一种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料及其制备方法和应用，该材料由氨基化明胶、氧化葡聚糖、己二酸二酰肼制得的水凝胶、抗生素及负载生长因子的PLGA微球组成。本发明制备的水凝胶材料具有自愈合与有序释放功能，其抗生素释放较快，可实现快速消炎作用，而包载在微球中的生长因子缓慢释放，可诱导组织再生，适用于皮肤组织、牙周组织、软骨组织等病缺损组织的修复。
【专利说明】
一种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料
技术领域
[0001]本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]组织病缺损常伴随感染，要实现病缺损组织的再生性修复，首先要消除炎症。因此，临床急需开发一种可实现生长因子与抗生素有序释放的药物载体，从而在快速抑制炎症的同时持续诱导病缺损组织的再生修复。
[0003]高分子水凝胶是亲水的聚合物网络，能吸收大量水分，同时由于聚合物链间的物理和化学交联作用而不溶于水，具有维持其形状和三维空间网络结构的功能。可注射水凝胶在药物载体、组织修复、细胞移植等生物医学领域有着广泛的应用。目前，可注射水凝胶采用的天然高分子材料包括胶原、明胶、透明质酸、壳聚糖和葡聚糖等。然而，注入生物体后的水凝胶由于易受到外力挤压、体液侵蚀以及其他化学物质的侵入而受损，形成微观裂纹，从而影响凝胶结构的完整性和力学性能，缩短凝胶寿命。而自愈合水凝胶的出现有望修复该类材料的微观裂纹，恢复凝胶原有的力学和生物学功能，延长凝胶寿命。
[0004]本发明结合自愈合水凝胶与药物有序释放系统的优点，利用氨基化明胶、氧化葡聚糖与己二酸二酰肼制备的可注射自愈合水凝胶负载抗生素与载生长因子的PLGA微球，构建出一种可可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料，其可维持凝胶原有的力学和生物学功能且实现快速消炎与持续诱导病缺损组织修复的目的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料，其不仅具有自愈合功能，可自我修复凝胶的微观裂纹，恢复凝胶原有的力学和生物学功能，延长凝胶寿命，并能实现抗生素与生长因子的有序释放，快速抑制炎症的同时持续诱导病缺损组织修复。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料，其是由氨基化明胶、氧化葡聚糖、己二酸二酰肼制得的水凝胶、抗生素及负载生长因子的PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)微球组成;其中，抗生素的浓度为0.01-1 g/mL;PLGA微球的浓度为5-25 mg/m。
[0007]所述水凝胶中氨基化明胶、己二酸二酰肼和氧化葡聚糖的总质量分数为5?20%;其中，氨基化明胶与氧化葡聚糖的质量比为1:4-10:1，己二酸二酰肼与氧化葡聚糖的质量比为1:5-1:40。
[0008]所述抗生素为作用于G+或G—细菌的任意一种水溶性抗生素，包括β-内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类、四环素类、氯霉素类。
[0009]所述生长因子为碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子、表皮生长因子、骨形态发生蛋白、胰岛素样生长因子、血小板衍生生长因子、血管内皮生长因子中的任意一种。
[0010]所述PLGA的粘度为0.4-2.0dL/g;其中，乳酸与羟基乙酸的摩尔百分比为50: 50-85:15。
[0011]所述可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤:
1)以1-50yg/mL生长因子的水溶液为内水相、30-80 mg/mL PLGA的二氯甲烷溶液为油相、l-5wt°/4^PVA水溶液为外水相，通过复乳法制备负载生长因子的PLGA微球；
2)在5-20^%的明胶溶液中加入其体积2.5-6.5%的乙二胺，混合均匀后调节溶液pH为
4.0-6.0，然后按0.5-2 g/L的量加入EDC，反应体系在37°C反应2-8 h后，去离子水中透析，冷冻干燥，得到氨基化明胶；
3)在5-20的％的葡聚糖溶液中按0.05-0.2g/L的量加入高碘酸钠，42°C避光反应4_16h后，按与葡聚糖溶液的体积比为1:4-1: 20加入二乙二醇终止反应，去离子水中透析，冷冻干燥，得到氧化葡聚糖；
