用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及的用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料及其制备方法，本发明制备两种体系，海藻酸钠体系和交联剂体系，并通过三通针头将两种组份混匀，经一定时间平衡后制备用于心衰/心梗辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料，本发明采用的材料及加工工艺中不涉及有机试剂或有机化学反应，反应体系温和，条件可控，不存在毒性交联剂或助剂等残留问题，通过本技术方案制备出的水凝胶，采用过271/2号针头进行注射到心衰后发生球形扩张的心肌壁中，可帮助心室的重新塑形，有效减少心室尺寸，降低室壁张力，可用于心衰的辅助治疗，材料具有良好的力学性能和生物学性能，细胞相容性良好，操作简便可靠。
【专利说明】用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于心衰辅助治疗的生物材料，特别是涉及一种用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]心力衰竭又称心功能不全是指在适量静脉回流的情况下，心脏不能排出足够血量致周围组织灌注不足和肺循环及体循环静脉淤血，从而出现的一系列症状和体征，心瓣膜疾病、冠状动脉硬化、高血压、内分泌疾患、细菌毒素、急性肺梗塞、肺气肿或其他慢性肺脏疾患等均可引起心脏病从而诱发心力衰竭。上述各种诱因造成的初始心肌损伤可引起心肌梗死、左心室肥厚和重构、左心功能减退等，并进一步发展至心衰的症状和体征，最终因顽固难治性心衰而死亡，一般地，心力衰竭的发展是不可逆行为，一旦发生后，即使没有新的心肌损伤、临床病情稳定，仍会因心肌重构而进行性向前发展，直至达到终末期心衰。
[0003]心力衰竭在人群中发病率约为1.5%_2%，65岁以上群体的发病率高达6%_10%，其5年存活率与恶性肿瘤相当，心衰的恶性累进以及心脏重塑的一个最主要的表现便是左心室几何形态和结构的改变，如心室扩张、肥大、球形膨大，而左心室的扩张则进一步加剧患者临床病症的恶化；药物治疗是目前心衰治疗的标准策略，但无法遏制左室功能的持续衰减及临床指征持续恶化；除药物治疗外，现有的几种理疗方式还包括左心室辅助装置、双心室起搏器以及最终的心脏移植，然而，由于上述临床干预手段均有多种局限如供体来源、多种临床并发症以及治疗成本昂贵等，难以普及推广。临床研究业已证实，心室扩张与心衰之间存在密切的因果关系，因此，如何减轻或阻止心室的恶性扩张是心衰治疗亟需解决的重要问题。若一种治疗策略可以有效减轻或抑制左室扩张及球形膨胀，将有望为心衰的治疗提供一种全新的治疗手段。
[0004]海藻酸基生物材料植入左室心肌壁中，作为“假体支架”起到力学支撑作用，由于其对于生化作用和生物代谢具有相对惰性，因此，可作为惰性假体物质长期存在于填充部位；最新研究显示，将海藻酸基生物材料经交联后形成水凝胶，注射到心衰动物的左心室室壁中，可改善心室结构并提高心脏功能，该水凝胶注射后具有良好的组织支撑功能，可增加室壁厚度减少左心室的扩张尺寸，降低左心室的室壁应力加射血分数，减轻左心室的球形扩张并改善心脏功能，从而阻止甚至逆转心衰的持续恶化。心肌组织的重建是治疗心肌梗死、心力衰竭以及其他心肌病等新兴策略，而支架材料的选择是其中的主要影响因素；将海藻酸、透明质酸部分氧化或联氨化后获得衍生物Alg-Ald和HyA-Ald，并以此为原料制备可注射水凝胶，将体外培养的胎鼠心脏细胞(NRHC)接种到水凝胶支架内部，体外构建组织工程化心肌组织；生物反应器中培养14d后，荧光显微镜观察结果显示细胞无粘附、迁移或伸长等现象，在凝胶内部呈球形 规则分布，施加外力作用后可观察到细胞的搏动，其行为与生理搏动类似。由此，他们认为这类原位交联的水凝胶支架可用于改善或提高心肌功能，有望作为一种新策略用于心肌组织损伤的修复重建。[0005]多项研究也已证实交联海藻酸水凝胶用于心梗或心衰动物模型不会导致死亡、体重减少、临床病理学改变 等不良反应，虽然在手术期有短暂的心律失调但会很快消失，植入部位有轻微或中度的炎症反应但属于正常的“异物反应”可被机体良好耐受。海藻酸水凝胶植入心肌壁后，可以有效增加室壁厚度，减少心室尺寸并提高血管化程度，而且能相对长期存在于心肌组织从而保持长效的力学支撑作用，改善心脏功能。由此可以推断，医用海藻酸基生物材料作为治疗心衰的新策略主要基于其力学的空间支撑功能对受损心肌部位的空间结构进行调整，从而减轻/阻断心肌病理性重构的恶化，与海藻酸基生物材料的药理学、免疫学或生物学活性无关，目前这一策略在动物实验水平取得了重要进展但尚处于研究阶段，国内外均无相关上市产品。
