专利名称：羟基苯交联大分子网络及其应用的制作方法
羟基苯交联大分子网络及其应用
背景技术：
关节软骨在健康的关节中行使基本功能。关节软骨吸收和分散冲击和摩擦载荷从而将这些载荷从骨骼上转移，保护骨骼免受伤害。软骨通过将载荷力转移至受限于关节间隙内的聚集蛋白聚糖分子(在下一节中有所描述)三维网络内的流体相实现该功能。聚集蛋白聚糖分子含有与核心蛋白相连的多达100条的硫酸软骨素链，在每条硫酸软骨素链全长上分布着多个电负性的硫酸根基团。这些硫酸根基团引起了单个聚集蛋白聚糖分子上的各条硫酸软骨素链之间的相互排斥(造成静态聚集蛋白聚糖分子占有最大的空间体积)， 并导致软骨聚集体中相邻的聚集蛋白聚糖分子互相排斥。在健康软骨中，聚集蛋白聚糖分子与透明质酸长链相连，而透明质酸链被胞外胶原纤维基质限制于关节间隙内的大型软骨聚集体中。因此，即使每个聚集蛋白聚糖分子 (和与相同或不同的透明质酸链相连的相邻聚集蛋白聚糖分子)中相邻的硫酸软骨素链之间相互排斥，它们仍然被限制在胶原基质中。
图1描述了正常、健康的软骨。由于硫酸软骨素链之间如此排斥，透明质酸-聚集蛋白聚糖网络(或大分子网络)在胶原基质的限制下会尽可能大的延展从而在静态获得尽可能低的能量态，即使得相邻的电负性的硫酸根基团间的距离尽可能最大化。由此，网络分子为了避免和相邻的网络分子靠近而很难发生移动或替代。这些大型软骨聚集体被限制在体积为其自由溶液体积五分之一的胶原纤维网络中，无法继续膨胀。具有很高的负电荷密度的软骨聚集体与大量溶剂结合从而赋予软骨吸收载荷和抵抗变形的能力。在压缩下，固定在聚集蛋白聚糖上的负电荷基团之间的距离缩小，从而增加了电荷-电荷之间的排斥力以及自由浮动的平衡阳离子的浓度(如Ca2+和 Na+)。这些效应均对软骨的粘弹性和软骨抵抗变形及吸收压缩载荷的能力有所帮助，以下将进一步加以说明。水分子在大分子网络中提供了充分连续的流体相。如下所述，大分子网络通过将冲击和摩擦载荷转移至连续的流体(水)相将它们从骨骼上转移。当关节承受载荷时，大分子网络首先将力吸收，该力作用于网络欲使其变形或将其压缩。力在流体相中形成压力梯度从而诱导流体流动以适应由载荷造成的网络的变形或压缩。但是流体无法改变坚实的大分子网络，网络填满了相互排斥的硫酸软骨素链，足以在不移动或替代网络分子的情况下容纳大量的水。因此，虽然每个水分子可以在网络中扩散，但由于网络分子不会发生替代， 因此除非流速大幅减慢，否则大量的流体相将基本被限制于网络中而无法通过。尽管存在压力梯度，但是由于水分子无法顺利流动，冲击或摩擦载荷的能量转移至流体相并被其吸收，其中该能量压缩液体水直至水发生充分的转移以适应网络形状且压力梯度发生衰减。 总体效果即软骨吸收潜在有害载荷，并将其从骨骼上转移。通过该完善的机制，正常的关节能够通过将大量的载荷力转移至受限于大分子网络内的流体相而吸收大量的载荷。在现有技术中，该过程还没有被人工或合成方法充分地重现。因此，对于软骨退行性疾病还无法进行充分的治疗，如关节炎，其中聚集蛋白聚糖分子从它们的透明质酸链上脱离，被消化或运出软骨聚集体。据估计，骨性关节炎和风湿性关节炎分别影响着20. 7和2. 1百万美国人。仅骨性
3关节炎每年就造成大约7百万次的医生探访。对于严重的致残性关节炎，目前的治疗包括全关节置换手术，仅美国每年就平均进行168,000桩全髋关节置换和267,000桩全膝关节置换手术。由于软骨细胞在修复软骨中的有限能力，关节软骨的缺陷带来了复杂的治疗问题。迄今为止的治疗策略将重点放在对细胞培养中的自体软骨细胞的应用或在体内通过趋化试剂或促有丝分裂试剂对间质干细胞的募集上。这些策略的目的在于增加和/或活化软骨细胞群落从而重新合成正常的、健康的关节软骨表面。这些策略的一个主要问题是无法将这些试剂保留在缺陷位点。由于透明质酸特有的性质，包括极佳的生物相容性、可降解性和流变学及理化性质，有提议将透明质酸用作发展软骨细胞或生物活性试剂局部给药的生物材料的候选材料。然而，悬浮于组织工程透明质酸基质中的软骨细胞能否合成机械性质与正常健康的关节软骨相当的新软骨基质仍然是未知的。这是因为由透明质酸制成传统生物材料的化学制备方法与保持细胞存活力不相容。软骨细胞必须在基质形成后才能被引入基质，结果不稳定且通常很差。因此，本领域需要一种能够以有效的方式将载荷力从骨骼上有效转移的人工或合成基质。优选地，此基质在整形外科手术过程中可以在原位点或在体内修复或置换关节软骨。更优地，人工或合成基质以一种液体或多种液体的形式提供在原位点或体内靶点，在位点与病人体内已经存在的软骨或骨骼组织形成基本密实的整合。
