一种可注射、自愈合水凝胶及其制备方法与应用与流程

本技术涉及水凝胶，尤其涉及一种可注射、自愈合水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、近年来，以程序性死亡1/程序性死亡配体1(pd-1/pd-l1)为代表的肿瘤免疫治疗在多种恶性肿瘤中得到广泛应用。目前也有多种pd-l1抗体被批准用于转移性恶性黑色素瘤和非小细胞肺癌的单药治疗。然而，越来越多的证据表明，由于肿瘤异质性和免疫抑制性肿瘤微环境(tme)等因素的影响，临床肿瘤的免疫治疗效果并不理想，患者的响应率仅为5-30％。由调节性t细胞(tregs)、骨髓源性抑制细胞(mdscs)和肿瘤相关巨噬细胞(tams)等免疫抑制细胞介导的免疫耐受机制，与不良的预后效果高度相关。代谢组学相关研究表明，以肿瘤酸化(tumor acidosis)为主要特征的肿瘤异常代谢共生会直接导致肿瘤组织内基因重新编辑、代谢重组、t细胞无能，并在此基础上进一步促进肿瘤的发生、发展和转移。

2、可注射水凝胶作为一类可注射的通过聚合物物理或化学交联形成的三维网络，由于其优异的生化特性，已被广泛应用于包括药物递送、组织再生等生物医学领域。目前，全世界范围内的市场都对水凝胶的转化应用表现出巨大兴趣，据相关统计数据显示，2017年水凝胶的全球市场估计约为100亿美元，而预计到2020年将增长到150亿美元。经过一段时间的临床应用实践，可注射水凝胶已经被证明是一种有效的抗肿瘤药物递送平台，它能够在时间和空间层面对所负载的药物进行可控化的释放，从而提高临床常规化疗药物的治疗指数。迄今为止，包括cs/有机磷酸酯plga-peg-plga泊洛沙姆407聚(乙烯基甲基醚共马来酸酐)水凝胶在内的一系列可注射水凝胶制剂已经被批准上市，并应用于肿瘤、疫苗佐剂等疾病领域。也有一部分制剂目前处于临床试验阶段，例如不透射线的peg水凝胶(和)，可用于精准放疗定位，从而降低辐射剂量。但灭菌工艺、放大生产工艺、保质期和用户合规性(专业人士和/或患者)是目前可注射水凝胶制剂在临床转化中所面对的主要限制问题。可以肯定的是，基于递送抗肿瘤药物的可注射水凝胶在癌症临床治疗中具有巨大的转化潜力和应用价值，甚至有望取代传统的全身系统性注射给药模式，为肿瘤的临床治疗提供新的治疗策略和治疗模式。而为了更好地与加速推进其临床现实效率，基于负载相关药物实现化疗、热疗、免疫治疗、放疗的多模态治疗型水凝胶近年来正在加速研究中。但目前，自身具备生理功能的水凝胶基质研究相对匮乏，如何有效利用生物活性成分构建具备生物活性的多功能水凝胶是目前的研究重点。

技术实现思路

1、本技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种生物相容性高、组织亲和性高、生物可降解、具有肿瘤ph稳态调控功能的同时兼具可注射和自愈合性能的水凝胶及其制备方法与应用。

2、为实现上述目的，本技术采取的技术方案为：

3、第一方面，本技术提供了一种可注射、自愈合水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：

4、(1)在醛基化透明质酸钠溶液中加入亚铁盐溶液、碳酸酐酶抑制剂溶液和葡萄糖氧化酶溶液，得到含醛基化透明质酸钠的混合液；

5、(2)将步骤(1)所得含醛基化透明质酸钠的混合液和亚精胺修饰的葡聚糖溶液混合进行交联反应，得到可注射、自愈合水凝胶；所述含醛基化透明质酸钠的混合液和亚精胺修饰的葡聚糖溶液体积比为1:(1-2)；

6、在步骤(2)中，所述含醛基化透明质酸钠的混合液中的醛基化透明质酸钠、亚铁盐、碳酸酐酶抑制剂、葡萄糖氧化酶和亚精胺修饰的葡聚糖溶液中的亚精胺修饰的葡聚糖的质量比为醛基化透明质酸钠：亚铁盐：碳酸酐酶抑制剂：葡萄糖氧化酶：亚精胺修饰的葡聚糖＝50:(0.1-0.2):(1-1.6)：(0.1-0.2)：50。

7、本技术以亚精胺为骨架，通过将醛基化透明质酸钠、亚铁盐、碳酸酐酶抑制剂、葡萄糖氧化酶(gox)和亚精胺修饰的葡聚糖进行交联反应，得到一种生物相容性高、组织亲和性高、生物可降解、具有肿瘤ph稳态调控功能的可注射、自愈合水凝胶，具有较好的抗肿瘤效果。其中，基于醛基化透明质酸钠与亚精胺修饰的葡聚糖之间的动态化学交联，即席夫碱反应，使得水凝胶具有可注射、自愈合的性能。