[0006]综上，上述多项研究中业已证实，海藻酸或海藻酸与胶原蛋白、明胶等制备的凝胶对于心梗动物模型具有一定的治疗作用，但在心衰治疗的应用仍鲜有报导，此外，上述常用方法制备的海藻酸水凝胶在体内存留一段时间后仍会被吸收，其组织支撑及充填效果仍需加强，并且注入心肌组织后仍有较高几率导致心律失调，同时具有一定的风险隐患；将胶原蛋白、明胶等物质引入海藻酸水凝胶体系，虽然可部分改善结构和功能，由于胶原蛋白及其降解产物多肽等物质具有生物学活性和免疫原性，仍有引发免疫反应及干扰心肌正常信号传导的风险，动物模型试验中心律失调比例增高也证实了这一点。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料及其制备方法，在海藻酸钠体系和交联剂体系下，经三通针头将两种组份混匀，在一定时间平衡后，制备用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料，反应体系温和，条件可控，无毒性交联剂或助剂等残留问题，生物安全性高、力学性能良好，操作简单。
[0008]本发明涉及一种用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料，所述生物材料中由海藻酸钠体系和交联剂体系两部分材料组成，所述海藻酸钠体系的海藻酸钠重均分子量为5 — 20万Da，浓度为0.5 — 3.0% ;所述交联剂体系是由浓度为I 一 5.0 %的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系和海藻酸钙体系中任意一个以上的组合而成。
[0009]所述交联剂体系的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系和海藻酸钙体系中固体颗粒粒径为10 - 200 μ m。
[0010]本发明涉及一种用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法，并且按以下步骤在无菌条件下进行。
[0011]I)第一步:海藻酸钠体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的海藻酸钠原料(重均分子量为5 — 20万Da)溶于注射用水或生理盐水或注射用水一甘露醇溶液中，室温条件下充分溶解，配制成浓度为0.5 — 3.0%的溶液。
[0012]2)第二步:交联体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系、海藻酸钙体系等溶于注射用水或生理盐水或注射用水一甘露醇溶液中，浓度为I 一 5.0%，其中的固体颗粒粒径为10 -200 μ m。
[0013]3)第三步:无菌条件下，将制备的上述海藻酸钠体系和交联体系分别灌装到无菌注射器或传输系统中，通过三通针头混匀并将混合物转移到无菌容器中，混匀过程匀速、缓慢；海藻酸钠体系和交联体系比例:1:1—4:1，在室温平衡2 - 50min可形成稳定的水凝胶。
[0014] 在上述步聚3中，通过三通针头将两种组份混匀平衡后制备成的水凝胶能够通过271/2号针头进行注射。
[0015]本发明采用的材料及加工方法中不涉及有机试剂或有机化学反应，反应体系温和，条件可控，不存在毒性交联剂或助剂等残留问题。海藻酸钠体系和交联剂体系反应彻底，无交联剂残留问题。所用材料、试剂等均具有良好的生物安全性，大大降低了临床应用的安全性。此外，本发明减少了目前常用的交联工艺方法中存在的交联剂毒性较大、反应体系有机试剂残留、反应过快或过慢导致的反应不均等问题，工艺方法简单可控，大幅度降低了制备过程中风险管理的难度。
[0016]通过本发明的制备方法生产出的用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料，而形成的可注射型海藻酸基生物材料具有良好的力学性能，亲水性良好，有很强的吸水性和保水性，通过介入手段植入心壁后可形成粘弹性良好的胶体，不仅具有良好的组织充填作用而且能保持较好的组织塑形性，与周围组织相容性良好，能相对长期存在于心肌组织但不引起异物反应，从而保持长期的心壁填充塑形作用，改善心肌功能。
[0017]通过本发明的技术方案进行制备出的水凝胶采用过271/2号针头进行注射到心衰后发生球形扩张的心肌壁中，可帮助心室的重新塑形，有效减少心室尺寸，降低室壁张力，可用于心衰的辅助治疗。
