CN1679620A - 可注射异丙基丙烯酰胺三元共聚物血栓材料制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可注射异丙基丙烯酰胺三元共聚物血栓材料制备及应用，属于生物医学工程领域中的血管栓塞材料的制备技术。以丙烯酰氯和正丙胺反应生成单体正丙基丙烯酰胺，以引发剂过硫酸铵以及促进剂四甲基乙二胺在水溶剂中合成聚合物PNINAVP。聚合物溶液中溶解的碘海醇得含碘海醇的聚合物溶液。含碘海醇的聚合物溶液可栓塞猪脑畸网，进而可以应用于栓塞治疗人脑动静脉畸形。发明的优点的在于，该共聚物的LCST接近体温，溶胶～凝胶转变快。含碘海醇的聚合物溶液在溶胶～凝胶转变过程中，聚合物和碘海醇结合在一起，利于材料在体内显影以及降低碘海醇的毒性。碘海醇的加入增强了凝胶的强度，利于材料在体内避免误栓。
Description
技术领域
本发明涉及一种可注射异丙基丙烯酰胺三元共聚物血栓材料制备及应用，属于生物医学工程领域中的血管栓塞材料技术。
背景技术
脑动静脉畸形(arteriovenous malformations，AVM)是主要发生于青少年的中枢神经系统的一种疾病，发病原因为脑动静脉之间缺乏正常毛细血管网而直接相通，动静脉间盗血导致正常脑组织低灌注、灌注不足以及高静脉压，病变畸形血管破裂出血、盗血等造成病人脑缺血及迟发性功能障碍，甚至危及生命。常见症状为脑出血、癫痫等。脑动静脉畸形发病率为0.01～0.5％，绝大多数AVM患者40岁以前都会发病，是青少年致死致残的主要疾病之一。
脑动静脉畸形是当今外科治疗的难题之一，目前治疗方法有三种，显微外科手术、血管内栓塞治疗及立体定向放射，可以单独或联合运用。显微外科手术是一种根治性治疗，但侵袭大，大型AVM手术可造成神经功能缺失。立体定向放射治疗(γ刀或X刀)，侵袭性较小，无即刻危险，但仅对小型AVM(＜3cm)疗效好，且见效慢，AVM完全消失往往需1～3年，期间仍有出血的危险，治疗后迟发的脑放射性损伤可能长期困扰患者。自1960年Luessenhop和Spence开创血管内栓塞治疗AVM以来，随着导管技术不断成熟，造影剂、栓塞材料的不断改进，以及数字减影脑血管造影机(DSA)的应用，血管内介入治疗有了很大发展，成为治疗脑AVM的重要方法。
目前血管内栓塞治疗AVM最常用的栓塞剂是氰基丙烯酸正丁酯(N-butylcyanoacrylate，NBCA)，但由于它的粘附性，对浓度、注射速度和拔管时机要求较高，给操作带来很大不便，诸多缺点限制了它的广泛应用。非粘附性液体栓塞剂由于不粘管，可操作性强，应用前景乐观，而遗憾的是大多数非粘附性栓塞剂以二甲基亚砜(DMSO)作为溶剂，近来越来越多的研究发现DMSO有较强的血管毒性，可引起急性血管痉挛、损伤和坏死，尤其是剂量过大、注射速度过快和浓度过高的时候。另外DMSO对现在广泛使用的微导管都有不同程度的腐蚀作用，注射以DMSO为溶剂的栓塞材料需要特殊的微导管，这也限制了它们的临床应用。
可注射温敏性水凝胶材料是近年来备受人们广泛研究的生物医用材料。它可注射入体内，在不加有机交联剂的情况下，其水溶液在生理温度下原位凝胶，可负载多种治疗剂，且不受植入部位的几何形状限制，是理想的药物释放载体和组织工程支架材料。用于血管内栓塞剂的凝胶材料多采用化学交联，呈颗粒状，配制成悬浊液经微导管注射入体内，如明胶海绵颗粒等。而国内外关于可注射温敏性液体栓塞材料的研究鲜有报道。