8、亚精胺作为一类多胺类化合物近年来被发现能通过促进细胞自噬有效地介导和调控肿瘤抑制和免疫调控，在开发肿瘤诊疗平台方面表现出巨大潜力。在肿瘤抑制方面，通过促进肿瘤细胞自噬，亚精胺能够促使肿瘤细胞释放如atp等损伤相关分子模式(damageassociated molecular patterns,damps)，激活固有免疫细胞，引起固有免疫应答，同时可直接或间接启动适应性免疫应答，从而改善肿瘤组织内免疫抑制的微环境，有效提高肿瘤治疗效果。同时，通过降低发挥免疫抑制功能的腺苷受体的刺激，亚精胺能够减少肿瘤组织内调节性t细胞的浸润，从而改善肿瘤组织内免疫逃逸的微环境，对于提高免疫治疗如pd-l1等的治疗效果。有研究表明，可以通过直接结合和激活线粒体三功能蛋白(mitochondriatrifunctional protein，mtp)来加强脂肪酸氧化(fatty acid oxidation，fao)，外源性补充亚精胺可增强阻止细胞内fao活性，提高t淋巴细胞的线粒体活性和细胞毒功能，有效提高肿瘤的免疫治疗效率。

9、本技术立足于肿瘤微环境ph稳态主导的肿瘤免疫治疗耐受这一生理特点，充分利用正常组织与肿瘤组织间碳酸酐酶的天然表达，首次在以亚精胺为骨架的水凝胶中加入碳酸酐酶抑制剂和葡萄糖氧化酶，制备为负载有碳酸酐酶抑制剂和葡萄糖氧化酶的可注射、自愈合水凝胶。碳酸酐酶抑制剂和葡萄糖氧化酶的加入能够调控肿瘤组织细胞内h+代谢和转运，协同性打破肿瘤细胞的ph稳态，改善肿瘤组织的免疫耐受微环境。

10、作为本技术所述制备方法的优选实施方式，在步骤(2)中，所述含醛基化透明质酸钠的混合液中的醛基化透明质酸钠、亚铁盐、碳酸酐酶抑制剂、葡萄糖氧化酶和亚精胺修饰的葡聚糖溶液中的亚精胺修饰的葡聚糖的质量比为醛基化透明质酸钠：亚铁盐：碳酸酐酶抑制剂：葡萄糖氧化酶：亚精胺修饰的葡聚糖＝50:0.2:1.6:0.1:50。

11、在优选配比条件下，本技术的可注射、自愈合水凝胶具有较好的抗肿瘤效果，并且得到的水凝胶形状均一，内部结构为规则的三维多孔结构，有利于负载碳酸酐酶和葡萄糖氧化酶。

12、作为本技术所述制备方法的优选实施方式，在步骤(1)中，所述醛基化透明质酸钠溶液中的醛基化透明质酸钠采用以下方法制备得到：在透明质酸钠水溶液中滴加高碘酸钾水溶液，室温条件下避光反应，加入乙二醇终止反应后，透析，冷冻干燥，得到醛基化透明质酸钠。

