一种ROS响应聚前药水凝胶及其制备方法和应用

本发明属于生物医药和分子生物学，具体涉及一种ros响应聚前药水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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、由于外科手术的开展和技术的进步，医学科学得到了很大的进步，大大提高了人们的寿命和生存质量。然而，有效的术后疼痛控制依然面临重大挑战。每年2.4亿术后患者中约70％会经历中度至重度术后疼痛，通常发生在手术后的48小时内。这种急性疼痛不仅影响患者的依从性，阻碍术后尽早下床活动，而且可能会导致慢性疼痛的形成，并增加术后并发症的发生。

3、局部麻醉药根据其化学结构可分为酰胺类和酯类。丁卡因是一种氨基酯类局部麻醉药，自20世纪30年代以来一直在临床使用。与其他局部麻醉药相比，丁卡因是长效局麻药，具有更好的组织穿透性。然而，丁卡因中枢神经系统的毒性和心血管的抑制是临床使用过程中的主要担忧。丁卡因通过抑制电压门控钠通道(navs)发挥局部麻醉和镇痛作用。navs由9个α亚基(nav1.1-1.9)组成，负责神经元动作电位的产生和传播。丁卡因被认为是一种变构抑制剂，当nav处于开激活状态时，它与nav的α-亚基结合。然而，丁卡因和navs之间的确切结合位点和配体-受体相互作用的细节仍然不清楚。

4、长期以来，将丁卡因等局部麻醉药物注射于周围神经附近，阻滞其神经冲动传导的周围神经阻滞技术(peripheral nerve block，pnb)，提供了手术部位良好的局部麻醉和镇痛作用；同时循证医学证据表明，pnb能最大限度地减少术后并发症和围术期阿片类药物的使用。尤其是超声引导下的pnb，将原来的盲打转为可视技术，大大提高了神经阻滞准确性和有效性，降低了操作难度，也广受医生推崇。综上所述，pnb的使用节约了医疗花费，加快了患者术后恢复，提高了患者的满意度。通常而言，pnb通过单次注射局麻药实现。然而，由于局麻药物的分子量相对较低，单次注射局麻药引起的镇痛效果通常只能持续几个小时，不能涵盖术后疼痛剧烈的48小时。而通过周围神经置管给药的pnb技术，虽可以延长其作用时间，但置管存在局部感染、导管脱位、药液渗漏和潜在神经损伤等风险，限制了置管pnb技术在临床的使用。

5、鉴于目前局麻药作用时长及全身毒性作用的缺陷，设计一种新型的局麻药递送系统，既能提供持久的镇痛效果，又能最大限度地减少不良反应，已成为当务之急。任何手术都可以造成组织损伤及创伤诱导的氧化应激，其特征是活性氧(ros)的过量产生，与术后急性疼痛和持续性慢性疼痛有关。利用手术损伤产生的内源性ros调节麻醉药物活性的触发器，从而实现按需局部麻醉，是较为理想的新型局麻药物。

6、水凝胶具有复杂的网络结构、高亲水性和持续释放药物的能力，是一类被广泛用作药物递送载体的生物材料。在水凝胶中引入可逆共价化学键被认为是设计可注射水凝胶的一种很有前途的方法。常见的共价键包括希夫碱键、二硫键、硼酸键、酰基腙键和由diels-alder反应形成的共价键。此外，大量的动态共价键可以在葡萄糖、ph、ros、温度和酶的刺激下分解，从而在特定环境下实现药物的可控释放。由于手术损伤的组织炎症反应，手术伤口中活性氧水平持续升高。因此，设计一种具有ros敏感性和药物释放可控的可注射水凝胶是延长局麻药镇痛时间和减少置管pnb造成伤口局部感染的重要策略。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种ros响应聚前药水凝胶及其制备方法和应用。具体的，本发明提供一种ros敏感型前药，其能够与聚乙烯醇(pva,polyvinyl alcohol)形成聚前药。这种前药在被活性氧激活之前保持无活性，活性氧激活后才可抑制na+通道，产生局部麻醉及镇痛作用。此外，本发明利用ros可切割的连接物创建了原位形成的ros响应聚前药水凝胶。该水凝胶允许按需释放丁卡因，并延长了其麻醉镇痛时间。基于上述研究成果，从而完成本发明。