最近，Schwarz等合成了一种可降解的交联丙烯酸羟乙酯水凝胶微球，并用其暂时性地栓塞犬的肾动脉和兔耳主动脉，三星期后血管再通，与之相对照的人血清白蛋白微球一星期后血管再通，两种微球均引起了组织梗塞，但程度低于永久性栓塞微球EmboGold，组织梗塞的程度与栓塞时间的长短有关。近来，Raymond等研究了温度敏感Poloxamers 407作为暂时性栓塞剂的安全性和有效性。体外栓塞模拟实验表明，依据浓度的不同，Poloxamers 407栓塞的玻璃球柱1～20h内水流可再通，如22％的Poloxamers 407溶液，水流8h后再通。22％的Poloxamers 407溶液可完全栓塞狗的肾和叶间肺动脉，10～90min后血管完全再通，100h后，血浆中已检测不到Poloxamers 407。血液和生化检测表明，24h内，甘油三酸酯的水平快速升高，一星期内无病理异常。Poloxamers 407可在其它永久栓塞剂进行栓塞的过程中保护部分血管，其作用机制还需进一步研究。值得一提的是，Poloxamers 407形成凝胶的浓度很高(＞16％)，不利于注射。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可注射异丙基丙烯酰胺三元共聚物血栓材料制备及应用，该方法过程简单，以该方法制备的凝胶具有LCST接近体温，转变速度快，且与碘海醇有着良好的结合性。
本发明通过下述技术方案加以实现：一种可注射聚异丙基丙烯酰胺基液体血栓材料的制备方法，其特征在于包括以下过程：
(1)正丙基丙烯酰胺(NPAAm)的合成：
正丙胺溶于四氢呋喃中配制浓度为1～10mol/l溶液，在冰水浴中磁力搅拌下，按正丙胺与丙烯酰氯物质的量比为8∶1～1∶1滴加丙烯酰氯，反应完全后真空抽滤除去生成的胺盐，后旋转蒸发除去四氢呋喃可得液态正丙基丙烯酰胺。
(2)异丙基丙烯酰胺-正丙基丙烯酰胺-乙烯基吡咯烷酮共聚物(PNINAVP)的合成：
将异丙基丙烯酰胺、正丙基丙烯酰胺以及乙烯基吡咯烷酮按摩尔比为16∶(8～24)∶1溶于去离子水，制备成单体总质量含量为5％～20％的溶液；磁力搅拌下通氮气30min，加入各占单体总物质的量的0.3％～1％的引发剂过硫酸钾和促进剂四甲基乙二胺；水浴控温5～30℃，氮气保护下反应6～12h。反应结束后，混合液置入截留分子量为2000～5000的透析袋中精制，12h换一次水，透析5天后冷冻干燥得PNINAVP。
(3)含碘海醇的共聚物的配制：
按每毫升溶液含300毫克碘为标准，向步骤2制备的共聚物溶液中加入碘海醇，即1ml溶液中溶解646.5mg的碘海醇，该溶液再经120℃高温灭菌，即可使用。
上述方法制备的含碘海醇的PNINAVP可应用于栓塞猪脑畸网，进而可以应用于栓塞治疗人脑动静脉畸形。
发明的优点的在于，该共聚物的LCST可控制在32～36℃，接近体温，溶胶～凝胶转变可控制在30s之内，转变速度快。加入碘海醇的聚合物溶液在溶胶～凝胶转变过程中，聚合物和碘海醇结合在一起，利于材料在体内显影以及降低碘海醇的毒性。碘海醇的加入使聚合物溶液CP和LCST升高2～3℃，还增强了凝胶的强度，利于材料在体内避免误栓。
附图说明
图1为NPAAm的核磁氢谱。
图2为PNINAVP的三个实施例的核磁氢谱。
图3为PNINAVP的三个实施例的DSC图。
图4为含碘海醇的16∶16∶1 PNINAVP凝胶效果图。
图5为含碘海醇的PNINAVP的三个实施例的DSC图。
图6为含碘海醇的5％的16∶16∶1 PNINAVP栓塞猪脑畸网前的血管造影图
图7为含碘海醇的5％的16∶16∶1 PNINAVP栓塞猪脑畸网后的血管造影图
图2中异丙基丙烯酰胺上甲基氢峰位在1.150ppm附近。根据取代基的诱导效应和共轭效应，三个单体结构中只有正丙基丙烯酰胺上甲基氢的电负性低于1.150ppm，据此判定峰位在0.903ppm处的氢为正丙基丙烯酰胺上的甲基氢，这也与单体正丙基丙烯酰胺的核磁氢谱一致。另外，此处峰面积随加料比中正丙基丙烯酰胺含量的增加而增加的变化趋势也进一步证明这一点。峰位在3.350ppm附近的氢应为乙烯基吡咯烷酮上靠近氮原子的亚甲基上的氢。其余氢的峰位的判定都依据相关文献。根据以上分析，我们最终认定三种单体均参与共聚反应。
具体实施方式
实施例一：
