一种交联聚谷氨酸凝胶及其制备方法和应用与流程

本发明涉及医药，具体涉及一种交联聚谷氨酸凝胶及其制备方法和应用，特别是，一种注射填充用交联聚谷氨酸凝胶及其相关产品。

背景技术：

1、聚谷氨酸(γ-pga)是通过枯草芽孢杆菌发酵产生的水溶性多聚氨基酸，其结构为谷氨酸单元通过α-胺基和γ-羧基形成肽键的高分子聚合物。γ-pga的侧链上含有活性较高的羧基，其易与一些物质反应生成稳定的复合物，同时具有很强的亲水性，其保湿能力超出透明质酸，可以在自然界或人体内被完全降解，在人体内可降解为内源性物质谷氨酸，不产生毒副作用，广泛应用于化妆品、医药、保健品和卫生用品等领域，是一类理想的生物可降解的医用高分子材料。

2、水凝胶是由线性分子链交联形成的高分子三维网状聚合物，能够吸收大量水分而不溶解，有效的提高分子链的降解周期，利用聚谷氨酸制备的水凝胶具有高保水性、优良的生物相容性、降解产物为内源性的谷氨酸等优点，具备应用于注入面部皮肤，减轻皱纹，改善皮肤外观和结构，阻止皮肤衰老的潜质。

3、对于注射用的交联聚谷氨酸凝胶的制备方法的报道较少，中国专利cn106730029b公开了一种注射填充用交联聚谷氨酸凝胶颗粒及其制备方法和应用，其中公开了，以1,4-丁二醇二缩水甘油醚为交联剂，经预混、匀浆、调节ph、分离和灭菌后得到凝胶颗粒，来增加用于组织填充的维持时长。但该方法制备的凝胶在经过湿热灭菌后弹性模量降低明显，并缺乏交联剂的去除工艺，弹性模量的降低会直接影响组织填充的效果，交联剂的残留或交联反应的副产物也存在潜在的致癌性，特别是为了延长聚谷氨酸凝胶在体内的维持时间，通过增加交联剂的加入量来提高交联度，这更会提高该类产品的安全性风险。中国专利cn109503864 b公开了一类具有内聚增强特性的可注射水凝胶的制备方法，该方法是将多氨基、多羧基的聚合物混合形成离子键，加入edc/nhs或者dmtmm作催化剂使部分的离子键形成酰胺键，再通过碱化、沉降和复溶的工艺使分子链重排，经湿热灭菌后水凝胶的动力粘度会增加，这种动力粘度的增加是以交联网络结构被破坏形成更多的大分子链结构导致的，这会使凝胶的弹性模量丧失，同时该方法制备的凝胶在灭菌后粘度的会随着存放时间的延长分子链之间的重排而增加是由于聚合物间离子键结合所带来，但这种粘度增加并不稳定，特别是长时间存放，对于产品性能的稳定会产生影响，对实际使用会产生风险。另外，该方法提及采用磷酸盐缓冲液作为溶剂来控制以edc/nhs作为催化剂反应体系的ph值，这会使催化效率降低，交联剂的有效使用量下降，要达到相同的交联效果，用量会增加，提高经济成本，同时这也增加交联剂残留量的风险，提升了产品安全性风险。

4、综上所述，对于制造一种低交联剂的加入量、高弹性模量特性的注射填充用聚谷氨酸凝胶的方法未见报道，特别是在湿热灭菌后凝胶仍能够保持较高的弹性模量，存放一段时间后依然保持稳定，作为组织填充剂可提供高的抗压性能，为此提供一种可用于注射组织填充的聚谷氨酸凝胶来满足临床上多样化的需求具有一定的意义。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供一种交联聚谷氨酸凝胶及其制备方法和应用，特别是，一种注射填充用交联聚谷氨酸凝胶及其相关产品。

2、在本发明第一方面，提供一种交联聚谷氨酸凝胶的制备方法，其包括如下步骤：

3、(1)将聚谷氨酸盐、交联剂与水混合，调节所得溶液的ph；

4、(2)向步骤(1)所得溶液中加入催化剂，进行反应。

5、具体地，步骤(1)中所述聚谷氨酸盐选自：聚谷氨酸钠、聚谷氨酸钾、聚谷氨酸钙、聚谷氨酸镁中的一种或多种，特别是聚谷氨酸钠。

6、具体地，步骤(1)中所述聚谷氨酸盐的分子量为500-2000kda(例如500、600、700、800、900、1000、1200、1400、1500、1600、1800、2000kda)，特别是800-1500kda。

7、具体地，步骤(1)中所述交联剂选自：烷基二胺、氨基多糖、氨基酸酯类化合物中的一种或多种，特别是烷基二胺和氨基酸酯类化合物中的一种或多种，优选为烷基二胺和氨基酸酯类化合物的组合。

8、具体地，烷基二胺分子中含有两个氨基(-nh2)，其可以选自：1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,6-己二胺、双六甲基三胺(n-(6-氨基己基)-1,6-己二胺)，特别是1,3-丙二胺或双六甲基三胺。

