高分子水凝胶、其制备方法及其应用
【专利摘要】本发明涉及一种高分子水凝胶，其中所述的高分子水凝胶包括嵌段共聚合物、环状单聚物及药物，所述的嵌段共聚合物包括6000Da的聚甲苯硼酸－聚异丙基丙烯酰胺。采用了该发明中的高分子水凝胶，此产品为皮下可注射型智能胰岛素凝胶，可根据植入体血糖浓度的变化来控制胰岛素的释放，维持血糖浓度在一个健康的水平上。有效的解决了传统皮下每天多次注射胰岛素的对患者带来的不便，其中所研发的材料是经过美国FDA批准的生物相容性优良的，生物体可降解高分子材料，安全无毒副作用。
【专利说明】
高分子水凝胶、其制备方法及其应用
技术领域
[0001] 本发明设及生物医药领域，尤其设及纳米药物，具体是指一种高分子水凝胶、其制 备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 糖尿病是由于体内缺乏膜岛素及机体细胞应用膜岛素的能力降低所导致的一种 疾病。正常情况下，膜岛素是由膜腺中一种特殊的细胞分泌的，同时，膜腺还分泌一些其他 调控食物吸收的物质。膜岛素是体内对血糖水平进行调控的最重要的物质。糖尿病除了影 响血糖水平，还会影响到脂类调控，因此II型糖尿病患者往往合并肥胖和高血压。糖尿病发 展到后来会损害机体的很多脏器如:眼，肾，神经，屯、脏和足。目前所有的治疗方案要求在皮 下注射膜岛素，因为目前还没有更有效的膜岛素给药途径。膜岛素治疗方案从每日一次给 药至四次W上药。目前市场上有很多膜岛素给药装置及膜岛素累，提高了膜岛素注射的方 便性。但是糖尿病属于膜岛素依赖型疾病，需要长期每天Ξ次W上注射给药，长期一日多次 的注射，给患者造成不便和痛苦。运种方法需要病人除了要忍受每天多次注射疼痛外，同时 会带来许多并发症，如注射时损伤皮下毛细血管造成皮肤青肿；长期皮下注射一个部位可 诱导膜岛素刺激皮下脂肪增生肥大或杂质刺激皮肤痊痒，红斑，皮疹，皮下硬结等过敏反 应;另外由于病人本人操作不当导致皮肤感染，膜岛素水肿等状况。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现长效缓释的高 分子水凝胶、其制备方法及其应用。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的高分子水凝胶、其制备方法及其应用具有如下构成：
[0005] 该高分子水凝胶、其制备方法及其应用，其主要特点是，所述的高分子水凝胶包括 嵌段共聚合物、环状单聚物及药物，其中所述的嵌段共聚合物包括6000化的聚甲苯棚酸一 聚异丙基丙締酷胺。
[0006] 优选地，所述的聚异丙基丙締酷胺的分子量为5500化。
[0007] 更优选地，所述的药物为膜岛素。
[000引进一步优选地，所述的环状单聚物为环糊精。
[0009]更进一步优选地，所述的嵌段共聚合物的化学结构式为：
[0013] 进一步地，所述的水凝胶在低于25°C的低溫环境下位胶状液体，达到人体溫度时 力学强度大大增加，转变为准固态形态。
[0014] 最优选地，所述的嵌段共聚合物与所述的环状单聚物通过多棚酸和多二醇形成喷 酸醋键而形成水凝胶结构。
[0015] -种所述的高分子水凝胶的制备方法，所述的制备方法包括：
[0016] (1)将所述的嵌段共聚合物溶解于50mg/mL的PBS，4°C下静置得到溶液A;
[0017] (2)将环状单聚物溶于Img/mL的PBS，4°C下静置得到溶液B;
[001引（3)将所述的药物溶于25mg/mL的DMS0,4°C下静置得到溶液C;
[0019] (4)将所述的溶液A2mL、溶液BlmL及溶液C0.5mL，4°C下混合均匀得到高分子水凝 胶。
[0020]优选地，所述的制备方法包括:使用所述的高分子水凝胶前升溫至25°CW上，5~ 10min〇
[0021] -种所述的高分子水凝胶的使用方法，所述的使用方法为:所述的高分子水凝胶 用于作用于与葡萄糖分子发生作用。