将除水后的65.86ml正丙胺溶于160ml四氢呋喃中，冰水浴中磁力搅拌下，滴加32.47ml丙烯酰氯。反应完全后真空抽滤除去生成的胺盐，后旋转蒸发除去四氢呋喃可得液态正丙基丙烯酰胺(NPAAm)。
将异丙基丙烯酰胺1.8106g、正丙基丙烯酰胺1.8106g以及乙烯基吡咯烷酮0.1065ml溶于80ml去离子水；磁力搅拌下通氮气30min，加入过硫酸钾0.0268g和四甲基乙二胺0.0149ml；水浴控温20℃，氮气保护下反应8h。反应结束后，混和液置入透析袋中精制(截留分子量5000)，12h换一次水，透析5天后冷冻干燥得16∶16∶1的PNINAVP。
核磁氢谱检测：适量样品溶于氘代水(D2O)中，在核磁共振谱仪Varian UNITY plus 400上记录1H-NMR谱图，单体NPAAm采用氘代氯仿(CDCL3)为溶剂。如图1和图2所示。
DSC检测：称取一定量的共聚物配成质量浓度为5％的溶液，振荡均匀，静置12h得到浓溶液。在Elmer Perkin DSC-7示差扫描量热仪上测定的试样的热转变，温度范围定为0℃～70℃，升温速率5℃/min，如图3所示。
动态力学性能的检测：在旋转流变仪RELOGICA INSTRUMRENTS AB上采用Cone-Cup25磨具测定样品不同温度下的剪切储存模量和损耗模量，样品用量20ml，浓度5％，升温速率0.5℃/min。
目测法测量凝胶速度：将样品溶于去离子水中，浓度为5％，取0.4ml置于内径5mm的试管中，21.0℃水浴中恒温20分钟，36.5℃下测定溶胶～凝胶转变时间。溶胶～凝胶转变时间为样品倒置不流动时停止记时，即刻取出测定凝胶～溶胶转变时间，样品再次出现流动时停止记时。
取1.0g PNINAVP溶于20ml去离子水中，加入12.93g的碘海醇固体，得含碘海醇的聚合物溶液，DSC检测、动态力学性能的检测以及目测法测量凝胶速度与不含碘海醇的聚合物溶液相同。
含碘海醇的聚合物溶液可应用于栓塞猪脑畸网，如图6和图7。进而可以应用于栓塞治疗人脑动静脉畸形。
实施例二
单体正丙基丙烯酰胺合成同实施例一。
将异丙基丙烯酰胺0.9053g、正丙基丙烯酰胺1.3579g以及乙烯基吡咯烷酮0.0532ml溶于46ml去离子水；磁力搅拌下通氮气30min，加入过硫酸钾0.0166g和四甲基乙二胺0.0092ml；水浴控温20℃，氮气保护下反应8h。反应结束后，混和液置入透析袋中精制(截留分子量5000)，12h换一次水，透析5天后冷冻干燥得16∶24∶1的PNINAVP。
核磁氢谱检测：适量样品溶于氘代水(D2O)中，在核磁共振谱仪Varian UNITY plus 400上记录1H-NMR谱图，如图2所示。
DSC检测：称取一定量的共聚物配成质量浓度为5％的溶液，振荡均匀，静置12h得到浓溶液。在Elmer Perkin DSC-7示差扫描量热仪上测定的试样的热转变，温度范围定为0℃～70℃，升温速率5℃/min，如图3所示。
动态力学性能的检测：在旋转流变仪RELOGICA INSTRUMRENTS AB上采用Cone-Cup25磨具测定样品不同温度下的剪切储存模量和损耗模量，样品用量20ml，浓度5％，升温速率0.5℃/min。
目测法测量凝胶速度：将样品溶于去离子水中，浓度为5％，取0.4ml置于内径5mm的试管中，21.0℃水浴中恒温20分钟，36.5℃下测定溶胶～凝胶转变时间。溶胶～凝胶转变时间为样品倒置不流动时停止记时，即刻取出测定凝胶～溶胶转变时间，样品再次出现流动时停止记时。
取1.0g PNINAVP溶于20ml去离子水中，加入12.93g的碘海醇固体，得含碘海醇的聚合物溶液，DSC检测、动态力学性能的检测以及目测法测量凝胶速度与不含碘海醇的聚合物溶液相同。
含碘海醇的聚合物溶液可应用于栓塞猪脑畸网，进而可以应用于栓塞治疗人脑动静脉畸形。
实施例三