9、具体地，氨基多糖是指含氨基的多糖，例如环糊精、壳聚糖等。

10、具体地，对于氨基酸酯类化合物，其中氨基酸优选具有两个氨基(-nh2)，例如赖氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、精氨酸，特别是赖氨酸；其中形成氨基酸酯的醇可以为c1-6的醇，例如甲醇、乙醇，即氨基酸酯类化合物可以为氨基酸甲酯、氨基酸乙酯，特别是，氨基酸酯类化合物为l-赖氨酸乙酯二盐酸盐或l-赖氨酸甲酯二盐酸盐。

11、在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中所述交联剂为烷基二胺和氨基酸酯类化合物的组合，其中二者的氨基摩尔比为1:0.1-0.5(例如1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5)，特别是1:0.1-0.3。

12、将烷基二胺与氨基酸酯类化合物组合作为交联剂，其中分子链结构简单的烷基二胺先与聚谷氨酸盐发生交联反应，而分子链较长的氨基酸酯能够与远离烷基二胺且未与其交联反应的聚谷氨酸盐上的羧基发生交联反应，并且氨基酸酯类中酯键在交联中随着反应体系ph的变化，会发生部分水解，生成的羧基与烷基二胺中的氨基形成分子间的氢键，实现了氨基酸酯类化合物与烷基二胺两者在交联过程中的协同作用，提高最终的交联效率，形成了更为致密的三维网状结构；另外，通过加入氨基酸酯类交联剂，使交联聚谷氨酸中也含有一部分酯键，在湿热灭菌后该部分酯键发生水解断裂，生成的羧基与游离的氨基之间也形成分子间的氢键，从而提高了灭菌后凝胶的稳定性，在一定程度上延长了凝胶的降解时间。

13、在本发明的一个实施例中，步骤(1)中所述交联剂为1,3-丙二胺与l-赖氨酸乙酯二盐酸盐或l-赖氨酸甲酯二盐酸盐的组合，其中二者的氨基摩尔比为1:0.1-0.5(例如1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5)，特别是1:0.1-0.3。

14、在本发明另一个实施例中，步骤(1)中所述交联剂为双六甲基三胺与l-赖氨酸乙酯二盐酸盐或l-赖氨酸甲酯二盐酸盐的组合，其中二者的氨基摩尔比为1:0.1-0.5(例如1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5)，特别是1:0.1-0.3。

15、具体地，步骤(1)中聚谷氨酸盐与交联剂的质量比为1:0.01-0.09(例如1:0.01、1:0.02、1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.08、1:0.09)，特别是1:0.02-0.08。

16、具体地，步骤(1)中所述溶液中聚谷氨酸盐的质量百分比为10-20％(例如10％、12％、14％、15％、16％、18％、20％)。

17、具体地，步骤(1)中所述调节ph步骤为调节ph至5.5-6.5(例如5.5、5.8、6.0、6.2、6.5)。

18、具体地，调节ph所用试剂可以为无机酸(例如盐酸、硫酸)和/或无机碱(例如氢氧化钠、氢氧化钾)。

19、在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中所述催化剂为碳鎓盐，例如，o-(7-氮杂苯并三氮唑-1-基)-二(二甲氨基)碳鎓六氟磷酸盐(hatu)、o-(苯并三氮唑-1-基)-二(二甲氨基)碳鎓六氟磷酸盐(hbtu)。

20、在本发明另一个实施方式中，步骤(2)中所述催化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-基碳二亚胺盐酸盐/n-羟基丁二酰亚胺(edc/nhs)。

21、具体地，催化剂与交联剂的摩尔比1-1.4:1(例如1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1)。

22、具体地，步骤(2)中所述反应温度为25-40℃(例如25、30、35、40℃)。

23、具体地，步骤(2)中所述反应时间为12-18小时(例如12、14、16、18小时)。

24、具体地，步骤(2)中所述反应在密闭条件下进行，例如在密闭的鼓风干燥箱中进行。

25、更具体地，该制备方法还包括步骤(3)：将步骤(2)反应所得凝胶溶胀，粉碎，洗涤，分离，干燥。

26、具体地，溶胀所用溶剂为水，特别是纯化水。

27、具体地，洗涤多用溶剂为水，特别是纯化水，洗涤次数可以为一次或多次。

28、具体地，分离步骤包括醇沉步骤；更具体地，所述醇为乙醇。

29、具体地，干燥方法为真空干燥；更具体地，真空干燥的真空度为-0.10mpa至0mpa(例如-0.09、-0.08、-0.06、-0.04、-0.02mpa)；更具体地，真空干燥的温度为30-50℃(例如30、35、40、45、50℃)；更具体地，真空干燥的时间为6-36小时(例如6、12、18、24、30、36小时)。