[0018]亲水性实验。
[0019]将按本工艺制备的可注射型海藻酸基生物材料真空干燥后，制成厚度适宜的薄片或膜，用表面接触角测定仪悬滴法测定其表面接触角，检测其亲水性。
[0020]溶胀性实验。
[0021]将按本工艺制备的可注射型海藻酸基生物材料试样称重后，浸入25°C的注射用水中，于恒温下浸泡溶胀，每隔一定时间后取出称重(每次称重要用滤纸擦去表面液体)，立即放入已知重量的称量瓶中，称重，直至其溶胀平衡为止。按下式计算溶胀度
Q:Q=w2/ wl 式中wl和w2分别为溶胀前、后试样的重量。
[0022]细胞毒性实验。
[0023]将按本工艺制备的可注射型海藻酸基生物材料试样制备浸提液，采用L929细胞株，根据GB/T 16886.5-2003规定的标准方法检测细胞增殖率，评价材料的细胞毒性。
[0024]心肌细胞相容性实验。
[0025]将按本工艺制备的可注射型海藻酸基生物材料试样制备浸提液，体外培养心肌细胞，根据GB/T 16886.5-2003规定的标准方法检测细胞增殖率，评价材料的心肌细胞相容性。
[0026]本发明中所述的制备方法，整个过程为严格的过程无菌控制，所得的可注射型水凝胶，即海藻酸基生物材料为无菌材料。
[0027]采用上述技术方案后的有益效果是:一种用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料及其制备方法，通过本技术方案，有益效果在是。
[0028]1.本发明采用的材料及加工工艺方法中不涉及有机试剂或有机化学反应，反应体系温和，条件可控，不存在毒性交联剂或助剂等残留问题；
2.本发明采用的海藻酸钠体系和交联剂体系反应彻底，无交联剂残留问题；
3.本发明所采用的全部材料或试剂均具有良好的生物安全性，大大降低了临床应用的安全性，并且通过本技术方案，大大减少了目前交联工艺方法中存在的交联剂毒性较大、反应体系有机试剂残留、反应过快或过慢导致的反应不均等问题，工艺方法简单可控，大幅度降低了制备过程中风险管理的难度。
[0029]4.本发明形成的可注射型海藻酸基生物材料具有良好的力学性能，亲水性良好，有很强的吸水性和保水性，压缩回弹性能良好，基本无细胞毒性，且与心肌细胞具有良好的相容性。
[0030]5.本发明的制备工艺中通过介入手段植入心壁后可形成粘弹性良好的胶体，不仅具有良好的组织充填作用而且能保持较好的组织塑形性，与周围组织相容性良好，能相对长期存在于心肌组织但不引起异物反应，从而保持长期的心壁填充塑形作用，改善心肌功倉泛。
[0031]6.通过本发明的技术方案进行制备出的水凝胶采用过271/2号针头进行注射到心衰后发生球形扩张的心肌壁中，可帮助心室的重新塑形，有效减少心室尺寸，降低室壁张力，可用于心衰的辅助治疗。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1.本发明用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的环境扫描电镜图片。
[0033]图2.本发明的实施例中材料的吸水性实验结果图。
`[0034]图3.本发明的实施例中材料的溶胀度实验结果图。
[0035]图4.本发明的实施例中材料的细胞毒性实验结果图。
[0036]图5.本发明的实施例的心肌细胞相容性实验结果图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的详细阐述。
[0038]本发明涉及的用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料，所述生物材料中由海藻酸钠体系和交联剂体系两部分材料组成,所述海藻酸钠体系的海藻酸钠重均分子量为5 - 20万Da，浓度为0.5 — 3.0% ;所述交联剂体系是由浓度为I 一 5.0%的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系和海藻酸钙体系中任意一个以上的组合而成。
[0039]所述交联剂体系的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系和海藻酸钙体系中固体颗粒粒径为10 - 200 μ m。
[0040]本发明涉及的用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法，并且按以下步骤在无菌条件下进行。