2、为了实现上述技术目的，本发明提供的技术方案如下：

3、本发明的第一个方面，提供一种ros响应聚前药水凝胶，其是由ros响应配体n1-(4-硼苯基)-n3-(4-硼苯基)-n1,n1,n3,n3--四甲基丙烷-1,3-二胺(tspba)与含有丁卡因前药的聚乙烯醇(pva)发生交联反应后即得；

4、其中，所述丁卡因前药为具有式i或式ii所示结构式的化合物：

5、

6、本发明通过试验证明，只需将聚乙烯醇(pva)和tspba简单混合，苯硼酸和醇羟基之间发生交联反应，迅速形成ros响应水凝胶，从而方便将物质保留在注射部位，从而促进随后的药物释放。同时经丁卡因修饰的硼酸基团与pva的二醇部分偶联，再与tspba交联，通过sem分析，在干燥支架网络中观察到多孔结构，且装载丁卡因前药的水凝胶显示出与空白水凝胶相似的流变特性这表明药物包封并没有显著改变水凝胶的形成。

7、本发明的第二方面，提供上述ros响应聚前药水凝胶的制备方法，所述制备方法包括：

8、s1、丁卡因前药的制备：将丁卡因的仲胺基团与4-(羟甲基)苯硼酸频哪醇酯的羟基通过酰胺键连接，合成对ros敏感的丁卡因前药4-(羟甲基)苯硼酸频哪醇酯-丁卡因(式ii)，进一步的，将所述4-(羟甲基)苯硼酸频哪醇酯-丁卡因用高碘酸钠和盐酸水解即得4-(羟甲基)苯硼酸-丁卡因(式i)；

9、s2、tspba的制备：将n1,n1,n3,n3-四甲基-1,3-丙二胺与4-溴甲基苯硼酸溶于二甲基甲酰胺中，加热搅拌后经纯化即得。

10、s3、将含有丁卡因前药的pva溶液与tspba溶液混合后即得。

11、其中，所述步骤s1和s2并无先后顺序之分。

12、本发明的第三个方面，提供上述ros响应聚前药水凝胶在制备麻醉药物中的应用。

13、本发明的第四个方面，提供一种麻醉药物，所述麻醉药物至少包含上述ros响应聚前药水凝胶。

14、具体的，所述麻醉药物为局部麻醉药物，特别适用于手术部位的局部麻醉和镇痛。所述麻醉药物可以为注射剂型。

15、本发明的第五个方面，提供一种局部麻醉和镇痛的方法，所述方法包括向受试者施用上述ros响应聚前药水凝胶或麻醉药物。

16、需要说明的是，上述虽然以丁卡因为例，开发了一种ros敏感型前药，进而利用ros可切割的连接物创建了原位形成的ros响应聚前药水凝胶，基于本发明的发明构思，在不付出创造性劳动的前提下，替换其他麻醉药物或其他原料，获得其他水凝胶类制剂同样在本发明的保护范围之内。

17、上述一个或多个技术方案的有益技术效果：

18、上述技术方案成功提供一种ros敏感的聚丁卡因前药水凝胶，可以在原位形成并在手术部位积聚，以释放天然丁卡因，以响应ros水平的升高，用于术后镇痛。药物分子模拟结果表明，丁卡因作用于nav1.8的离子通道核心，丁基氨基和苯基部分与周围残基(phe885、ile886、leu889、leu890、tyr1717、ile1718、ile1721等)形成多重疏水相互作用。这种策略的特异性取决于用带有共价氨基甲酸酯的芳基硼酸酯掩盖丁卡因的活性位点(nh基序)，该酯可以水解成芳基硼酸，随后在手术部位与pva原位形成水凝胶。首先，用含有硼酸或酯作为ros敏感触发器的自焚保护基团阻断丁卡因的活性部分，由于位阻而强烈减弱麻醉效果，从而避免全身毒性(例如心律失常和癫痫发作)。pva和tspba形成的水凝胶明显增加了局麻作用的维持。一旦暴露于手术部位水平升高的ros，聚前药水凝胶发生自发的1,6-苄基消除反应，在激活部位释放天然形式的丁卡因，从而产生局部麻醉。体内实验结果表明，原位生成的对ros敏感的聚丁卡因前药水凝胶可延长局部麻醉及镇痛时间，且在任何治疗组均无组织损伤迹象。

19、综上所述，上述多前体药物系统和随后形成的水凝胶在局部麻醉药物的递送方面潜力巨大，因此具有良好的潜在实际应用之价值。