30、更具体地，该制备方法还包括步骤(4)：将步骤(3)所得干燥物复溶，灭菌。

31、具体地，复溶所得溶液ph值为7.2±2(例如ph 7.2±1，ph 7.2±0.5，ph7.2±0.2)，例如ph 7.0。

32、具体地，复溶所得溶液的渗透压为280-350mosm/l(例如280、300、320、340、350mosm/l)。

33、具体地，复溶所用溶剂可以为ph中性的缓冲液，例如ph 7.0磷酸盐缓冲液。

34、具体地，灭菌方式为湿热灭菌；更具体地，灭菌温度为120-130℃(例如120、121、122、124、125、126、128、130℃)；更具体地，灭菌时间为1-30分钟(例如1、5、10、15、20、25、30分钟)。

35、在本发明的一个实施方式中，灭菌步骤包括：将复溶所得溶液灌封于预灌封注射器中进行湿热灭菌(得到注射填充用交联聚谷氨酸凝胶，其可注射填充于皮肤组织内，用于实现消除皮肤因衰老出现的松弛、修复皮肤缺陷等目的)。

36、在本发明第二方面，提供第一方面所述方法制备的交联聚谷氨酸凝胶。

37、具体地，所述交联聚谷氨酸凝胶为注射填充用交联聚谷氨酸凝胶。

38、具体地，所述交联聚谷氨酸凝胶是无菌的。

39、在本发明第三方面，提供一种凝胶组合物，其包含第二方面所述的交联聚谷氨酸凝胶，以及一种或多种辅料。

40、具体地，该组合物还可以包括保湿剂、渗透压调节剂、生物活性剂、美容活性剂、细胞附着剂等中的一种或多种。

41、具体地，保湿剂包括，但不限于，甘油、丙二醇、丁二醇、乳酸、乳酸钠、尿素、赤藓糖醇、木糖醇、鼠李糖、甘露糖、山梨醇、海藻糖、棉籽糖等；渗透压调节剂包括，但不限于，氯化钠、葡萄糖、甘露醇、氯化钾、氯化钙、山梨醇等；生物活性剂包括，但不限于，细胞生长因子、肽、拟肽、抗体、核酸和多糖等；美容活性剂包括，但不限于，抗衰老剂、抗自由基剂、抗氧化剂、水合剂、美白剂、防晒剂、肌肉松弛剂等。

42、在本发明第四方面，提供第二方面所述的交联聚谷氨酸凝胶在制备组织填充剂、组织工程支架、创面修复材料、药物载体、化妆品(外用)、食品稳定剂、污水处理剂、保水剂等中的应用，特别是在制备组织填充剂中的应用。

43、在本发明第五方面，提供一种组织填充用产品，其包括注射器和第二方面所述的交联聚谷氨酸凝胶，其中交联聚谷氨酸凝胶灌封于该注射器中。

44、具体地，该注射器包括注射器筒体、柱塞挡止装置和封闭装置，其中，注射器筒体具有远端和近端，其内部容纳有交联聚谷氨酸凝胶，柱塞挡止装置可滑动地定位于注射器筒体内部，并提供对注射器筒体内近端的交联聚谷氨酸凝胶的密封，封闭装置连接于注射器筒体的远端，封闭装置具有出口接合部分，该出口接合部分密封地接合并封闭注射器筒体的远端开口出口端。更具体地，该注射器还可包括针头。

45、具体地，所述交联聚谷氨酸凝胶是无菌的。

46、本发明的有益效果：

47、(1)本发明采用烷基二胺、氨基多糖、氨基酸酯类化合物中的一种或多种为交联剂，通过调整聚谷氨酸盐的浓度为10-20％，溶液的ph为5.5-6.5，在催化剂的作用下，即使在使用少量交联剂时(聚谷氨酸盐与交联剂的质量比为1:0.01-0.09)，其反应效率也能达到80％以上，有效减少了交联剂的用量，并减少了交联剂的残留；并且在使用少量交联剂的情况下，也能得到湿热灭菌后弹性模量损失低、稳定性好的聚谷氨酸凝胶。

48、(2)本发明进一步通过将氨基酸酯类化合物，如l-赖氨酸乙酯二盐酸盐或l-赖氨酸甲酯二盐酸盐，与烷基二胺形成复合交联剂，其中分子链结构简单的烷基二胺先与聚谷氨酸盐发生交联反应，而分子链较长的氨基酸酯能够与远离烷基二胺且未与其交联反应的聚谷氨酸盐上的羧基发生交联反应，并且氨基酸酯类中酯键在交联中随着反应体系ph的变化，会发生部分水解，生成的羧基与烷基二胺中的氨基形成分子间的氢键，实现了氨基酸酯类化合物与烷基二胺两者在交联过程中的协同作用，提高最终的交联效率，形成了更为致密的三维网状结构；另外，通过加入氨基酸酯类交联剂，使交联聚谷氨酸中也含有一部分酯键，在湿热灭菌中该部分酯键发生水解断裂，生成的羧基与游离的氨基之间也形成分子间的氢键，从而提高了灭菌后凝胶的稳定性，在一定程度上延长了凝胶的降解时间。

49、(3)通过本发明的制备工艺得到的聚谷氨酸凝胶，安全无毒，耐受湿热灭菌，弹性模量高，长期稳定性好，可用于注射填充于皮肤组织内，消除皮肤因衰老出现的松弛、修复皮肤缺陷等问题，并且填充后降解时间长。