一种组织工程用具控释能力的注射式水凝胶及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于生物医学工程材料领域，具体涉及一种组织工程用具控释能力的注射式水凝胶及其应用，所述的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶(如式Ⅰ所示)是由两个或多个如式Ⅱ所示的聚合物通过相邻聚合物上的苯酚或苯胺部分之间的脱氢反应彼此键合而成，所述的式Ⅱ所示的聚合物是将肝素和酪胺以并联的方式共同接枝在所述聚合物的骨架上而形成的。该组织工程用具控释能力的注射式水凝胶在注射后原位形成凝胶，具有良好的控释能力，同时还具有良好的生物稳定性与机械强度。
【专利说明】一种组织工程用具控释能力的注射式水凝胶及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医学工程材料领域，具体涉及一种组织工程用具控释能力的注射 式水凝胶及其应用。
【背景技术】
[0002] 因外伤、肿瘤切除术后、先天性畸形以及老年化等各种原因引起的软组织缺损不 仅影响患者美观，而且影响患者的心理健康，严重者甚至影响机体功能。
[0003] 近年来，利用组织工程原理以及注射式可降解生物材料为软组织缺损修复提供了 一个新思路。可注射式生物材料在注入体内后通过物理或者化学交联的方法都可形成水凝 胶状的物质，并且这些材料具有良好的生物相容性，生物可降解性以及能为种子细胞提供 良好的空间生存环境。由于水凝胶生物相容性高、水含量高并且对营养物质和代谢产物的 透过性优异，可作为用于各种生物医学应用的生物材料（如植入物、药物和细胞递送载体） 等。水凝胶可由天然存在的（如胶原、明胶、纤维蛋白原、海藻酸钠、蚕丝蛋白等）或合成的 聚合物制备，并能够以化学和物理的三维交联网络的形式形成，其交联方法多种多样，主要 有光交联，化学交联以及酶交联等，在这些方法中，酶交联由于其柔和的反应过程受到越来 越多的关注，目前已开发的酶触发型水凝胶有：葡聚糖-酪胺、透明质酸-酪胺、明胶-羟基 苯丙酸、明胶-酪胺和海藻酸-羟基苯乙酸等。发明专利CN 102573944A中还公开了一种 改进的原位成型水凝胶，该原位成型可注射水凝胶在体内稳定性和机械强度方面更出色， 是通过将水溶性聚合物（如PEG)引入作为天然存在的或合成的聚合物骨架与苯酚或苯胺 部分之间的接头，改善了该聚合物骨架的溶解度以及凝胶的稳定性和机械强度。
[0004] 组织工程组织存活的一个关键因素是充分的血管化，但是，利用上述可注射生物 材料所形成的组织工程组织长期面临的一个难题是血管化不足，进而导致局部坏死以及注 射后移植物容积减少。目前已报导的诱导软组织工程血管化的方法有多种。例如，将人脂 肪组织来源的间充质干细胞与血管内皮细胞共同培养取得了一定的效果。但是从临床应用 的角度来讲，通过缓释具有促血管生成能力的生长因子如血管内皮生长因子（VEGF)、成纤 维细胞生长因子2 (FGF-2)等来再生出血管化的软组织，比起共培养细胞的方法则显得更 加简单易行，并且从经济成本上来说更为划算。有研究表明，将含有大量促血管生成因子的 脂肪组织提取物与玻尿酸类的水凝胶混合，通过一系列体外及体内试验表明，这种复合物 具有较强的促进血管化的作用。但是在这种方法中，含有大量生长因子的脂肪组织提取物 与可注射玻尿酸仅仅是通过简单的混合，从这种复合物中所释放出的生长因子无论是时间 上还是空间上都无法得到控制，即并不具有缓释生长因子的能力，与其它类水凝胶一样，其 释放生长因子的过程是一个被动扩散的方式，因此限制了其应用。大量研究表明，这些具有 促血管化效果的生长因子如血管内皮生长因子（VEGF)、成纤维细胞生长因子2(FGF-2)等 只有在释放出足够量以及足够长时间的条件下，才会诱导再生出功能化的血管网络。目前， 有研究者通过将包裹有FGF-2的明胶微球与胶原蛋白类的可注射材料相混合，对生长因子 的缓释起到了更好的调控作用，这种调控更加有利于再生出血管化的软组织。但胶原蛋白 类凝胶的机械性能差，如何改善胶原蛋白类凝胶的机械特性，使其能够对新生的软组织结 构进行更好的支撑，至今仍然未被很好的解决。
[0005] 因此，开发出一种新的能够控释生物学活性物质如促血管化生长因子或药物的可 注射生物材料用于软组织再生是非常必要的。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种如式I所示的组织工 程用具控释能力的注射式水凝胶，该注射式水凝胶具有良好的控释能力，同时还具有良好 的生物稳定性与机械强度。
