一种可注射水凝胶及其制备方法与应用

本发明属于生物医用材料开发，尤其涉及一种可注射水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、心肌细胞凋亡是多种心脏急慢性损伤的直接后果之一，包括但不限于缺血(如心肌梗死)、药物损伤(如阿霉素心肌病)、疾病损伤(如急慢性心肌炎)，进而导致心肌细胞外基质(ecm)重塑或是肥大，形成瘢痕。如不加以限制，则最终会导致心力衰竭。目前临床治疗通过利尿、扩血管或降低心脏负荷来延缓心衰的过程。然而，现有的治疗手段存在不能改变心衰的恶化进程、药物生物利用度低及大多具有全身给药副作用等问题。

2、随着生物材料的发展，一些具备组织功能恢复的生物材料也逐步被用于损伤的心脏组织的治疗。而利用水凝胶为损伤的心脏提供结构支撑、软化瘢痕、保护心肌细胞免受氧化应激以及炎症的损伤等策略已经被证实对心脏的结构恢复有益。

3、局部注射治疗是一种实用性强且高效的给药方式，相比于传统的心脏手术治疗，可注射水凝胶可以利用局部注射进行微创治疗，减少手术带来的风险和局部软组织的继发性破坏。而实现可注射效果的方式多种多样，如，热敏材料、酶响应成胶材料、调控成胶时间、注射后自愈合等方式。其中，热敏材料主要是以n-异丙基丙烯酰胺为基础材料，亚甲基双丙烯酰胺为交联结构，通过碳碳双键聚合实现材料的构建；n-异丙基丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺均可以实现注射后37℃下形成水凝胶；但该类合成材料存在体内代谢的问题，极大程度上限制了该类材料的临床转化。酶响应成胶材料大多来源于生物提取，例如猪来源的脱细胞的细胞外基质。该材料可以在注射后、细胞外环境中多种酶的作用下重新形成水凝胶状态的细胞外基质。但该材料存在原料获取困难且受到伦理限制的问题。

4、同时，可注射水凝胶需要具备能够在体内驻留并黏附于器官的性能。该性能通常可以利用n-羟基马来酰亚胺对水凝胶进行改性或使用聚多巴胺实现。然而，n-羟基马来酰亚胺通常与含有硫醚官能基的化合物反应，因此应用范围受到了限制，同时n-羟基马来酰亚胺的反应通常是可逆的，改性可能会不稳定。且聚多巴胺的制备及保存过程中的不稳定性限制了聚多巴胺的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可注射水凝胶及其制备方法与应用，该可注射水凝胶不仅能够实现心脏部位的可注射给药，黏附于心脏并持续发挥支撑效果，还具有一定的自由基清除能力和抗氧化应激等的作用。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种可注射水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

4、将氧化透明质酸、羧甲基壳聚糖和多巴胺改性透明质酸分别溶解于缓冲液中，获得氧化透明质酸溶液、羧甲基壳聚糖溶液和多巴胺改性透明质酸溶液，将氧化透明质酸溶液、羧甲基壳聚糖溶液和多巴胺改性透明质酸溶液混合，静置，获得可注射水凝胶。

5、优选的，所述氧化透明质酸、羧甲基壳聚糖和多巴胺改性透明质酸的质量比为1～5:2～10:1～5，所述缓冲液为ph 7.2～7.5的pbs缓冲液，所述静置的时间为2～3min。

6、优选的，所述氧化透明质酸的制备方法包括如下步骤：

7、将高碘酸钠溶液滴加至透明质酸溶液中，透析、冻干，获得氧化透明质酸。

8、进一步优选的，所述透明质酸溶液的浓度为0.010～0.015g/ml，所述高碘酸钠溶液的浓度为0.10～0.15g/ml，所述滴加后静置4.5～5.5h，所述静置的温度为23～27℃，所述透析的时间为70～75h，所述冻干的温度为-70～-80℃，所述冻干的真空度为15～25mpa。

9、优选的，所述多巴胺改性透明质酸的制备方法包括如下步骤：

10、将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺溶解于二甲基亚砜溶液中，获得催化溶液；将透明质酸溶液与催化溶液混合，获得混合溶液；将盐酸多巴胺溶液滴入混合溶液中，调节ph，透析、冻干获得多巴胺改性透明质酸。

