一种活性氧响应释放硫化氢神经导管的制备方法

1.本发明涉及一种活性氧响应释放硫化氢神经导管及其制备方法，属于生物材料领域。


背景技术：

2.周围神经组织由于其结构、功能复杂，一旦发生损伤则致残率高、预后差、治疗困难，成为当前临床一大重要难题。周围神经损伤可能会造成感觉和运动功能障碍以及不可逆的组织萎缩，导致患者生活质量降低，也给社会带来沉重的负担。目前临床上对于横断周围神经损伤治疗，仍以神经吻合术、自体神经与异体神经移植等操作性手术为主要治疗手段，然而缝合距离有限、供体来源不足、生物相容性不佳等局限性极大的限制了它们的广泛应用。神经组织工程支架近年来取得了长足发展，却依然存在难以提供良好的神经再生微环境，导致神经再生困难，功能恢复有限，临床效果不理想等问题。因此，如何构建出具有优异再生微环境的神经导管，介导损伤神经修复重建成为临床亟待解决的问题。
3.氧化应激是影响损伤周围神经再生微环境的重要因素之一。当周围神经受到损伤时，病变部位及其远端残端会伴有缺血和炎症反应，造成活性氧(活性氧)的大量积聚，同时内源性抗氧化剂的水平不足以抵御创伤部位产生的活性氧，导致氧化性神经损伤。qiu等人研究表明，通过抑制氧化应激反应可以实现损伤神经的加速再生并改善功能的恢复[pdlla/prgd/beta-tcp conduits build the neurotrophin-rich microenvironment suppressing the oxidative stress and promoting the sciatic nerve regeneration,journal of biomedical materials research part a 102(10)(2014)3734-3743]。硫化氢(hydrogen sulfide,h2s)是一种气体递质，也是心血管和神经系统中一类重要的信号分子，由于其特有的抗炎、抗氧化、调节免疫和促进组织再生的功能，已被广泛应用于免疫和组织修复研究。但硫化氢供体应用于周围神经损伤修复面临着诸多困难，如硫化氢的生物活性具有剂量依赖性，难以确定合适的硫化氢剂量；释放速率过快和浓度积累容易造成细胞毒性和炎症反应；因此，如何实现硫化氢供体“按需给药”同时模拟内源性缓释，适应于周围神经损伤微环境调节的需要，避免快速释放和浓度积累是硫化氢发挥免疫调节作用的关键。专利cn104109145a提供了基于黄酮结构的硫化氢供体化合物，通过发挥硫化氢与黄酮衍生物的协同作用，提高化合物的抗神经炎症作用，进而能够治疗神经炎症相关的中枢神经系统疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病的治疗，但该硫化氢供体无法实现“按需给药”，容易造成硫化氢积累而造成神经毒性和炎症反应。专利cn102078327a提供了基于硫化氢供体硫氢化钠、烯丙基半胱氨酸及其类似物在治疗中枢神经系统疾病中的应用，但该专利中使用的盐类硫化氢供体硫氢化钠遇水容易发生爆释，会造成组织和细胞毒性。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种活性氧响应释放硫化氢神经导管及其制备方法，所述
神经修复导管具有良好的生物相容性，可生物降解，能够为神经再生提供更多的细胞黏附位点，且导管内部具备活性氧响应释放硫化氢功能，清除损伤部位活性氧，调节巨噬细胞向抗炎促修复表型极化，为神经再生提供良好免疫介导的再生微环境，促进损伤神经的再生和功能的恢复。
[0005]
本发明解决上述技术问题所采用的方案是：
[0006]
一种活性氧响应释放硫化氢神经修复导管，包括纤维导管，所述纤维导管的内部填充有温敏性聚氨基酸水凝胶，所述温敏性聚氨基酸水凝胶的内部负载有聚氨基酸纳米胶束，所述纳米胶束上负载有活性氧响应硫化氢供体。所述活性氧响应硫化氢供体包括芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯及其衍生物。
[0007]
其中，聚合物纤维导管采用可降解聚合物，主要作为修复过程中主要力学支撑，有利于营养物质的输送和代谢废物的排出；温敏性聚氨基酸水凝胶为神经再生提供更多的细胞黏附位点和生长空间；负载有活性氧响应硫化氢供体的聚氨基酸纳米胶束能够长效释放硫化氢供体，清除损伤部位的活性氧，避免氧化性神经损伤，同时释放具有抗炎、抗氧化、促修复功能的硫化氢气体递质，诱导巨噬细胞向抗炎表型极化，抑制炎症因子的表达，调节周围神经损伤部位的免疫微环境，促进损伤神经的再生和功能的恢复。
[0008]
优选地，所述纤维导管采用的聚合物包括l-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、l-丙氨酸-羟基乙酸共聚物、l-赖氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、天冬氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、甘氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物、甘氨酸-羟基乙酸共聚物中的任意一种或多种的组合。
[0009]