[0007] 本申请的发明人在研究中发现，将肝素和酪胺以并联的方式一同接枝在天然聚合 物如明胶等的骨架上，新合成的聚合物与生物活性物质如生长因子等大分子蛋白质混合后 具有控释生长因子的能力，本发明是基于该发现而完成的。
[0008] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0009] -种如式I所示的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶，由两个或多个如式Π 所示的聚合物通过相邻聚合物上的苯酚或苯胺部分之间的脱氢反应彼此键合而成，所述的 式II所示的聚合物是将肝素和酪胺以并联的方式共同接枝在所述聚合物的骨架上而形成 的：
【权利要求】
1. 一种如式I所示的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶，由两个或多个如式II所 示的聚合物通过相邻聚合物上的苯酚或苯胺部分之间的脱氢反应彼此键合而成，其特征在 于，所述的式II所示的聚合物是将肝素和酪胺以并联的方式共同接枝在所述聚合物的骨架 上而形成的：
2. 根据权利要求1所述的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶，其特征在于：所述 聚合物的骨架为明胶、壳聚糖、葡聚糖、胶原蛋白、透明质酸、纤维蛋白原、白蛋白中的一种 或多种。
3. 根据权利要求1所述的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶，其特征在于：所述 的式II所示的聚合物是在过氧化氢和辣根过氧化物酶的作用下在体内原位交联形成式I 所示的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶。
4. 一种组织工程用可诱导快速血管化的注射式水凝胶，其特征在于，由权利要求1-3 任一项所述的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶和具有促血管生成能力的生长因子 组成。
5. 根据权利要求4所述的一种组织工程用可诱导快速血管化的注射式水凝胶，其特征 在于，所述具有促血管生成能力的生长因子为血管内皮生长因子。
6. 权利要求1-3任一项所述的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶的制备方法，其 特征在于，包括如下进行的步骤： (1) 酪胺的交联 酪胺和所述聚合物的骨架在交联剂的作用下，酪胺上的-NH2与所述聚合物的骨架 的-COOH聚合形成聚合物骨架-酪胺复合物； (2) 肝素的交联 在交联剂的作用下，肝素分子链上的-COOH与步骤（1)中所得的聚合物骨架-酪胺复 合物中的聚合物骨架上的-NH2聚合形成聚合物骨架-酪胺-肝素复合物； (3) 水凝胶的形成 将步骤（2)中得到的聚合物骨架-酪胺-肝素复合物用去离子水溶解，形成凝胶溶液， 依次加入HRP和H2O2反应形成组织工程用具控释能力的注射式水凝胶。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的交联剂为1-乙基-3-(3-二 甲氨基丙基）碳化二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺交联剂。
8. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3)中，在所述凝胶溶液中 加入生物学活性物质或药物后，再依次加入HRP和H2O2，反应形成组织工程用具控释能力的 注射式水凝胶。
9. 用于组织再生和填充的植入材料，其特征在于，所述植入材料含有权利要求1-3任 一项所述的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶。
10. 组织工程用具控释能力的缓释载体，其特征在于，所述载体含有权利要求1-3任一 项所述的组织工程用具控释能力的注射式水凝胶。
【文档编号】C08J3/24GK104307040SQ201410350302
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】李喆, 刘晓华, 李世荣, 毋巨龙, 王珍祥 申请人:中国人民解放军第三军医大学第一附属医院