一种可注射高粘附的软骨修复水凝胶、药物载体和应用

本技术涉及高分子材料制备领域，具体涉及一种可注射高粘附的软骨修复水凝胶、药物载体和应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、关节软骨为关节提供极低的摩擦力，在正常的生理压力下摩擦系数可低至0.001，可以维持人体的日常运动。关节滑液在关节软骨润滑中起关键作用，这是一种透明、淡黄的黏性液体，以流动的形式存在于关节腔，具备润滑和抗震的作用，这种润滑液对于关节的正常功能不可或缺。骨性关节炎是一种慢性疼痛致残、不可逆的骨骼疾病，关节软骨损伤出现润滑中断，关节软骨表面摩擦增加，进而导致软骨组织和软骨下骨的渐进性结构和功能损伤，最终导致关节功能衰竭。加上各种类型的机械性关节损伤、慢性疾病或与年龄相关的软骨损伤，通常会导致关节退化，导致骨关节炎(oa)的发展。软骨损伤的早期诊断具有挑战性，因为只有在软骨组织变性的晚期才能观察到骨与骨摩擦引起的主要疼痛症状。目前，关节损伤的治疗通常基于减轻疼痛、关节理疗或软骨退化末期的全关节置换。因此，关节软骨治疗的主要挑战是寻找新的、更有效的方法来积极影响软骨再生。

3、使用可注射的聚合物水凝胶将细胞或各种生物活性化合物递送到关节是oa软骨再生的一种很有前途的工具，因为水凝胶可以通过微创和无痛的程序到达有缺陷的表面，而无需打开关节。此外，用于软骨再生的水凝胶必须具有生物相容性和对机械载荷的抵抗力。与合成化合物相比，由天然软骨细胞外基质成分组成的水凝胶更好地模拟软骨细胞腔隙，并为软骨再生和功能创造适当的环境。并且研究表明，骨关节炎的根本病症在于炎症，因此如果通过使用炎症抑制剂来抑制炎性因子及炎症的扩散，那么可以用于有效抑制骨关节炎的发生发展，甚至对软骨细胞的凋亡也起到一定的抑制作用，从而达到治疗骨关节炎的目的。可注射促进软骨修复的医用水凝胶，现在市面上已经拥有较多的尝试，例如在“一种可注射性的交联硫酸软骨素水凝胶及其制备方法”(公告号：cn115429935b)中，采用醛基化的硫酸软骨素与氨基化的硫酸软骨素，通过亚胺键相交链，制备成水凝胶，但是其制备较为复杂，产品的粘附性较差，不能很好的促进软骨修复，也不能对软骨的炎症起到积极作用。“在一种能提高软骨修复能力的水凝胶复合支架”(公告号cn117339013a)中，该水凝胶由羟乙基纤维素/聚乙烯醇纳米纤维复合羧甲基壳聚糖/大豆蛋白制备而成，但是产品的力学性能较差，并且没有较好的抗炎作用。

技术实现思路

1、对现有技术的不足，本技术提供一种可注射高粘附软骨修复水凝胶。先使用多巴胺和氨基葡萄糖对α,β-不饱和醛氧化硫酸软骨素进行接枝，得多巴胺-氨基葡萄糖-氧化硫酸软骨素(dda-ocs)，将其溶于磷酸盐缓冲液(pbs)中得到dda-ocs溶液，记为a液；将全氨基-β-环糊精(七(6-氨基-6-脱氧)-β-环糊精，β-cd-(nh2)7)溶于pbs中，记为b液；通过双联注射器混合挤出，得水凝胶。本技术的水凝胶是通过氨基与醛基反应生成的亚胺键进行交联的，该反应在常温下无催化剂即可快速生成，副产物为水，因此成凝胶速度快，无有害副产物生成。硫酸软骨素是软骨细胞外基质中发现的高度硫酸化糖胺聚糖成分之一，可促进细胞分化，并通过细胞与细胞外基质的紧密相互作用提供机械保护，并且硫酸软骨素具有润滑作用，减缓软骨组织之间的摩擦损伤；氨基葡萄糖是形成软骨细胞基质和关节液的基本成分，可以保护关节，修复运动磨损的关节软骨，恢复关节正常运动生理功能；二者协同作用下共同促进软骨组织修复。另外，将多巴胺引入到水凝胶中，其儿茶酚结构类似贻贝足丝蛋白，因此具有较高的组织粘附性，可以很好的粘合破碎或受伤的软骨，更好的促进软骨的修复。

2、本技术的第一方面，提供一种可注射高粘附的软骨修复水凝胶，所述软骨修复水凝胶具有下式结构：

3、

4、在本技术的一些实施例中，所述软骨修复水凝胶的制备方法包括：室温下(20～25℃)，将多巴胺和氨基葡萄糖接枝的氧化硫酸软骨素(dda-ocs)溶解于磷酸盐缓冲液中(pbs，ph＝5.5～6.0)中，记为a液；将全氨基-β-环糊精(七(6-氨基-6-脱氧)-β-环糊精，β-cd-(nh2)7)溶解于pbs(ph＝8～8.5)溶液中，记为为b液；将a液与b液置于双联注射器中，通过混液头混合挤出，静置，得可注射高粘附软骨修复水凝胶(g)。

5、其中，所述dda-ocs的结构式为：

6、

7、β-cd-(nh2)7的结构式为：

8、

9、在本技术的一些实施例中，a液的浓度为0.15～0.25g/ml，b液的浓度为15mg～30mg/ml；a液与b液的混合比例按照dda-ocs的醛基摩尔数与β-cd-(nh2)7的氨基摩尔数为1:1混合；

