可注射的胶凝材料的制作方法

可注射的胶凝材料的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种材料。所述材料包括含有多个乙烯砜的分子和含有多个亲核试剂的分子。所述材料能够由含有溶解的多乙烯砜和多亲核试剂的水溶液形成水凝胶。在施用至身体的空间后，所述水溶液能够发生具有可控凝胶化时间的凝胶化以形成所述水凝胶。所述水凝胶能够原位形成并具有可控性质，这使得所述水凝胶可用于多种生物医学应用。生物医学应用的例子包括但不限于体积/填充剂膨胀剂、生物制剂的储存和输送机制、以及作为组织相互作用表面。
【专利说明】可注射的胶凝材料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求名称为“生物相容性原位胶凝剂的应用”、于2011年12月2日提交的美国临时专利申请n0.61/629,991的优先权。

【技术领域】
[0003]本发明大致上涉及注射到身体的空间后能够形成水凝胶的材料以及所述材料的应用。

【背景技术】
[0004]“水凝胶”一词用于定义由水溶性聚合物、非水溶性交联点以及浸泡所述聚合物的水溶液构成的系统。所述系统的成分在宏观上可视为一个单元。水溶性聚合物在交联点处通过化学键交联，因此所述水溶性聚合物不再能够溶解在水溶液中。交联的聚合物虽然不再能够溶解于水溶液中，但也不会从水溶液中沉淀，这使得水凝胶能够容纳大体积的水溶液，而仍然保持其形状。
[0005]上述背景仅为提供关于水凝胶的背景信息概况，而并不是详尽无遗的。在阅读以下详细说明中的各种非限制性实施方案中的一个或多个后，其他内容将变得显而易见。


【发明内容】

[0006]以下提供本说明书的简要概述，以便对本说明书的某些方面提供基本的理解。该概述并不是本说明书的全面概述。其并不是为了确定本说明书中的任何关键或重要元素，也不是为了描述本说明书的具体实施方案的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简要的形式表述本说明书中的某些概念并为随后提供的更详细的描述作铺垫。
[0007]根据一个或多个实施方案以及相应的内容，描述了与可注射的胶凝材料(例如，可注射水凝胶)相关的多个非限制性的方面。溶解在生物相容性水性环境中的两种聚合物能够在注射到身体的位点后形成具有可控性质的水凝胶。所述水凝胶能够在原位形成并具有可控性质，这使得所述水凝胶可用于许多生物医学应用。生物医学应用的例子包括但不限于体积/填充剂膨胀剂、生物制剂的储存和输送机制、以及作为组织相互作用表面。
[0008]根据一个实施方案，描述了一种材料。所述材料包括含有多个乙烯砜的分子和含有多个亲核试剂的分子。所述材料溶解于缓冲溶液以形成水溶液，所述水溶液在施用到身体的空间后能够发生凝胶化，并具有可控的凝胶化时间、溶胀比、降解时间以及力学性质以便填充所述空间。
[0009]根据另一个实施方案，描述了一种方法。将含有多个乙烯砜的分子和含有多个亲核试剂的分子溶解于水中以形成水溶液。将所述水溶液注射到身体的空间。经过凝胶化时间后在所述空间处形成水凝胶以便填充所述空间。
[0010]在另一个实施方案中，描述了一种方法。通过将含有多个乙烯砜的分子和含有多个亲核试剂的分子溶解于水中来形成水溶液。将所述水溶液施用到身体的位点。在施用到所述位点后，形成生物相容性表面。所述相容性表面能够在所述空间处与所述身体相互作用。
[0011]以下描述及附图描述了本说明书的某些示例性的方面。但是，这些方面仅表示实施本说明书中的各种实施方案的各种方式中的一些方式。当结合附图考虑时，本说明书的其他方面可以从以下本说明书的详细描述中明显地看出。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]以下与附图结合的详细描述中列举了许多方面和实施方案，其中相同的参考标号表示相同的部件，而且其中:
[0013]图1是根据一个实施方案将水溶液注射到人体的位点以促进水凝胶的形成的示例性非限制性示意图；
[0014]图2是根据一个实施方案的用于在人体的位点处促进水凝胶的形成的方法的示例性非限制性工艺流程图；
[0015]图3是根据一个实施方案的用于形成能够在人体的位点处促进水凝胶的形成的水溶液的方法的示例性非限制性工艺流程图；