[0041]I)第一步:海藻酸钠体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的海藻酸钠原料(重均分子量为5 - 20万Da)溶于注射用水、生理盐水或注射用水一甘露醇溶液中，室温条件下充分溶解，配制成浓度为0.5 — 3.0%的溶液。[0042]2)第二步:交联体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系、海藻酸钙体系等溶于注射用水或生理盐水或注射用水一甘露醇溶液中，浓度为I 一 5.0%，其中的固体颗粒粒径为10 -200 μ m。最终交联体系为上述一种或多种体系的组合，包括且不限于上述体系。
[0043]3)第三步:无菌条件下，将制备的上述海藻酸钠体系和交联体系分别灌装到无菌注射器或传输系统中，通过三通针头混匀并将混合物转移到无菌容器中，混匀过程匀速、缓慢；海藻酸钠体系和交联体系比例:1:1—4:1，在室温平衡2 - 50min可形成稳定的水凝胶。
[0044]在上述步聚3中，通过三通针头将两种组份混匀平衡后制备成的水凝胶能够通过271/2号针头进行注射。
[0045]在经过大量的实验中发现，本发明的用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料，采用无菌无热原重均分子量为5万Da的海藻酸钠原料进行配制时，在室温平衡40min可形成稳定凝胶，并且凝胶力学性能相对较低，成形性欠佳，虽然可以顺利通过针头注入心肌，但考虑到其成凝胶所需的稳定时间较长，所需术前准备时间较长，给临床应用造成了一定程度的不便；无菌无热原重均分子量为20万Da的海藻酸钠原料进行配制时，在室温平衡I min可形成稳定凝胶，虽然凝胶力学性能较强，具有很好的组织支撑作用，但由于凝胶化时间较短，因此两种体系的混匀操作可控性欠佳且临床操作便捷性需要改善。
[0046]实施例1。
[0047]本发明用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法如下。
[0048]第一步:海藻酸钠体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原重均分子量为18万Da的海藻酸钠原料溶于注射用水一甘露醇`溶液中，室温条件下充分溶解，配制成浓度为2.0%的溶液。
[0049]第二步:交联体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的醛基化海藻酸衍生物体一海藻酸钙复合体系分散于注射用水一甘露醇溶液中，终浓度为2.0%，其中的固体颗粒粒径为70 - 200 μ m。
[0050]第三步:无菌条件下，将制备的上述海藻酸钠体系和交联体系分别灌装到3ml无菌注射器中，通过三通针头混匀并逐渐滴加到无菌培养板中，混匀过程匀速、缓慢；海藻酸钠体系和交联体系比例:1。
[0051]第四步:无菌条件下，室温平衡IOmin可形成稳定凝胶。
[0052]实施例2。
[0053]本发明用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法如下。
[0054]第一步:同实施例1。
[0055]第二步:交联体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的醛基化海藻酸衍生物体一海藻酸钙复合体系分散于注射用水一甘露醇溶液中，终浓度为3.0%，其中的固体颗粒粒径为70 - 200 μ m。
[0056]第三步:同实施例1。
[0057]第四步:无菌条件下，室温平衡6 min可形成稳定凝胶。
[0058]实施例3。
[0059]本发明用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法如下。[0060]第一步:同实施例1。
[0061]第二步:交联体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的海藻酸钙分散于注射用水一甘露醇溶液中，终浓度为4.0%，其中的固体颗粒粒径为80 - 150 μ m0
[0062]第三步:无菌条件下，将制备的上述海藻酸钠体系和交联体系分别灌装到3ml无菌注射器中，通过三通针头混匀并逐渐滴加到无菌培养板中，混匀过程匀速、缓慢；海藻酸钠体系和交联体系比例:1。
[0063]第四步:无菌条件下，室温平衡3min可形成稳定凝胶。
[0064]实施例4。
[0065]本发明用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法如下。