发明内容
发明综述本发明提供的大分子网络包含以下结构
权利要求
1.一种合成的大分子网络，其包括羟苯基取代的聚羧酸酯、羟苯基取代的聚胺、其它聚羟基苯分子或其共聚物大分子；以及至少一个二羟基苯键连接不同的大分子或连接相同大分子的不同位置。
2.根据权利要求1所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子为聚羧酸酯。
3.根据权利要求1所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子为聚胺。
4.根据权利要求1所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子为透明质酸。
5.根据权利要求1所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子包括肽或蛋白质分子。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子网络内进一步包括活细胞群。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子网络内进一步包括生物活性因子。
8.根据权利要求1所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子包括羟苯基化合物取代的聚羧酸酯，其中至少一个二羟基苯键在两个羟苯基之间形成，该两个羟苯基分别和临近的聚羧酸酯分子连接。
9.根据权利要求1所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子包括羟苯基化合物取代的聚胺，其中至少一个二羟基苯键在两个羟苯基之间形成，该两个羟苯基分别和临近的聚胺分子连接。
10.根据权利要求1所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子包括羟苯基化合物取代的肽或蛋白质分子，其中至少一个二羟基苯键在两个羟苯基之间形成，该两个羟苯基分别和临近的肽或蛋白质分子连接。
11.根据权利要求8-10中任一权利要求所述的合成的大分子网络，其中所述的羟苯基化合物为酪胺或酪氨酸。
12.根据权利要求8所述的合成的大分子网络，其中所述的聚羧酸酯分子中的羟基苯化合物取代率相对于所述聚羧酸酯分子上的CO2H位点摩尔量小于50%。
13.根据权利要求8所述的合成的大分子网络，其中所述的聚羧酸酯分子中的羟基苯化合物取代率相对于所述聚羧酸酯分子上的CO2H位点摩尔量小于10%。
14.根据权利要求8所述的合成的大分子网络，其中所述的大分子包括多个酪胺取代的透明质酸分子，至少两个相邻的透明质酸分子通过二酪胺键连接。
15.根据权利要求14所述的合成的大分子网络，相对于所述透明质酸分子上的0)辺位点摩尔量，其中所述透明质酸分子上的酪胺取代率低于50%。
16.根据权利要求14所述的合成的大分子网络，相对于所述透明质酸分子上的0)辺位点摩尔量，其中所述透明质酸分子上的酪胺取代率低于10%。
17.根据权利要求14所述的合成的大分子网络，相对于所述透明质酸分子上的0)辺位点摩尔量，其中所述透明质酸分子上的酪胺取代率低于5%。
18.一种合成的、可移植的软骨材料，其包括权利要求1-17中任一权利要求所述的合成的大分子网络。
19.一种凝胶，其包括权利要求1-17中任一权利要求所述的合成的大分子网络。
全文摘要
本发明提供了二羟基苯交联的大分子网络，该网络可用于人工组织和组织工程应用中，如人工或合成软骨中。在该网络制备中首先提供聚胺或聚羧酸酯大分子(在分子链上分别带有多个胺基或羧酸基团)，该大分子若是聚胺，则将其与带有自由羧酸基团的羟基苯化合物反应，若是聚羧酸酯，则与带有自由一级胺基团的羟基苯化合物反应，通过碳二亚胺介导的反应途径将羟基苯化合物取代至大分子上生成羟基苯取代大分子。随后在代谢的温度和pH条件下，在分别与不同大分子相连的两个羟基苯基团间发生酶催化二聚化反应，从而将该大分子连接至另一大分子上。在优选具体实施方案中，大分子网络由通过二酪胺键连接的酪胺取代透明质酸分子组成，从而提供了具有理想物理性质的稳定、粘着的水凝胶。本发明还提供了制备该网络的方法。
文档编号A61L27/20GK102382308SQ20101019223
公开日2012年3月21日 申请日期2005年7月8日 优先权日2004年7月9日
发明者安东尼·卡拉布罗, 理查德·A·格罗斯, 阿尼克·B·达尔 申请人:克利夫兰临床基金会