[0016]图4是根据一个实施方案的利用可注射水凝胶作为体积填充剂/膨胀剂的方法的示例性非限制性工艺流程图；
[0017]图5是根据一个实施方案的利用可注射水凝胶来促进生物制剂的储存和/或输送的方法的示例性非限制性工艺流程图；
[0018]图6是根据一个实施方案的利用可注射水凝胶作为组织相互作用表面的方法的示例性非限制性工艺流程图；
[0019]图7是根据一个实施方案的用水凝胶孵育后的NIH3T3细胞的示例性非限制性典型图像；
[0020]图8是根据一个实施方案的在水凝胶中培养的细胞的示例性非限制性典型活/死检验图像；
[0021]图9是根据一个实施方案的显示鼠皮肤细胞耐受水凝胶的示例性非限制性图像；
[0022]图10是表示根据一个实施方案的使用不同参数组合可获得不同凝胶化时间的示例性非限制性表格；
[0023]图11是表示根据一个实施方案的通过混合DM为20%的HA-VS和HA-SH而制得的水凝胶的溶胀比的示例性非限制性示意图；
[0024]图12是表示根据一个实施方案的通过混合DM为8%的HA-VS和DM为4 %的dex-SH而制得的水凝胶的溶胀比的示例性非限制性示意图；
[0025]图13是表示根据一个实施方案的两种制剂的体内膨胀及寿命与市场上已有的填充剂相比的示例性非限制性曲线图；
[0026]图14是表示根据一个实施方案的对通过混合DM为8%的HA-VS和DM为4%的dex-SH而制得的水凝胶的网格尺寸的控制的示例性非限制性示意图；
[0027]图15是表示根据一个实施方案的对通过混合DM为20%的HA-VS和HA-SH而制得的水凝胶的网格尺寸的控制的示例性非限制性示意图；
[0028]图16是根据一个实施方案的皮下注射到小鼠中的包裹有NIR-1gG的水凝胶的示例性非限制性NIR图像；
[0029]图17是根据一个实施方案的将HA基原位水凝胶的降解与市场上已有的皮肤填充剂水凝胶相比的示例性非限制性曲线图；
[0030]图18是根据一个实施方案的显示不同组成的水凝胶的储能模量的示例性非限制性曲线图；
[0031]图19是根据一个实施方案的HA基水凝胶上的细胞群的示例性非限制性典型活/死检验图像。

【具体实施方式】
[0032]参照附图描述了本公开的各个方面或特征，其中在上下文中相同的附图标记指代相同的元件。本说明书中包含了大量具体细节，以便对本公开提供透彻的理解。但是，应当理解，本说明书中的某些方面可以在不需要这些具体细节的情况下实现，或应用其他方法、成分、分子等来实现。在其他实例中，众所周知的结构和器件用框图的形式示出，以便于各实施方案的描述和说明。
[0033]水凝胶可用于许多生物医学应用。当水凝胶被放置到身体中时，它形成了三个“空间膨胀空间”、“储存空间”和“界面空间”。这三个“空间”中的每一个可用于不同的应用。
[0034]所述“膨胀空间”是由块体水凝胶形成的。因此，水凝胶可用作体积填充剂/膨胀剂。由于块体水凝胶的额外体积的插入，块体水凝胶在组织之间形成空间。利用水凝胶的这种性质的应用的例子包括:组织扩充、粘性补给和粘性手术。在这些应用中使用预制水凝胶的一个主要问题是将水凝胶放置到身体中。由于水凝胶是体积填充剂/膨胀剂，需要侵入性手术程序以将水凝胶放置在身体中。所述手术程序可能不适用于纯为美容目的应用或者需要将额外的体积放置在身体深处的空间的应用。
[0035]可以通过将水凝胶磨成小(例如，毫米尺寸)颗粒以避免这个问题。但是，凝胶颗粒的表现与块体凝胶不同。例如，与块体凝胶相比，凝胶颗粒具有不同的力学性质、降解速率以及其他性质。另一种可能的避免上述问题的技术是使用大号的针，但大号的针是侵入性的并且可以很痛。此外，在某些应用(例如，填充动脉瘤肿块)中不可能使用大针。
[0036]“储存空间”存在于水凝胶内部，是由交联网络和水性介质形成的。由于水性环境和聚合物的亲水性，可以将蛋白质、细胞以及许多其他不稳定的微观生物制剂储存在这个空间中。因此，水凝胶可用于生物制剂的储存和输送。利用水凝胶的这种性质的应用的例子包括:药物输送和组织工程。这些应用通常要求生物制剂的包裹在温和条件下进行；但是，许多交联反应是激烈的且不适用于不稳定的生物制剂。此外，储存预先包裹的凝胶可能是困难的，因为生物制剂和凝胶的性质可能在储存过程中发生变化。例如，储存在凝胶中的药物可能扩散出来，以及/或者储存的细胞可能生长并降解凝胶骨架。
