成，具有良好的生物相容性和可降解性，约15天之后会被生物体完全降解，可作为注射用药物负载的支架或载体，用于临床治疗的靶向缓释治疗药物的负载及药物的定点、长效释放。
9.根据权利要求1-7任一项所述方法制备得到的注射型酰腙类小分子原位凝胶材料的应用：可作为细胞培养载体，用于组织再生工程。
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