[0066]第一步:海藻酸钠体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的海藻酸钠原料(重均分子量为12万Da)溶于注射用水溶液中，室温条件下充分溶解，配制成浓度为2.5 %的溶液。
[0067]第二步:交联体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的醛基化海藻酸衍生物体一海藻酸钙复合体系分散于注射用水溶液中，终浓度为3.5%，其中的固体颗粒粒径为70 一 200 u π?ο
[0068]第三步:海藻酸钠体系和交联体系比例:1:2，其他同实施例1。
[0069]第四步:无菌条件下，室温平衡12min可形成稳定凝胶。
[0070]实施例5。
[0071]本发明用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法如下。
[0072]第一步:同实施例4。
[0073]第二步:溶剂体系为注射用水,其他同实施例3。
[0074]第三步:同实施例1。
[0075]第四步:无菌条件下，室温平衡18 min可形成稳定凝胶。
[0076]实施例6。
[0077]本发明用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法如下。
[0078]第一步:海藻酸钠体系浓度为2.0%，其余同实施例4。
[0079]第二步:溶剂体系为注射用水，交联体系终浓度为2.0%，其余同实施例3。
[0080]第三步:同实施例4。
[0081]第四步:无菌条件下，室温平衡IOmin可形成稳定凝胶。
[0082]按照
【发明内容】
所述的制备方法制备而成的上述I~6实施例中制备的6种材料进行亲水性、溶胀性、细胞毒性以及心肌细胞相容性实验，结果显示，本发明制备的材料具有良好的亲水性，溶胀6h后达到平衡， 溶胀率为10~35，无细胞毒性，与心肌细胞相容性良好，用于心衰的辅助治疗具有良好的安全性。
[0083]以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料，其特征在于，所述生物材料中由海藻酸钠体系和交联剂体系两部分材料组成，所述海藻酸钠体系的海藻酸钠重均分子量为5 — 20万Da，浓度为0.5 — 3.0% ;所述交联剂体系是由浓度为I 一 5.0%的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系和海藻酸钙体系中任意一个以上的组合而成。
2.根据权利要求1所述的用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料，其特征在于，所述交联剂体系的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系和海藻酸钙体系中固体颗粒粒径为10 - 200 μ m。
3.一种用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤在无菌条件下进行: 1)第一步，海藻酸钠体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的海藻酸钠原料，重均分子量为5 — 20万Da，溶于注射用水或生理盐水或注射用水一甘露醇溶液中，室温条件下充分溶解，配制成浓度为0.5 — 3.0%的溶液； 2)第二步，交联体系的制备:无菌条件下，将无菌无热原的葡萄糖内酯一碳酸钙体系、葡萄糖内酯一硫酸钙体系、醛基化海藻酸衍生物体系、海藻酸钙体系等溶于注射用水或生理盐水或注射用水一甘露醇溶液中，浓度为I 一 5.0%，其中的固体颗粒粒径为10 -200 μ m ； 3)第三步，无菌条件下，将制备的上述海藻酸钠体系和交联体系分别灌装到无菌注射器或传输系统中，通过三通针头混匀并将混合物转移到无菌容器中，混匀过程匀速、缓慢；海藻酸钠体系和交联体系比例:1:1—4:1，在室温平衡2 - 50min可形成稳定的水凝胶。
4.根据权利要求3所述的用于心衰辅助治疗的可注射型海藻酸基生物材料的制备方法，其特征在于，在上述步聚3 中，通过三通针头将两种组份混匀平衡后制备成的水凝胶能够通过271/2号针头进行注射。
【文档编号】A61L27/52GK103480037SQ201310401817
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】奚廷斐, 位晓娟, 顾其胜 申请人:奚廷斐