[0037]“界面空间”在水凝胶和身体之间形成。由于水凝胶与身体紧密接触，可以对水凝胶的表面进行处理，以在水凝胶和邻近的组织之间形成合适的相互作用。因此，水凝胶可用作组织相互作用表面。利用水凝胶的这种性质的应用的例子包括:伤口愈合、抗粘连应用和组织粘连应用。
[0038]根据本公开的一个或多个实施方案，本文描述了一种能够原位形成并具有可控性质的可注射水凝胶。在将水溶液注射到身体的位点/空间后形成的可注射水凝胶优于预先形成的颗粒中的颗粒，且不需要用大号的针注射。可注射水凝胶可用于生物医学应用，这至少是因为它是生物相容性的、易于注射、并具有可控的凝胶化时间。此外，所述水凝胶至少还具有可调节的溶胀比、可调节的网格尺寸、以及易于进行表面功能化。这些性质使得所述水凝胶成为可用作体积/填充剂膨胀剂、用作生物制剂的储存和输送机制，以及用作组织相互作用表面的优异材料。
[0039]以下参见附图，首先参见图1，所示为根据一个实施方案将水溶液注射到人体的位点以促进水凝胶(也称为“可注射水凝胶”)的形成的示例性非限制性示意图100。可将含有水凝胶前体的水溶液102注射到人体的点/位点104。在注射到所述位点后，所述水溶液102可发生凝胶化以形成水凝胶106。因此，水凝胶106是可原位化学交联的制剂。术语可原位化学交联的制剂一般是指能够在接近于生理条件的条件下交联的水凝胶。
[0040]在一个实施方案中，生理条件包括:
[0041]温度约10摄氏度至约60摄氏度；
[0042]pH约5至约9 ；以及/或者
[0043]水含量至少约50%。
[0044]在另一个实施方案中，生理条件包括:
[0045]温度约30摄氏度至约40摄氏度
[0046]pH约 6.5 至约 8 ；
[0047]水含量至少约80%。
[0048]在另一个实施方案中，生理条件包括:
[0049]温度约35摄氏度至约39摄氏度
[0050]pH约 7.0 至约 8.0 ；
[0051]水含量至少约90%。
[0052]也就是说，可以由以水溶液形式注射到人体的空间/位点104的前体分子在所述空间/位点104处形成水凝胶106。根据一个实施方案，所述前体分子是能够促进水凝胶的形成的两种或多种不同的分子。所述水凝胶不应在人体中引起不希望的反应。因此，所述两种或多种前体分子必须是生物相容性和非免疫原性的。其衍生物可用作前体分子的生物相容性聚合物的例子包括透明质酸(HA)、聚乙二醇(PEG)、右旋糖酐、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、藻酸盐、环糊精等等。
[0053]在一个实施方案中，所述前体分子包括一种或多种修饰有多个乙烯砜基团的生物相容性聚合物分子(多乙烯砜分子，P-VS)和一种或多种修饰有多个亲核试剂的聚合物分子(多亲核试剂分子，P-NU)。例如，所述P-VS可为修饰有至少两个功能性乙烯砜基团的含有羟基的生物相容性聚合物。所述乙烯砜基团可连接到所述羟基。亲核试剂的例子包括可添加到生物相容性聚合物的巯基(th1l)和胺基(amine)。
[0054]当将所述P-VS和所述P-Nu在生理pH的水溶液(例如，缓冲液)中混合时，形成水凝胶。所述乙烯砜基团对所述亲核试剂基团具有化学反应性。例如，所述乙烯砜基团能够共价键合到所述亲核试剂基团以促进水凝胶的形成。
[0055]前体分子可溶解于生物相容性缓冲溶液(例如，水、PBS等)以形成水溶液102。例如，所述缓冲溶液可具有生理pH。所述水溶液102还可包括盐、溶剂、其他任何能调节溶液PH的分子、其他任何有助于前体聚合物的修饰的分子、以及治疗性分子，或者其他任何能减小当在生物系统中使用所述前体或所述水凝胶时所存在的潜在危险的分子。所述水溶液102在凝胶化之前是粘性溶液，因此能够容易地注射到所述位点/空间104。
[0056]为了不同的目的，可对水凝胶的性质，例如力学性质、溶胀程度、网格尺寸、凝胶化时间、降解时间等，进行调整或处理。例如，可以基于水溶液的pH、水溶液的温度、水溶液102中P-VS的浓度、水溶液102中P-Nu的浓度、P-VS的修饰程度、P-Nu的修饰程度或不同的聚合物组合来控制这些性质。例如，可以调节凝胶化时间使得凝胶化时间足够长，以便医生在所述位点/空间104处处理所述水溶液102，但又足够短，以在注射后很快形成水凝胶106以维持其形状。类似地，也可对水凝胶的表面性质进行调节。每种性质都可以独立地进行调节。