单体正丙基丙烯酰胺合成同实施例一。
将异丙基丙烯酰胺0.9053g、正丙基丙烯酰胺0.4526g以及乙烯基吡咯烷酮0.0532ml溶于28ml去离子水；磁力搅拌下通氮气30min，加入过硫酸钾0.0101g和四甲基乙二胺0.0056ml；水浴控温20℃，氮气保护下反应8h。反应结束后，混和液置入透析袋中精制(截留分子量5000)，12h换一次水，透析5天后冷冻干燥得16∶8∶1的PNINAVP。
核磁氢谱检测：适量样品溶于氘代水(D2O)中，在核磁共振谱仪Varian UNITY plus 400上记录1H-NMR谱图，如图2所示。
DSC检测：称取一定量的共聚物配成质量浓度为5％的溶液，振荡均匀，静置12h得到浓溶液。在Elmer Perkin DSC-7示差扫描量热仪上测定的试样的热转变，温度范围定为0℃～70℃，升温速率5℃/min，如图3所示。
动态力学性能的检测：在旋转流变仪RELOGICA INSTRUMRENTS AB上采用Cone-Cup25磨具测定样品不同温度下的剪切储存模量和损耗模量，样品用量20ml，浓度5％，升温速率0.5℃/min。
目测法测量凝胶速度：将样品溶于去离子水中，浓度为5％，取0.4ml置于内径5mm的试管中，21.0℃水浴中恒温20分钟，36.5℃下测定溶胶～凝胶转变时间。溶胶～凝胶转变时间为样品倒置不流动时停止记时，即刻取出测定凝胶～溶胶转变时间，样品再次出现流动时停止记时。
取1.0g PNINAVP溶于20ml去离子水中，加入12.93g的碘海醇固体，得含碘海醇的聚合物溶液，DSC检测、动态力学性能的检测以及目测法测量凝胶速度与不含碘海醇的聚合物溶液相同。
含碘海醇的16∶8∶1的聚合物溶液体外模拟实验证明该材料不能用于栓塞猪脑畸网。
上述实施例得到的含与不含碘海醇的PNINAVP的溶胶～凝胶及凝胶～溶胶转变时间如下表所示：
含与不含碘海醇的样品的相转变时间
| 样品名称 | 测定温度/℃ | 溶胶～凝胶/s | 凝胶～溶胶/s | 备注 |
| 16∶8∶1N16∶8∶1H16∶16∶1N16∶16∶1H16∶24∶1N16∶24∶1H | 36.536.536.536.536.536.5 | 21.8459.6416.6133.529.9320.39 | 6.789.033.9712.8710.59 | 倒置流动 |
注：N代表样品中不含碘海醇；H代表样品中含有碘海醇
Claims (2)
1.一种可注射异丙基丙烯酰胺三元共聚物血栓材料制备方法，其特征在于包括以下过程：
(1)正丙基丙烯酰胺的合成：
正丙胺溶于四氢呋喃中配制浓度为1～10mol/l溶液，在冰水浴中磁力搅拌下，按正丙胺与丙烯酰氯物质的量比为8∶1～1∶1滴加丙烯酰氯，反应完全后真空抽滤除去生成的胺盐，后旋转蒸发除去四氢呋喃可得液态正丙基丙烯酰胺；
(2)异丙基丙烯酰胺-正丙基丙烯酰胺-乙烯基吡咯烷酮共聚物的合成：
将异丙基丙烯酰胺、正丙基丙烯酰胺以及乙烯基吡咯烷酮按摩尔比为16∶(8～24)∶1溶于去离子水，制备成单体总质量含量为5％～20％的溶液；磁力搅拌下通氮气30min，加入各占单体总物质的量的0.3％～1％的引发剂过硫酸钾和促进剂四甲基乙二胺；水浴控温5～30℃，氮气保护下反应6～12h，反应结束后，混合液置入截留分子量为2000～5000的透析袋中精制，12h换一次水，透析5天后冷冻干燥得PNINAVP；
(3)含碘海醇的共聚物的配制：
按每毫升溶液含300毫克碘为标准，向步骤(2)制备的共聚物溶液中加入碘海醇，即1ml溶液中溶解646.5mg的碘海醇，该溶液再经120℃高温灭菌，即可使用。
2.权利要求1所制备的异丙基丙烯酰胺三元共聚物血栓材料应用，其特征在于栓塞猪脑畸网，进而可以应用于栓塞治疗人脑动静脉畸形。
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