优选地，所述温敏性聚氨基酸水凝胶材料包括：聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚赖氨酸-聚苯丙氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚天冬氨酸-聚苯丙氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚谷氨酸-聚苯丙氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚半胱氨酸-聚苯丙氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚(γ-苄基-谷氨酸)共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-丙氨酸-谷氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-丙氨酸-赖氨酸共聚物中的任意一种或多种组合。
[0010]
优选地，所述聚氨基酸纳米胶束的材料包括聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚(ε-苄氧羰基-赖氨酸)共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚苯丙氨酸共聚物、聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸共聚物中的一种或多种组合。
[0011]
优选地，所述纤维导管的管腔直径为1～5mm，管壁厚度为1～3mm，导管长度为10～50mm。
[0012]
优选地，所述温敏性聚氨基酸的分子量为4000～20000；所述温敏性聚氨基酸水凝胶的相转变温度为25～35℃；所述纳米胶束粒径为20～200nm，载药率为10～30％，药物释放周期为3～30天。
[0013]
本发明的另一目的是提供上述神经修复导管的制备方法，包括以下步骤：
[0014]
(1)将聚合物溶解于有机溶剂中，搅拌均匀，配制成一定浓度的纺丝原液，在一定静电纺丝参数下进行静电纺丝，得到聚合物纤维导管，可先制成聚合物纤维膜，并将其卷成导管；
[0015]
(2)将聚氨基酸和活性氧响应硫化氢供体溶解于n，n-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下静置，然后边搅拌边滴入去离子水，所加去离子水的体积为n，n-二甲基甲酰胺体积的1
～5倍，室温继续搅拌，再用去离子水透析一段时间，随后冷冻干燥，得到负载有活性氧响应硫化氢供体的聚氨基酸纳米胶束；
[0016]
(3)在0～20℃下配制温敏性聚氨基酸的pbs溶液，加入负载硫化氢供体的聚氨基酸纳米胶束并搅拌均匀，得到混合溶液；
[0017]
(4)取上述混合溶液，将其注入聚合物纤维导管中，并放置于25～100℃温度环境下，直到发生溶胶-凝胶转变，最终得到具有活性氧响应释放硫化氢功能的周围神经修复导管。
[0018]
优选地，所述步骤(1)中有机溶剂为三氯甲烷，二氯甲烷，n,n-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，六氟异丙醇中的一种或多种的混合溶液；所得纺丝原液中可降解聚合物的浓度为0.1g/ml～0.4g/ml；所述静电纺丝参数为电压-2～15kv，收集距离10～20cm，推进速率0.5～2ml/h，滚轮转速10～200r/min。
[0019]
优选地，步骤(2)所述聚氨基酸与活性氧响应硫化氢供体质量比为(1～20):1，所述n,n-二甲基甲酰胺体积与活性氧响应硫化氢供体质量比为50～200：1，所述静置时间为1～3h，去离子水滴加完后继续搅拌的时间为1～5h，透析时间为24～72h。
[0020]
优选地，所述步骤(3)配制的温敏性聚氨基酸pbs溶液浓度为20～100mg/ml，所得混合溶液中硫化氢供体的浓度为0.01～0.1mg/ml；步骤(4)中注入导管的混合溶液的量为导管体积的50～90％。
[0021]
本发明的另一目的是提供上述神经修复导管的应用，可利用活性氧环境激活所述神经修复导管中负载的硫化氢供体，实现硫化氢的响应释放。
[0022]
相比于现有技术，本发明提出利用周围神经损伤过度产生的活性氧环境激活神经导管中负载的硫化氢供体，在清除活性氧的同时实现硫化氢响应释放，再基于硫化氢抗炎、抗氧化和调节巨噬细胞极化作用抑制活性氧和炎症因子的表达，并进一步反馈调节避免了硫化氢的过度产生，达到按需给药的目的，为损伤神经创造了良好的再生微环境。
附图说明
[0023]
图1是实施例1制备的神经修复导管图片；
[0024]
图2是实施例1采用的活性氧响应硫化氢供体芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯的核磁图谱；
[0025]
图3是实施例1中聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸的核磁图谱；
[0026]
图4是实施例1中聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸水凝胶的成胶过程；
[0027]
图5是实施例1中聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸水凝胶变温流变；
[0028]
图6是实施例1制备的芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯@聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)纳米胶束的粒径分析结果；
[0029]
图7是实施例1制备的芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯@聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)纳米胶束的透射电镜分析；