[0057]参见图2，所示是根据一个实施方案的用于在人体的位点处促进水凝胶的形成的方法200的示例性非限制性工艺流程图。所述方法200促进“可注射水凝胶”的形成，所述“可注射水凝胶”是一种在生理条件下输送到人体的位点后能够原位组装的水凝胶。
[0058]在一个实施方案中，生理条件包括:
[0059]温度约10摄氏度至约60摄氏度；
[0060]pH约5至约9 ；以及/或者
[0061]水含量至少约50%。
[0062]在另一个实施方案中，生理条件包括:
[0063]温度约30摄氏度至约40摄氏度
[0064]pH约 6.5 至约 8 ；
[0065]水含量至少约80%。
[0066]在另一个实施方案中，生理条件包括:
[0067]温度约35摄氏度至约39摄氏度
[0068]pH约 7.0 至约 8.0 ；
[0069]水含量至少约90%。
[0070]在步骤202中，将含有水凝胶前体的水溶液注射到人体的点/位点。所述水溶液在注射前是粘性溶液，以便于注射。所述前体可包括生物相容性且非免疫原性(例如，不与那些和注射相关的生物分子、细胞、组织等反应)的聚合物。其衍生物可用作前体分子的生物相容性聚合物的例子包括透明质酸(HA)、聚乙二醇(PEG)、右旋糖酐、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、藻酸盐、环糊精等等。在一个实施方案中，所述前体分子可为P-VS和P-Nu，如上参照图1所述。所述水溶液还可包括生物相容性缓冲溶液(例如，水、PBS等)、盐、水性溶剂、其他任何能调节溶液PH的分子、其他任何有助于前体聚合物的修饰的分子、以及治疗性分子，或者其他任何能减小在生物系统中使用所述前体或所述水凝胶时所存在的潜在危险的分子。
[0071]为了不同的目的，可对水凝胶的性质，例如力学性质、溶胀程度、网格尺寸、凝胶化时间、降解时间等，彼此独立地进行调整或处理。例如，可以基于水溶液的pH、水溶液的温度、水溶液中P-VS的浓度、水溶液中含有P-Nu的分子的浓度、P-VS的修饰程度、P-Nu的修饰程度或不同的聚合物组合来控制这些性质。类似地，也可对水凝胶的表面性质进行调节。
[0072]在注射到所述位点后，所述水溶液可发生凝胶化以形成水凝胶。因此，所述水凝胶是可原位化学交联的制剂。术语可原位化学交联的制剂一般是指能够在接近于生理条件的条件下交联的水凝胶。因此，在步骤204中，在经过凝胶化时间之后在所述空间/位点处形成水凝胶。例如，凝胶化时间可以足够长，以便医生在所述位点/空间处处理所述水溶液的形状，但又足够短，以在注射后很快形成水凝胶以维持其形状。
[0073]参见图3，所示是根据一个实施方案的用于形成能够在人体的位点/空间处促进水凝胶形成的水溶液的方法300的示例性非限制性工艺流程图。
[0074]在步骤302中，将某浓度的P-VS溶解于生物相容性缓冲液(例如，水、PBS等)中。该修饰有乙烯砜的聚合物可以是生物相容性、非免疫原性以及可溶解于所述缓冲液的。
[0075]在步骤304中，将某浓度的P-Nu溶解于所述生物相容性缓冲液中。该修饰有亲核试剂的聚合物可以是生物相容性、非免疫原性以及可溶解于所述缓冲液的。在一个实施方案中，所述修饰有亲核试剂的聚合物可具有与所述修饰有乙烯砜的聚合物相同的聚合物骨架。
[0076]可选地，在步骤306中，可以调节所述水溶液的性质，以有助于调节在注射到人体的位点/空间后所形成的水凝胶的性质和/或特性。例如，可以调节水溶液的pH、水溶液的温度、水溶液中P-VS的浓度、水溶液中含有P-Nu的分子的浓度、P-VS的修饰程度、P-Nu的修饰程度或不同的聚合物组合，以便调节和调整水凝胶的性质和/或特性。水凝胶的性质和/或特性包括:表面性质、力学性质、溶胀程度、网格尺寸、凝胶化时间、降解时间等。
[0077]诸如图1-3 所示的能够原位形成并具有可控性质的可注射水凝胶可用于多种生物医学应用。所述可注射水凝胶可用小号的针(约30号(gauge)或更小的尺寸)注射到所述位点/空间，并具有化学可控的性质和/或特性，以促进水凝胶的原位形成。生物医学应用的例子包括但不限于体积/填充剂膨胀剂(图4)、生物制剂的储存和输送机制(图5)、以及组织相互作用表面(图6)。