4)将氨基化明胶和己二酸二酰肼溶解于磷酸缓冲液中，再加入0.5-10mg/mL抗生素和1-20 mg/mL负载生长因子的PLGA微球，混合均匀后加入氧化葡聚糖，静置0.5-20 min后得到所述注射型自愈合水凝胶材料。
[0012]所述可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料可用于制备病缺损皮肤组织、牙周组织或软骨组织修复载体材料。
[0013]本发明的显著优点在于:本发明制备的自愈合水凝胶材料具有良好的生物相容性、生物可降解性和自我愈合性，可减少生长因子的突释，并可实现抗生素的快速释放与生长因子的缓慢释放，在达到快速消炎的同时持续诱导病缺损组织修复。
【附图说明】
[0014]图1是本发明注射型自愈合水凝胶材料的SEM图。
[0015]图2是本发明注射型自愈合水凝胶材料的抑菌图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合【具体实施方式】对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
[0017]实施例1:一种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料的制备方法
1)以5yg/mL bFGF的水溶液为内水相、40 mg/mL PLGA的二氯甲烷溶液为油相、2被％的PVA水溶液为外水相，通过复乳法制备负载生长因子的PLGA微球；
2)在10的％的明胶溶液中加入18mL乙二胺，混合均匀后加入浓盐酸调节pH为5.0，然后加入5.35g EDC，反应体系在37 °C反应6 h后，去离子水中透析、冷冻干燥，得到氨基化明胶；
3)在10wt%的葡聚糖溶液中加入3為高碘酸钠，42°(:避光反应8h后，加入10 mL二乙二醇终止反应，去离子水中透析、冷冻干燥，得到氧化葡聚糖；
4)将75mg氨基化明胶和5 mg己二酸二酰肼溶解于磷酸缓冲液中，再加入Img抗生素和2 mg负载生长因子的PLGA微球，混合均匀后加入75 mg氧化葡聚糖，静置20 min后得到所述注射型自愈合水凝胶材料。
[0018]实施例2:—种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料的制备方法 1)以Iyg/mL bFGF的水溶液为内水相、30 mg/mL PLGA的二氯甲烷溶液为油相、1被％的PVA水溶液为外水相，通过复乳法制备负载生长因子的PLGA微球；
2)在5的%的明胶溶液中加入1mL乙二胺，混合均匀后加入浓盐酸调节pH为6.0，然后加入1.35g E:DC，反应体系在37°C反应4 h后，去离子水中透析、冷冻干燥，得到氨基化明胶；
3)在5wt%的葡聚糖溶液中加入1.5g高碘酸钠，42°C避光反应6h后，加入2 mL二乙二醇终止反应，去离子水中透析、冷冻干燥，得到氧化葡聚糖；
4)将50mg氨基化明胶和I mg己二酸二酰肼溶解于磷酸缓冲液中，再加入Img抗生素和2 mg负载生长因子的PLGA微球，混合均匀后加入50 mg氧化葡聚糖，静置0.5 min后得到所述注射型自愈合水凝胶材料。
[0019]实施例3:—种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料的制备方法
1)以10yg/mL hEGF的水溶液为内水相、80 mg/mL PLGA的二氯甲烷溶液为油相、2wt%的PVA水溶液为外水相，通过复乳法制备负载生长因子的PLGA微球；
2)在20的％的明胶溶液中加入25mL乙二胺，混合均匀后加入浓盐酸调节pH为4.0，然后加入8.0g E:DC，反应体系在37°C反应8 h后，去离子水中透析、冷冻干燥，得到氨基化明胶；
3)在20wt%的葡聚糖溶液中加入6g高碘酸钠，42°C避光反应8h后，加入1mL二乙二醇终止反应，去离子水中透析、冷冻干燥，得到氧化葡聚糖；
4)将10mg氨基化明胶和5mg己二酸二酰肼溶解于磷酸缓冲液中，再加入Img抗生素和2 mg负载生长因子的PLGA微球，混合均匀后加入50mg氧化葡聚糖，静置20 min后得到所述注射型自愈合水凝胶材料。
[0020]图1是本发明注射型自愈合水凝胶材料的SEM图。从图1中可以看出，微球均匀分布在水凝胶的多孔结构中。
[0021]实施例4:抑菌实验
1)将金黄色葡萄球菌在37°C培养箱(80%N2，10%C02，10%H2)中培养24 h，挑取单个细菌克隆，用无菌生理盐水稀释成菌浊液，并调整细菌浓度为5000 CFU；
2)将生理盐水菌浊液均匀涂布于培养皿上，约干燥后，将直径为6mm的无菌注射型自愈合水凝胶材料置于培养皿表面;并以不加抗生素的水凝胶作为阴性对照；
3)将培养皿放置于培养箱中过夜观察测量抑菌圈大小，其结果见图2。