[0030]
图8是实施例1制备的芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯@聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)纳米胶束在体外pbs环境下硫化氢供体的缓释曲线，横坐标为硫化氢供体的释放率；
[0031]
图9是实施例1制备的负载纳米胶束的聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸水
凝胶的扫描电镜图片，其中四幅图为不同放大倍数下的视野；
[0032]
图10是实施例1制备的聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸水凝胶负载纳米胶束的应力应变曲线；
[0033]
图11是实施例1中芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯在不同浓度过氧化氢水溶液中响应速度曲线图；
[0034]
图12是芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯在500μmol/l的过氧化氢的水溶液中分子结构随时间变化核磁氢谱图，其中(a)为反应过程，(b)为测得的硫化氢供体的反应率随时间的关系，(c)为不同反应时间下硫化氢供体的磁氢谱图变化；
[0035]
图13是实施例1中芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯、芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯@聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)纳米胶束和聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸水凝胶负载芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯@聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)纳米胶束在10μm过氧化氢的pbs溶液中硫化氢释放随着时间的变化；
[0036]
图14是本发明神经修复导管的制备及应用过程示意图。
具体实施方式
[0037]
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0038]
实施例1
[0039]
本发明实施例1提供一种神经修复导管的制备方法，包括以下步骤：将可降解聚合物加入有机溶剂中，搅拌均匀，配制成一定浓度的纺丝原液，在某个参数下进行静电纺丝，得到聚合物纤维膜，并将其卷成导管；将聚氨基酸和硫化氢供体溶解于n，n-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下静置后，边搅拌边滴入等体积的去离子水，并在室温下继续搅拌。用去离子水透析，随后冷冻干燥，得到负载硫化氢供体的聚氨基酸纳米胶束；在一定温度下配制聚氨基酸pbs溶液，搅拌溶解后，加入一定量负载硫化氢供体的聚氨基酸纳米胶束并搅拌均匀，得到具有温度敏感负载纳米胶束的混合溶液；吸取上述混合溶液，将其注入可降解聚合物导管中，并放置在高于聚氨基酸溶液相变温度环境下，直到发生溶胶-凝胶转变，最终得到水凝胶填充，具有活性氧响应释放硫化氢功能的周围神经修复导管。
[0040]
具体来说：外导管为l-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物纤维导管，导管内填充聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸温敏性水凝胶，水凝胶中负载芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯@聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)纳米胶束。
[0041]
(1)称取分子量为100000的l-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物1g，溶于5ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为20％(克/毫升)的纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为7kv，负压为2kv，推进速度为1ml/h，接收距离为15cm，针头型号为22g，选择转速为10r/min的滚轮收集得到纳米纤维层，将其卷成直径为1mm，厚度为1mm，长度为10mm的导管。
[0042]
(2)称取分子量为10000的聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)50mg和芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯10mg溶解于5ml n，n-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下静置2h后，边搅拌边滴入5ml去离子水，并在室温下继续搅拌2h。用去离子水透析48h，随后冷冻干燥，得到粒径为54.87nm，载药率为9.08％，药物释放周期为10天的纳米胶束。
[0043]