[0078]参见图4，所示是根据一个实施方案的利用可注射水凝胶作为体积填充剂/膨胀剂的方法400的示例性非限制性工艺流程图。体积填充剂/膨胀剂可用于化妆品、外科重建及整形手术，例如，作为软组织扩充(例如抗皱治疗、隆胸等)的植入材料，人体体积恢复等。在这些应用中，植入材料应是生物相容性及非免疫原性的，应提供长期持续效果，并应能够通过微创方法施用到所述位点/空间而不会有材料的迁移。在某些情况下，所述材料还应是可除去的。
[0079]这种材料的可能候选物是HA基的软组织扩充材料。虽然未修饰的HA在人体中可快速降解，但当HA被化学交联以形成水凝胶时，可以显著地减缓降解。因此，交联HA已广泛用作软组织扩充部件或皮肤填充剂。
[0080]交联反应通常在体外进行。商业产品(例如RESTYLANE”和儿IVEDERM l1采用预制的水凝胶。预制的水凝胶通常包括包埋在高分子量HA粘性溶液中的磨碎的HA水凝胶颗粒(称为HA “浆体”)。
[0081]HA浆体方法有几个缺点。第一，注射材料在注射后可能移位。由于浆体中的交联HA颗粒只是与非交联的高分子量HA溶液混合，当所述HA溶液响应压力而流动时，所述颗粒可能被带到不合需要的位置。第二，由于所述HA溶液在注射后很快会被人体吸收，为了恢复失去的未交联HA的体积，所述颗粒需要能够膨胀以填充所述空间。高溶胀程度要求低程度的交联；但是，低程度的交联增加降解速率。第三，由于真皮上部由紧密排列的胶原纤维构成，必须使用较小号的针(例如，号数大于或等于30号，即尺寸小于或等于30号)以产生足够的压力以推动所述浆体通过表皮，但较小的针只允许较小的颗粒通过；但是，较小的颗粒尺寸导致更快的降解。
[0082]方法400采用完全不同的方法来促进体积的填充和膨胀。在步骤402中，将水溶液注射到人体的空间。所述空间可为需要体积填充或膨胀的区域。所述水溶液可包括水性缓冲液和溶解在所述水溶液中的凝胶前体(例如，参照图1所述的P-VS和P-Nu)。也可将能够有助于控制水凝胶的参数和/或特性的添加剂溶解在所述水溶液中。所述水溶液是粘性溶液，因此可容易地注射。
[0083]在生理pH下注射后，在人体内可形成水凝胶。在步骤404中，在凝胶形成之前(凝胶化之前)，可在所述空间处处理所述水溶液。例如，凝胶化时间可以足够长，以便医生处理所述水溶液的形状，但又足够短，以便在注射后很快形成凝胶以维持其形状。在步骤406中，在凝胶化时间结束后，根据所做的处理可在所述空间处形成水凝胶。凝胶化之后，所述水凝胶是块体水凝胶而不是颗粒，因此总表面面积较小，从而降低了降解速率。与修饰程度和浓度有关的交联程度可相对较高以进一步降低降解速率。
[0084]类似地，方法400也可用于填充动脉瘤肿块。动脉瘤是一种影响外周和/或脑血管的心血管疾病，其中血管(通常是动脉)出现局部充血气球样肿块，所述肿块具有脆的血管壁。患有动脉瘤的患者有肿块破裂及由此造成的出血的风险，其可引起严重的并发症，包括死亡。治疗动脉瘤的一种方法是通过填充肿块将肿块空间从血液循环中隔离，以便降低破裂的风险。但是，现有可得的材料是有限的，且临床效果通常不令人满意。
[0085]所述材料必须能够通过长而细的微导管，因此液体不应太粘，且不能太快凝胶化。所述材料到达肿块处后应停留在所述肿块中。所述材料应具有某些防污性质，以免血液中的蛋白质聚集在表面上而堵塞血管。此外，所述材料应具有长效性。
[0086]本文描述的可注射水凝胶具有适合作为用于治疗动脉瘤的材料的特性。可以控制粘度使其足够低以便通过细的微导管。可以控制凝胶化时间以使聚合物溶液能够通过微导管并在到达肿块处后形成凝胶。可以控制凝胶的膨胀以使其能够通过物理膨胀更好地停留在肿块中。可以处理凝胶的表面以使其防污。此外，还可以控制凝胶的降解时间。
[0087]参见图5，所示是根据一个实施方案的利用可注射水凝胶来促进生物制剂的储存和/或输送的方法500的示例性非限制性工艺流程图。随着生物医学工程的进步，发展了包括肽、蛋白质、核酸、甚至细胞之类的生物治疗剂，其已被证明可有效治疗多种疾病。利用细胞作为治疗剂的应用主要有两类。一类是组织工程，其中使用细胞来生长新的组织并将其植入患者体内。为增强效果，通常在骨架中分散及培养细胞，并将其放置在人体中需要新组织的位点。另一种方法是利用细胞的蛋白质产生机制，其中对细胞进行处理以使其产生某种蛋白质并在能够被放置在所需位点的骨架中生长。