13、作为本技术所述制备方法的优选实施方式，在步骤(2)中，所述亚精胺修饰的葡聚糖溶液中的亚精胺修饰的葡聚糖采用以下方法制备得到：

14、s1、将葡聚糖水溶液与高碘酸钾水溶液在室温下避光反应至出现澄清的黄色溶液，透析，冷冻干燥，得到氧化葡聚糖；

15、s2、将步骤s1所得氧化葡聚糖制备为氧化葡聚糖水溶液，加入亚精胺的硼酸盐缓冲液中，室温下反应后，得到产物a；

16、s3、将步骤s2所得产物a与硼氢化钠混合进行还原反应，透析，冷冻干燥，得到亚精胺修饰的葡聚糖。

17、作为本技术所述制备方法的优选实施方式，在步骤s1中，葡聚糖水溶液中的葡聚糖与高碘酸钾水溶液中的高碘酸钾摩尔比为1:(1-5)；

18、在步骤s2中，所述氧化葡聚糖水溶液中的氧化葡聚糖与亚精胺的硼酸盐缓冲液中的亚精胺的摩尔比为氧化葡聚糖：亚精胺＝1：(1-3)；

19、在步骤s2中，所述亚精胺的硼酸盐缓冲液中的硼酸浓度为0.1m，所述亚精胺的硼酸盐缓冲液ph值为11；

20、在步骤s3中，所述产物a与硼氢化钠的摩尔比为产物a：硼氢化钠＝1：(2-5)。

21、本技术通过对葡聚糖氧化后与亚精胺反应得到亚精胺修饰的葡聚糖，使葡聚糖能够与醛基化透明质酸钠发生交联反应的同时具有亚精胺的生理活性，进一步提高本技术可注射、自愈合水凝胶的抗肿瘤效果。在优选配比范围下，步骤s1中的葡聚糖和高碘酸钾的摩尔比为1:1时，所得到的氧化葡聚糖得率更高；步骤s2中的氧化葡聚糖和亚精胺的摩尔比在1：(2-3)时，所得到的产物a得率更高，并且过量的亚精胺能够显著降低副产物的生成，进一步提高产物a的得率；步骤s3中的产物a与硼氢化钠的摩尔比在1：(2-5)时，过量的硼氢化钠能够确保还原反应的发生，所得到的亚精胺修饰的葡聚糖的得率更高。

22、作为本技术所述制备方法的优选实施方式，所述制备方法满足如下(ⅰ)～(ⅲ)中的至少一种：

23、(ⅰ)在步骤(1)中，所述亚铁盐溶液中的亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的至少一种；

24、(ⅱ)在步骤(1)中，所述碳酸酐酶抑制剂溶液中碳酸酐酶抑制剂为乙酰唑胺、甲基醋唑磺胺、乙氧醋唑磺胺和二氯苯磺胺中的至少一种；

25、(ⅲ)在步骤(2)中，所述含醛基化透明质酸钠的混合液和亚精胺修饰的葡聚糖溶液体积比为1:1。

26、在优选配比条件下，采用乙酰唑胺(acz)作为碳酸酐酶抑制剂所得到的抗肿瘤效果更好。

27、第二方面，本技术提供了一种可注射、自愈合水凝胶，根据上述制备方法制备得到。

28、第三方面，本技术提供了上述可注射、自愈合水凝胶在制备抗肿瘤材料中的应用。

29、申请人将可注射、自愈合水凝胶作为抗肿瘤材料注射在荷瘤小鼠的肿瘤中，能够显著降低荷瘤小鼠的肿瘤体积和重量，进一步研究发现本技术的可注射、自愈合水凝胶能够通过级联放大肿瘤组织内的铁凋亡信号，有效激活肿瘤内的免疫原性死亡，从而改善肿瘤免疫微环境，起到抗肿瘤的效果。

30、第四方面，本技术提供了上述可注射、自愈合水凝胶联合免疫检查点抑制剂在制备抗肿瘤材料中的应用。

31、作为本技术所述应用的优选实施方式，所述免疫检查点抑制剂包括pd-1/pd-l1抑制剂和ctla-4抑制剂中的至少一种。

32、申请人将可注射、自愈合水凝胶作为抗肿瘤材料与免疫检查点抑制剂pd-l1抑制剂联用发现可注射、自愈合水凝胶联合pd-l1抑制剂能够通过级联放大肿瘤组织内的铁凋亡信号，有效激活肿瘤内的免疫原性死亡，促进了肿瘤组织内damps的释放，改善了肿瘤免疫微环境，提高了淋巴细胞的浸润，从而提高pd-l1抑制剂的治疗响应率和治疗效果，起到抗肿瘤以及抑制肿瘤转移的效果。

33、第五方面，本技术提供了一种抗肿瘤材料，包括上述可注射、自愈合水凝胶和/或免疫检查点抑制剂。

34、与现有技术相比，本技术的有益效果为：

35、(1)本技术以亚精胺为骨架，通过将醛基化透明质酸、亚铁盐、碳酸酐酶抑制剂、葡萄糖氧化酶和亚精胺修饰的葡聚糖进行交联反应，得到一种生物相容性高、组织亲和性高、生物可降解、具有肿瘤ph稳态调控功能的可注射、自愈合水凝胶，具有较好的抗肿瘤效果。

36、(2)立足于肿瘤微环境ph稳态主导的肿瘤免疫治疗耐受这一生理特点，充分利用正常组织与肿瘤组织间碳酸酐酶的天然表达，首次在以亚精胺为骨架的水凝胶中加入碳酸酐酶抑制剂和葡萄糖氧化酶，制备为负载有碳酸酐酶抑制剂和葡萄糖氧化酶的可注射、自愈合水凝胶。碳酸酐酶抑制剂和葡萄糖氧化酶的加入能够调控肿瘤组织细胞内h+代谢和转运，协同性打破肿瘤细胞的ph稳态，改善肿瘤组织的免疫耐受微环境。

37、(3)本技术基于亚精胺为骨架的可注射、自愈合水凝胶，能够联合肿瘤免疫治疗以抗肿瘤、抑制肿瘤转移，能够作为个性化多模态肿瘤治疗的载药平台运用在抗肿瘤材料、药物中。