[0022]实验结果显示，在培养12h后，注射型自愈合水凝胶材料有部分降解，但与阴性对照相比，其具有明显的抑菌效果，抑菌圈大小在10 mm左右。
[0023]实施例5:细胞增殖实验
1)3T3 NIH细胞培养至对数期后消化、离心，用培养基重新悬浮后待用。
[0024]2)用完全培养基分别配制氧化葡聚糖、氨基化明胶、己二酸二酰肼溶液，在超净台中用0.22 Mi微孔过滤器过滤溶液除菌。
[0025]3)按照氨基化明胶、氧化葡聚糖、己二酸二酰肼的质量比为100:50:5配制混合溶液，按照500万/mL的细胞密度将细胞悬浮液加入到上述混合溶液中，迅速混匀，用移液枪按照300此/孔的密度加到48孔板中，之后在凝胶表面加入100此完全培养基浸泡，置于37°C ,5%CC^旦温培养箱中培养。
[0026]4)加入培养基培养15 h后，吸出培养基，PBS洗涤3遍，2.5%的戊二醛固定0.5 h，再用PBS除去残余的戊二醛，冷冻干燥后喷金，扫描电子显微镜观察细胞在水凝胶上的生长状??τ O
[0027]实验结果:3T3NIH细胞可粘附于水凝胶上，并在其孔状结构中生长，水凝胶具有促进3T3 NIH细胞粘附、生长的功能，说明其具有良好的生物相容性。
[0028]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料，其特征在于:其是由氨基化明胶、氧化葡聚糖、己二酸二酰肼制得的水凝胶、抗生素及负载生长因子的PLGA微球组成； 其中，抗生素的浓度为0.01-1 g/mL;PLGA微球的浓度为5-25 mg/mL。2.根据权利要求1所述可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料，其特征在于:所述水凝胶中氨基化明胶、己二酸二酰肼和氧化葡聚糖的总质量分数为5?20%;其中，氨基化明胶与氧化葡聚糖的质量比为1:4-10:1，己二酸二酰肼与氧化葡聚糖的质量比为1:5-1:40 ο3.根据权利要求1所述可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料，其特征在于:所述抗生素为作用于G+或G—细菌的任意一种水溶性抗生素，包括β-内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类、四环素类、氯霉素类。4.根据权利要求1所述可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料，其特征在于:所述生长因子为碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子、表皮生长因子、骨形态发生蛋白、胰岛素样生长因子、血小板衍生生长因子、血管内皮生长因子中的任意一种。5.根据权利要求1所述可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料，其特征在于:所述PLGA的粘度为0.4-2.0 dL/g;其中，乳酸与羟基乙酸的摩尔百分比为50:50-85:15。6.—种如权利要求1所述可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)以1-50yg/mL生长因子的水溶液为内水相、30-80 mg/mL PLGA的二氯甲烷溶液为油相、l-5wt°/4^PVA水溶液为外水相，通过复乳法制备负载生长因子的PLGA微球； 2)在5-20^%的明胶溶液中加入其体积2.5-6.5%的乙二胺，混合均匀后调节溶液pH为4.0-6.0，然后按0.5-2 g/L的量加入EDC，反应体系在37°C反应2-8 h后，去离子水中透析，冷冻干燥，得到氨基化明胶； 3)在5-20的％的葡聚糖溶液中按0.05-0.2g/L的量加入高碘酸钠，42°C避光反应4_16h后，按与葡聚糖溶液的体积比为1:4-1: 20加入二乙二醇终止反应，去离子水中透析，冷冻干燥，得到氧化葡聚糖； 4)将氨基化明胶和己二酸二酰肼溶解于磷酸缓冲液中，再加入0.5-10mg/mL抗生素和1-20 mg/mL负载生长因子的PLGA微球，混合均匀后加入氧化葡聚糖，静置0.5-20 min后得到所述注射型自愈合水凝胶材料。7.—种如权利要求1所述可实现药物有序释放的注射型自愈合水凝胶材料的应用，其特征在于:用于制备病缺损皮肤组织、牙周组织或软骨组织修复载体材料。
【文档编号】A61L27/58GK105833346SQ201610209378
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】陈名懋, 曹欢, 张其清, 刘园园, 宋飞飞, 程翠
【申请人】福州大学