[0022] 采用了该发明中的高分子水凝胶，此产品为皮下可注射型智能膜岛素凝胶，可根 据植入体血糖浓度的变化来控制膜岛素的释放，维持血糖浓度在一个健康的水平上。有效 的解决了传统皮下每天多次注射膜岛素的对患者带来的不便。其中所研发的材料是经过美 国FDA批准的生物相容性优良的，生物体可降解高分子材料，安全无毒副作用。因本发明设 及膜岛素治疗糖尿病中的新一代的智能药剂。为人工智能血糖循环响应型膜岛素凝胶。一 次皮下给药可W实现2周W上的膜岛素释放效果，并且可W感受血糖浓度的变化，基于高血 糖浓度选择性刺激释放膜岛素，维持血糖浓度在健康的水平上。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的高分子水凝胶在不同溫度下的静置照片。
[0024] 图2为本发明的高分子水凝胶在升溫前后的力学性能变化图。
[0025] 图3为本发明的高分子水凝胶在血糖刺激下膨胀的可逆过程。
[0026] 图4为本发明的高分子水凝胶对血糖浓度的循环响应释放体外膜岛素图。
[0027] 图5为本发明的高分子水凝胶对血糖浓度的循环响应释放体内膜岛素图。
[0028] 图6为本发明的高分子水凝胶在长时间维持血糖浓度图。
[0029] 图7为本发明的高分子水凝胶的生物降解曲线图。
[0030] 图8为本发明的高分子水凝胶结构原理图。
【具体实施方式】
[0031] 为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的 描述。
[0032] 高分子水凝胶、其制备方法及其应用，其主要特点是，所述的高分子水凝胶包括嵌 段共聚合物、环状单聚物及膜岛素，其中所述的嵌段共聚合物包括6000化的聚甲苯棚酸一 聚异丙基丙締酷胺，所述的聚异丙基丙締酷胺的分子量为5500化。
[0033] 所述的嵌段共聚合物的化学结构式为：
[0037] 低溫环境中（4摄氏度或25摄氏度），所述的高分子水凝胶为胶状液体，可通过注射 方式注射入腹部皮下。当注入凝胶达到人体溫度(37摄氏度），其力学强度大大增加，转变成 准固态形态，有利于植入体在体内环境保持形态的完整性。植入凝胶对植入部位有良好吸 附能力，运是通过水凝胶中的棚酸基团和组织细胞表面多糖的共价键结合的作用。嵌段共 聚合物和环状单聚物通过多苯棚酸和多二醇形成棚酸醋键而形成水凝胶结构。嵌入的膜岛 素分子在低血糖浓度下牢牢的限制在W棚酸醋键为基础的网状水凝胶结构中。伴随着血糖 浓度的升高，葡萄糖分子可W通过其特有的单二醇基团切段棚酸醋键的网状结构，并且可 W增强游离的苯棚酸的离子化程度，最终诱使凝胶的体积膨胀，促进膜岛素的释放。
[0038] 植入凝胶可W选择性的对葡萄糖浓度响应，随着葡萄糖的浓度升高，水凝胶中的 棚酸基团获得更多的机会与葡萄糖发生作用，从而促使棚酸基团的离子化程度逐渐升高。 伴随着水凝胶电荷浓度的增高，水凝胶逐渐膨胀；另一方面，葡萄糖浓度的增高，会切段材 料A和材料B的交联作用，从而进一步的促进水凝胶的膨胀。伴随着水凝胶的膨胀，嵌入水凝 胶中的膜岛素因而被释放出来。值得说明的时，W上两种葡萄糖诱使水凝胶形态结构的变 化是一种可逆的行为，也就是说随着葡萄糖的浓度降低，水凝胶可W恢复到原始状态。因 此，此产品具有对于葡萄糖浓度具有循环响应的能力。
[0039] -种所述的高分子水凝胶的制备方法，所述的制备方法包括：
[0040] (1)将所述的嵌段共聚合物溶解于50mg/mL的PBS，4°C下静置得到溶液A;
[0041] (2)将环状单聚物溶于Img/mL的PBS，4°C下静置得到溶液B;
[0042] (3)将所述的药物溶于25mg/mL的DMS0,4°C下静置得到溶液C;
[0043] (4)将所述的溶液A2mL、溶液BlmL及溶液C0.5mL，4°C下混合均匀得到高分子水凝 胶。
[0044] 优选地，所述的制备方法包括:使用所述的高分子水凝胶前升溫至25°CW上，5~ lOmin。
[0045] -种所述的高分子水凝胶的使用方法，所述的使用方法包括:所述的高分子水凝 胶用于作用于与葡萄糖分子发生作用。