10、优选的，dda-ocs和β-cd-(nh2)7在所述软骨修复水凝胶g的总含量为7～15wt％；

11、优选的，静置时间为10～20秒。

12、在本技术的一些实施例中，dda-ocs的制备方法包括：室温下(20-25℃)，将α,β-不饱和醛氧化硫酸软骨素溶于去离子水中，用1.0mol/l的盐酸溶液调节ph＝5～5.5，依次加入多巴胺和氨基葡萄糖，分别搅拌反应2～4小时后冷冻干燥，得到dda-ocs。

13、其中，所述α,β-不饱和醛氧化硫酸软骨素的分子式为：

14、

15、优选的，α,β-不饱和醛氧化硫酸软骨素的分子量25～45kda，氧化度为30％～40％，其制备方法按照文献(bobula t,et al.one-pot synthesis ofα,β-unsaturatedpolyaldehyde of chondroitin sulfate[j].carbohydrate polymers,2016,136:1002-1009)所述，并以全文的方式引入本技术中，制备方法如下：

16、硫酸软骨素(200mg,0.42mmol)溶解于10ml(2％w/v)含有磷酸二钠(328mg,0.92mmol)和溴化钠(0.2-2.0当量)的去离子水中。加入催化剂4-acnh-tempo(0.9mg,4μmol)，将反应混合物冷却至5℃。加入次氯酸钠(0.2-2.0当量),5℃搅拌2h，用10当量乙醇淬灭反应。产物经去离子水透析(分子量截止量为3.5kda)，冷冻干燥。

17、进一步地，用1.0mol/l的盐酸溶液调节α,β-不饱和醛氧化硫酸软骨素水溶液的ph值；

18、进一步地，α,β-不饱和醛氧化硫酸软骨素水溶液的浓度为30～50mg/ml；

19、进一步地，多巴胺加入的量为α,β-不饱和醛氧化硫酸软骨素中醛基摩尔量的13％-18％；

20、进一步地，氨基葡萄糖的化学结构如下，其加入的量为α,β-不饱和醛氧化硫酸软骨素中醛基摩尔量的13％～18％；

21、

22、进一步地，反应温度为常温(20～25℃)，反应时间均为2～4h。

23、进一步地，通过混液头挤出后的固化时间为5～15秒。

24、进一步地，所述软骨修复水凝胶的粘附力为15～30kpa。

25、进一步地，所述软骨修复水凝胶的拉伸强度0.8～1.5mpa，断裂伸长率为180～300％。

26、所述软骨修复水凝胶可以应用于软骨修复，包括用于粘合软骨，促进软骨快速愈合。所述软骨修复水凝胶是通过醛基与氨基反应制备，醛基与氨基的反应具有较高的反应活性，可快速生成亚胺键进行交联，水凝胶的固化时间为5～15秒；所述软骨修复水凝胶通过形成交叉的亚胺键交联固化，因此具有优异的力学性能，一些实施例中制备的软骨修复水凝胶水凝胶的最大拉伸强度0.8～1.5mpa，断裂伸长率为180～300％。

27、所述软骨修复水凝胶具备可降解性，在pbs(ph＝7.4)中37℃下的降解时间为4～6周。所述软骨修复水凝胶具备高的组织粘附性，一些实施例中制备的水凝胶对软骨粘附强度为15～30kpa，远高于不含多巴胺的水凝胶。

28、本技术的第二方面，提供一种药物载体，所述药物载体包括本技术各个实施例所述的可注射高粘附的软骨修复水凝胶。所述药物载体的制备方法包括：

29、将β-cd-(nh2)7溶于pbs溶液中，在搅拌下滴加药物的乙醇溶液，滴加完毕后，继续搅拌10～20分钟，得到载药的b液；将dda-ocs溶解于pbs中，得a液；通过双联注射器将a、b液混合挤出，静置10～20s，得载药水凝胶g药。

30、进一步地，所述药物为抗菌、消炎类等药物，包括但不限于抗生素、丁香酚、茶多酚、黄柏酮和姜黄素等；

31、进一步地，药物在乙醇中的浓度为0.03～0.10g/ml；

32、进一步地，药物的加入量为体系中β-cd-(nh2)7摩尔量的80～90％。

33、本技术的一个或多个实施例有以下有益效果：

34、1)本技术的可注射的软骨修复水凝胶，其制备方法简单方便，原料易得，实用性强，易于推广与应用。

35、2)本技术的可注射的软骨修复水凝胶是基于醛基与氨基反应的亚胺键为链接键，生成反应效率更高、反应速率更快、副产物仅为水，固化时间快、力学性能优异；

36、3)本技术的可注射的软骨修复水凝胶的制备原料中，硫酸软骨素是软骨细胞外基质中发现的高度硫酸化糖胺聚糖成分之一，可促进细胞分化，并通过细胞与细胞外基质的紧密相互作用提供机械保护，并且硫酸软骨素具有润滑，减缓软骨组织之间的摩擦损伤；氨基葡萄糖是形成软骨细胞基质和关节液的基本成分，可以保护关节，修复运动磨损的关节软骨，恢复关节正常运动生理功能；二者协同作用下共同促进软骨组织修复。

37、4)本技术的可注射的软骨修复水凝胶含有多巴胺，其中的儿茶酚结构可与人体组织的氨基、巯基结合，也可与羟基形成氢键，因此具有较高的组织粘附性，可以将损伤软骨较好的粘附在一起，促进软骨修复。

38、5)本技术的可注射的软骨修复水凝胶由于环糊精糖环的存在，可以起到载药的作用，通过载入抗菌抗炎药物，并随着水凝胶特别是环糊精的降解而缓慢释放出来，使得水凝胶可以起到长期抗菌作用。

39、6)本技术的可注射的软骨修复水凝胶主要材料为可降解可吸收的硫酸软骨素，氨基葡萄糖和全氨基β环糊精，可以被人体吸收和利用。