[0088]方法500展示了可注射水凝胶作为细胞输送装置的应用。在步骤502中，形成有助于根据人体中的注射位点调节水凝胶的性质的水溶液。可容易地调节力学性质或物理微环境以适应不同的细胞和不同的应用。例如，可容易地将聚合物功能化，使其含有不同的生物活性基团，以便可以调节化学微环境以适应不同的细胞和不同的应用。
[0089]在步骤504中，可将所述水溶液注射到所述位点。可容易地修饰水凝胶的表面，以使其能够粘附在注射位点以防止细胞流失。在步骤506中，可在所述位点处形成具有所述经调节的性质的水凝胶。例如，可容易地针对不同的应用调节水凝胶的降解性。
[0090]参见图6，所示是根据一个实施方案的利用可注射水凝胶作为组织相互作用表面的方法600的示例性非限制性工艺流程图。手术后组织粘连是外科手术中常见而严重的并发症，其可引起严重的疼痛、炎症或不育。目前预防粘连的临床实践包括使用聚合物溶液、预制水凝胶、可溶胀水凝胶膜、固体薄片或原位水凝胶来阻止粘连。
[0091]聚合物溶液的缺点是它容易从注射位点流走，因此用于特定手术位点的抗粘连并不理想。至于预制凝胶、凝胶膜和固体薄片，则很难完全覆盖手术位点。原位水凝胶是理想的抗粘连材料，因为它能容易地覆盖整个手术位点。
[0092]根据方法600，可注射水凝胶也可用于这个目的。在步骤602中，调节水凝胶的表面性质。针对特定的应用，也可调节非表面性质。可调节水凝胶的降解时间，以使水凝胶维持足够长的时间以防止粘连，并最终在伤口愈合之后消失。除了抗粘连，还可控制凝胶化时间，使其非常快(几秒内)以便可用所述凝胶来止血。
[0093]在步骤604中，可将至少包含缓冲液和水凝胶前体的水溶液注射到人体的位点。在步骤606中，形成具有可控表面性质的水凝胶。可处理所述水凝胶的表面，使其既与组织相容，又可防止组织在水凝胶上生长或生长至水凝胶中。
[0094]实验
[0095]以下实施方案是示例性的，或用于说明以上描述的原理的应用。应注意，以下提供的实验数据并不限制实施方案的范围。相反，以下数据仅用于举例说明如何针对不同应用来调节水凝胶的性质。对聚合物材料、细胞系、模式动物、以及具体实验程序(例如pH、同渗质量摩尔浓度等)的选择仅用于说明。
[0096]水凝胶的生物相容性
[0097]细胞相容性
[0098]使用由108kDa乙烯砜化透明质酸(HA-VS)和硫醇化透明质酸(HA-SH)构成的水凝胶作为示例以展示所述水凝胶对于细胞的生物相容性。
[0099]将修饰程度(DM)为18 %的HA-VS和HA-SH以2 % w/v溶解于细胞培养基中。通过混合所述两种聚合物形成凝胶。将所述凝胶放置于NIH3T3细胞上，在96孔板中培养，并孵育I天。利用活/死检验将细胞染色以检验其活力，如图7所示。
[0100]参见图7，所示是根据一个实施方案的用水凝胶孵育后的NIH3T3细胞的示例性非限制性典型活/死检验图像700。由该图可以确定，大部分细胞是活的。以702标记的区域是唯一明显含有死细胞的区域。因此，所述水凝胶基本上是生物相容性的，实际上不会在细胞中引起任何不良反应。
[0101]细胞包裹相容性
[0102]进行实验，结果证明细胞在被包裹到水凝胶中后仍保持存活。这个性质对于细胞输送/组织工程应用是至关重要的。
[0103]使用由DM为18%的108kDa HA-VS和HA-SH构成的水凝胶作为示例。
[0104]将HA-SH以2% w/v溶解于细胞培养基中。先将HA-VS以较高浓度溶解于细胞培养基中，并与约16个细胞混合以使最终浓度也达到2%。然后，将HA-SH聚合物溶液和HA-VS/细胞溶液混合，并在96孔板上接种。在细胞培养基的存在下，将细胞在凝胶中培养2天，然后对其进行活/死检验，如图8所示。
[0105]参见图8，所示是根据一个实施方案的在水凝胶中培养的细胞的示例性非限制性典型的活/死检验图像800。如区域802、804和806所示，在被包裹到水凝胶中时，细胞仍然存活。
[0106]体内相容性
[0107]本示例说明了:形成原位凝胶的过程以及与水凝胶的长期接触均与动物的皮肤相容。
[0108]使用由DM为39%的108kDa HA-VS和HA-SH构成的水凝胶作为示例。
[0109]将HA-VS和HA-SH以4 % w/v溶解于PBS中。混合后，将混合物装载在注射器中，并用30号针皮下注射到SD小鼠中。