[0046] 如图3、4所示的高分子水凝胶对于血糖浓度升高（80-200mg/mL)刺激凝胶材料的 膨胀，并且运种血糖浓度刺激的体积变化是可逆的，并且可W根据血糖浓度的变化，实现多 次循环响应释放膜岛素分子。
[0047] 如图5所示，基于此高分子水凝胶产品针对血糖浓度响应释放膜岛素分子的特性。 在应用于糖尿病动物(兔子)试验中，凝胶产品可W有效的抑制因饮食带来的血糖浓度升 高，所得到的效果可W达到正常健康的标准。如图6所示在糖尿病长期治疗中，此凝胶产品 可W长时间（14天)维持血糖浓度在健康的标准中。如图7所示，所植入的凝胶产品在服役的 时间内（2周)保持了结构的完整性，随着时间的延长，此凝胶产品可W在植入体内2个月完 全降解。
[0048] 本申请的高分子水凝胶的毒理分析如下：
[0049] 表1:细胞毒性 「00501
[0053] 所植入的凝胶不会对组织细胞造成毒副作用，并且不会造成免疫反应，因此此产 品是生物相容性很好的植入材料。
[0054] 采用了该发明中的高分子水凝胶，此产品为皮下可注射型智能膜岛素凝胶，可根 据植入体血糖浓度的变化来控制膜岛素的释放，维持血糖浓度在一个健康的水平上。有效 的解决了传统皮下每天多次注射膜岛素的对患者带来的不便。其中所研发的材料是经过美 国FDA批准的生物相容性优良的，生物体可降解高分子材料，安全无毒副作用。因本发明设 及膜岛素治疗糖尿病中的新一代的智能药剂。为人工智能血糖循环响应型膜岛素凝胶。一 次皮下给药可W实现2周W上的膜岛素释放效果，并且可W感受血糖浓度的变化，基于高血 糖浓度选择性刺激释放膜岛素，维持血糖浓度在健康的水平上。
[0055]在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可W作出 各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的 而非限制性的。
【主权项】
1. 一种高分子水凝胶，其特征在于，所述的高分子水凝胶包括嵌段共聚合物、环状单聚 物及药物，其中所述的嵌段共聚合物包括6000Da的聚甲苯硼酸一聚异丙基丙烯酰胺。2. 根据权利要求1所述的高分子水凝胶，其特征在于，所述的聚异丙基丙烯酰胺的分子 量为 5500Da。3. 根据权利要求1所述的高分子水凝胶，其特征在于，所述的药物为胰岛素。4. 根据权利要求1所述的高分子水凝胶，其特征在于，所述的环状单聚物为环糊精。5. 根据权利要求1所述的高分子水凝胶，其特征在于，所述的嵌段共聚合物的化学结构 式为：所述的环状单聚物化学结构式为：6. 根据权利要求1所述的高分子水凝胶，其特征在于，所述的水凝胶在低于25°C的低温 环境下位胶状液体，达到人体温度时力学强度大大增加，转变为准固态形态。7. 根据权利要求1所述的高分子水凝胶，其特征在于，所述的嵌段共聚合物与所述的环 状单聚物通过多硼酸和多二醇形成喷酸酯键而形成水凝胶结构。8. -种权利要求1所述的高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包 括： (1) 将所述的嵌段共聚合物溶解于50mg/mL的PBS，4 °C下静置得到溶液A; (2) 将环状单聚物溶于lmg/mL的PBS，4 °C下静置得到溶液B; (3) 将所述的药物溶于25mg/mL的DMSO，4 °C下静置得到溶液C; (4) 将所述的溶液A2mL、溶液BlmL及溶液CO. 5mL，4 °C下混合均匀得到高分子水凝胶。9. 根据权利要求8所述的高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包 括:使用所述的高分子水凝胶前升温至25°C以上，5~lOmin。10. -种权利要求1所述的高分子水凝胶的使用方法，其特征在于，所述的使用方法为： 所述的高分子水凝胶用于作用于与葡萄糖分子发生作用。
【文档编号】A61K38/28GK105919925SQ201610343757
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】陈麒先, 刘俊
【申请人】陈麒先