11、进一步优选的，所述透明质酸溶液的浓度为0.005～0.015g/ml，所述调节ph后将混合溶液静置45～50h，所述静置的温度为23～27℃。

12、本发明提供了一种所述制备方法获得的可注射水凝胶。

13、本发明还提供了所述可注射水凝胶在制备治疗心脏急慢性损伤的药物中的应用。

14、优选的，所述心脏急慢性损伤包括心肌梗死、阿霉素心肌病、急慢性心肌炎、心力衰竭。

15、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、本发明制备可注射水凝胶的原理为：在高碘酸钠的氧化下，能够使透明质酸的邻二羟基断裂形成醛基；盐酸多巴胺可在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐及n-羟基琥珀酰亚胺的催化下，与透明质酸结构中的羧基形成酰胺；同时，氧化透明质酸断裂形成的醛基与羧甲基壳聚糖中的氨基在弱碱性环境下发生席夫碱反应，形成碳氮双键；进而羧甲基壳聚糖链与透明质酸链交联形成网状结构并最终形成水凝胶；此外，多巴胺的儿茶酚结构与透明质酸糖链、羧甲基壳聚糖糖链可形成氢键进一步加强水凝胶的交联作用，且儿茶酚结构也为水凝胶提供了一定的组织黏附效果。

17、本发明通过以天然的多糖为基础，利用一些特殊的结构，例如席夫碱、苯硼酸酯、离子键等等来实现对成胶时间的控制和实现自愈的效果，并能规避现有技术中存在的问题。本发明制得的基于天然多糖的生物材料不仅能够模拟天然的细胞外基质，而且通过改性可以实现多种功能。

18、本发明制得的可注射水凝胶能够实现心脏部位的可注射给药，黏附于心脏并持续发挥支撑效果。该水凝胶不仅能够持续发挥抗氧化应激的效果以实现心肌细胞的保护，还可以考虑作为药物递送和释放的平台。同时，由于该水凝胶的原料均来自于天然多糖，生物相容性良好。也可以作为干细胞递送的良好基础平台。

19、同时，本发明制得的可注射水凝胶具有如下特点：可拉伸、可注射、可组织黏附；可在活性氧环境中(100μm)实现响应降解：具有一定的自由基清除(dpph检测)能力；能够抗细胞氧化应激；且生物相容性极好。且相比现有的技术，本发明提供的方法制备简单，使用的材料天然，安全性较好。

技术特征：

1.一种可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化透明质酸、羧甲基壳聚糖和多巴胺改性透明质酸的质量比为1～5:2～10:1～5，所述缓冲液为ph 7.2～7.5的pbs缓冲液，所述静置的时间为2～3min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化透明质酸的制备方法包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述透明质酸溶液的浓度为0.010～0.015g/ml，所述高碘酸钠溶液的浓度为0.10～0.15g/ml，所述滴加后静置4.5～5.5h，所述静置的温度为23～27℃，所述透析的时间为70～75h，所述冻干的温度为-70～-80℃，所述冻干的真空度为15～25mpa。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多巴胺改性透明质酸的制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述透明质酸溶液的浓度为0.005～0.015g/ml，所述调节ph后将混合溶液静置45～50h，所述静置的温度为23～27℃。

7.如权利要求1～6任一项所述的制备方法获得的可注射水凝胶。

8.如权利要求7所述的可注射水凝胶在制备治疗心脏急慢性损伤的药物中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述心脏急慢性损伤包括心肌梗死、阿霉素心肌病、急慢性心肌炎、心力衰竭。

技术总结
本发明提供了一种可注射水凝胶及其制备方法与应用，属于生物医用材料开发技术领域，所述可注射水凝胶的制备方法包括：将氧化透明质酸、羧甲基壳聚糖和多巴胺改性透明质酸分别溶解于缓冲液中，获得氧化透明质酸溶液、羧甲基壳聚糖溶液和多巴胺改性透明质酸溶液，将氧化透明质酸溶液、羧甲基壳聚糖溶液和多巴胺改性透明质酸溶液混合，静置，获得可注射水凝胶。本发明通过以天然多糖为基础，利用一些特殊的结构制得了一种安全性高、生物相容性好、可实现心脏部位给药且能持续发挥支撑效果的可注射水凝胶。

技术研发人员：岳田,杨佳丽,徐俊波,侯君,王毅,高寒,黄刚,裴海峰
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25