[0110]图9是根据一个实施方案的显示小鼠皮肤细胞耐受水凝胶的示例性非限制性图像。3周后处死小鼠(图像900)。将与凝胶902邻近的皮肤组织固定并用H&E染色(图像904)。如图像904所示,小鼠皮肤细胞耐受所述凝胶。
[0111]控制水凝胶的凝胶化时间
[0112]可通过多种因素控制水凝胶的凝胶化时间。这些因素的例子包括:反应pH、温度、聚合物的选择、聚合物的浓度、修饰程度等等。
[0113]使用HA-VS和HA-SH、乙烯砜化右旋糖酐(dex-VS)、硫醇化右旋糖酐(dex-SH)和乙烯砜化聚乙烯醇(PVA-VS)作为示例。将聚合物溶解于缓冲液中，并将其与配对物混合以形成水凝胶。通过试管反转测试确定凝胶化时间。除非特别说明，否则将聚合物溶液的pH保持在7.4。
[0114]参见图10，所示是示出根据一个实施方案的使用不同参数组合可获得不同凝胶化时间的示例性非限制性表格1000。但是，应注意，每个凝胶化时间类别下的组合仅作为示例。还存在许多其他可能的组合。根据特定的应用来选择合适的条件。
[0115]控制溶胀
[0116]体外溶胀测试
[0117]溶胀比定义为溶胀后的凝胶的体积与溶胀前的凝胶的体积之比。可通过控制修饰程度和聚合物浓度来控制水凝胶的溶胀。
[0118]使用DM为20%的HA-VS和HA-SH作为示例来说明可将溶胀比控制在I左右(如图11所示)。
[0119]将HA-VS和HA-SH溶解于PBS中。将同样浓度的聚合物配对物混合并形成水凝胶。随后使水凝胶在PBS中溶胀以达到平衡溶胀。称量溶胀前后的水凝胶的重量以用于计算体积的变化，并假定水凝胶的体积是聚合物的体积与PBS的体积之和。
[0120]参见图11，所示是根据一个实施方案的通过混合DM为20%的HA-VS和HA-SH而制得的水凝胶的溶胀比的示例性非限制性示意图1100。
[0121 ] 在另一个示例中，使用DM为8 %的HA-VS和DM为4 %的dex_SH来说明可将溶胀比控制在2左右(如图12所示)。
[0122]将同样浓度的聚合物配对物混合以形成水凝胶。随后使水凝胶在PBS中溶胀以达到平衡溶胀。称量溶胀前后的水凝胶的重量以用于计算体积的变化，并假定水凝胶的体积是聚合物的体积与PBS的体积之和。
[0123]参见图12，所示是根据一个实施方案的通过混合DM为8%的HA-VS和DM为4%的dex-SH而制得的水凝胶的溶胀比的示例性非限制性示意图1200。
[0124]体内膨胀
[0125]本示例用于说明在注射到人体中之后，原位水凝胶能够形成新的体积(而不是扩散离开注射位点)。这些新制剂还能比现有的皮肤填充剂(例如，JUVERDERMRESTYLANE-)更好地控制溶胀以及具有更长期的扩充效果。
[0126]将两种具有不同力学性质(储能模量为~100Pa和~6000Pa)的制剂皮下注射到小鼠中，以评估水凝胶的体内扩充效果。使用卡尺测量水凝胶的尺寸。
[0127]实验结果证明，注射后的凝胶确实能够使体积膨胀。图13中的图像1302示出了溶胀的图像。
[0128]图13是示出根据一个实施方案的两种制剂的体内膨胀及寿命与市场上已有的填充剂相比的示例性非限制性图1300。与现有的.丨UVERDERM'k和RESTYLANE在啮齿动物中的体内扩充效果数据(见 Hillel 等,Dermatological Surgery38, 471-478, 2012)相比，这两种水凝胶制剂均能更好地控制溶胀(更小的误差棒)并更慢地降解。
[0129]控制网格尺寸
[0130]网格尺寸的体外测定
[0131]本示例说明了可以通过改变修饰程度和聚合物浓度来控制水凝胶网络的网格尺寸。
[0132]可根据P印pas图式聚合物溶胀模型来计算网格尺寸:

【权利要求】
1.一种材料,包括: 含有多个乙烯砜的分子；以及 含有多个亲核试剂的分子， 其中所述材料溶解于缓冲溶液以形成水溶液，以及 其中所述水溶液在施用至身体的空间后发生凝胶化，并具有可控的凝胶化时间、可控的溶胀比、可控的降解时间和可控的力学性质 中的至少一种，以促进填充所述空间。
2.根据权利要求1所述的材料，其中基于所述水溶液的pH、所述水溶液的温度、所述水溶液中所述含有多个乙烯砜的分子的浓度、所述水溶液中所述含有多个亲核试剂的分子的浓度、所述含有多个乙烯砜的分子的修饰程度、所述含有多个亲核试剂的分子的修饰程度、或者不同分子的组合来控制所述凝胶化时间。