(3)取分子量为5000的聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸0.6g和10ml pbs，在4℃下搅拌溶解后，加入5mg上述纳米胶束并搅拌均匀，得到负载纳米胶束相转变温度为30℃的混合溶液。
[0044]
(4)使用注射器吸取上述混合溶液，将其注入l-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸导管中，注入量为导管体积的60％，随后将导管放置在37℃温度环境下，直到发生溶胶-凝胶转变，最终得到水凝胶填充，具有活性氧响应释放硫化氢功能的周围神经修复导管。
[0045]
将所得神经修复导管应用于周围神经损伤修复，由于组织液会充盈着整个损伤部位，因而导管中的水凝胶会与周围组织液接触，而水凝胶中负载的纳米胶束会缓释活性氧响应硫化氢供体，这些活性氧响应硫化氢供体与组织液中的活性氧分子接触后造成苯硼酸频哪醇脱落，进而导致过氧硫代氨基甲酸酯分子断裂产生羰基硫，羰基硫在组织中广泛存在的碳酸酐酶的作用下产生硫化氢，进而发挥抗炎抗氧化功效，减少了活性氧的过度产生，同时避免硫化氢进一步释放，达到调节周围神经再生微环境的目的。如图12中核磁结果所示，活性氧响应硫化氢供体在一定浓度的过氧化氢水溶液中发生反应产生羰基硫，这一结果也验证了芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯具备活性氧响应，能够利用其活性氧响应性产生硫化氢用于周围神经组织的修复，并且能够按需给药，避免释放过快和浓度积累造成的生理毒性。
[0046]
实施例2
[0047]
本发明实施例2提供一种神经修复导管的制备方法，与上一实施例不同的是：水凝胶相转变温度不同，导管载药量和药物释放特性不同。
[0048]
具体来说：
[0049]
(1)称取1g分子量为50000的聚合物l-丙氨酸-羟基乙酸溶于4ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为25％(克/毫升)的纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为5kv，负压为2kv，推进速度为0.5ml/h，接收距离为20cm，针头型号为22g，选择转速为100r/min的滚轮收集得到纳米纤维层，将其卷成直径为2mm，厚度为3mm，长度为30mm的导管。
[0050]
(2)称取分子量为20000的聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)200mg和芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯10mg溶解于20ml n，n-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下静置3h后，边搅拌边滴入20ml去离子水，并在室温下继续搅拌5h。用去离子水透析72h，随后冷冻干燥，得到粒径为200nm，载药率为40％，药物释放周期为14天的纳米胶束。
[0051]
(3)取分子量为4000的聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸1g和10ml pbs，在10℃下搅拌溶解后，加入1mg上述纳米胶束并搅拌均匀，得到负载纳米胶束相转变温度为35℃的混合溶液。
[0052]
(4)使用注射器吸取上述混合溶液，将其注入l-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸导管中，注入量为导管体积的90％，随后放置在37℃温度环境下，直到发生溶胶-凝胶转变，最终得到水凝胶填充，具有活性氧响应释放硫化氢功能的周围神经修复导管。
[0053]
实施例3
[0054]
本发明实施例3提供一种神经修复导管的制备方法，与上一实施例不同的是：水凝胶相转变温度不同，导管载药量和药物释放特性不同。
[0055]
具体来说：
[0056]
(1)取1g分子量为150000的l-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸共聚物溶于10ml六氟异丙醇中，利用磁力搅拌器混合均匀，得到浓度为10％(克/毫升)的纺丝原液。对该溶液进行静电纺丝，静电纺丝的工艺参数：正压为15kv，负压为2kv，推进速度为0.5ml/h，接收距离为10cm，针头型号为22g，选择转速为200r/min的滚轮收集得到纳米纤维层，将其卷成直径为5mm，厚度为3mm，长度为50mm的导管。
[0057]
(2)称取分子量为10000的聚乙二醇单甲醚-聚(γ-苄基-谷氨酸)20mg和芳基硼酸酯官能化过氧硫代氨基甲酸酯10mg溶解于1ml n，n-二甲基甲酰胺溶液中，在室温下静置1h后，边搅拌边滴入1ml去离子水，并在室温下继续搅拌1h。用去离子水透析24h，随后冷冻干燥，得到粒径为10nm，载药率为30％，药物释放周期为7天的纳米胶束。
[0058]
(3)取分子量为8000的聚乙二醇单甲醚-聚丙氨酸-聚苯丙氨酸0.2g和10ml pbs，在0℃下搅拌溶解后，加入3.3mg上述纳米胶束并搅拌均匀，得到负载纳米胶束相转变温度为25℃的混合溶液。
[0059]
(4)使用注射器吸取上述混合溶液，将其注入l-丙氨酸-羟基乙酸-乳酸导管中，注入量为导管体积的50％，随后放置在37℃温度环境下，直到发生溶胶-凝胶转变，最终得到水凝胶填充，具有活性氧响应释放硫化氢功能的周围神经修复导管。
[0060]
以上所述是本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。