3.根据权利要求1所述的材料，其中基于所述水溶液的pH、所述水溶液的温度、所述水溶液中所述含有多个乙烯砜的分子的浓度、所述水溶液中所述含有多个亲核试剂的分子的浓度、所述含有多个乙烯砜的分子的修饰程度、所述含有多个亲核试剂的分子的修饰程度、或者不同分子的组合来控制所述溶胀比。
4.根据权利要求1所述的材料，其中基于所述水溶液的pH、所述水溶液的温度、所述水溶液中所述含有多个乙烯砜的分子的浓度、所述水溶液中所述含有多个亲核试剂的分子的浓度、所述含有多个乙烯砜的分子的修饰程度、所述含有多个亲核试剂的分子的修饰程度、或者不同分子的组合来控制所述降解时间。
5.根据权利要求1所述的材料，其中基于所述水溶液的pH、所述水溶液的温度、所述水溶液中所述含有多个乙烯砜的分子的浓度、所述水溶液中所述含有多个亲核试剂的分子的浓度、所述含有多个乙烯砜的分子的修饰程度、所述含有多个亲核试剂的分子的修饰程度、或者不同分子的组合来控制所述力学性质。
6.根据权利要求1所述的材料，其中当所述含有多个乙烯砜的分子与所述含有多个亲核试剂的分子形成共价键时，所述水溶液发生所述凝胶化。
7.根据权利要求1所述的材料，其中所述含有多个乙烯砜的分子包括含有至少两个乙烯砜基团的聚合物。
8.根据权利要求1所述的材料，其中所述含有多个亲核试剂的分子包括含有至少两个亲核试剂基团的聚合物。
9.根据权利要求1所述的材料，其中所述含有多个亲核试剂的分子含有巯基或胺基。
10.根据权利要求1所述的材料，其中所述水溶液还包括盐、有机溶剂、或治疗性试剂。
11.一种方法，包括: 将含有多个乙烯砜的分子和含有多个亲核试剂的分子溶解在水中以形成水溶液； 将所述水溶液注射至身体的空间；以及 在经过凝胶化时间后在所述空间处形成水凝胶以促进填充所述空间。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括控制所述水凝胶的所述凝胶化时间、所述水凝胶的溶胀比、所述水凝胶的降解时间或所述水凝胶的力学性质。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述形成进一步包括共价键合所述含有多个乙烯砜的分子和所述含有多个亲核试剂的分子。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述共价键合进一步包括在pH为约5至约9、温度为约10摄氏度至约60摄氏度或水含量为至少约百分之50中的至少一种条件下共价键合所述含有多个乙烯砜的分子和所述含有多个亲核试剂的分子。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述注射进一步包括用尺寸为约30号或更小尺寸的针将所述水溶液注射至所述空间。
16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在所述水凝胶形成之前在所述空间处处理所述水溶液。
17.—种方法,包括: 通过将含有多个乙烯砜的分子和含有多个亲核试剂的分子溶解在水中来形成水溶液； 将所述水溶液施用至身体的位点；以及 在施用至所述位点后形成与所述身体相互作用的生物相容性表面。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述生物相容性表面不支持邻近的细胞在所述表面中生长或生长至所述表面上。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述生物相容性表面粘附或粘连至邻近的组织。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述生物相容性表面支持邻近的组织的健康生长。
21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括控制所述水凝胶的所述凝胶化时间、所述水凝胶的溶胀比、所述水凝胶的降解时间或所述水凝胶的力学性质。
【文档编号】C08L5/08GK104080489SQ201280059182
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2011年12月2日
【发明者】周迎, 余渝 申请人:香港科技大学