用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法及应用

本发明涉及一种用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法及应用，属于生物材料。

背景技术：

1、关节软骨是一种支撑结缔组织，其特点是坚韧、粘弹性和润滑的结构，它在关节运动过程中的承载和关节润滑中至关重要。以软骨退化和软骨下骨重塑为特征的骨关节炎困扰着全球7%以上的人口。膝关节是最常受累的关节，患病人数达3.65亿，其次是手关节和髋关节。随着我国老龄化加速和肥胖率上升，骨关节炎患者将继续增加。骨关节炎的病理特征主要为高活性氧水平、巨噬细胞m1/m2表型失衡、骨缺损以及滑液受损四个方面。现阶段治疗措施仍然存在不能完全满足骨关节炎治疗的复杂需求。同时，对于生物体而言，材料的活性问题、毒性问题，如何减小植入体的炎症反应以及满足炎症部位不规则形貌一直是一个不容忽视的问题。因此构建一种具有良好生物相容性、能降低活性氧水平、能重编程巨噬细胞极化、促成骨、润滑的可注射纳米复合水凝胶，对缓解骨关节炎至关重要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法。本发明获得的可注射纳米复合水凝胶，具有良好的生物相容性，可创造有利的局部免疫微环境来免疫调节巨噬细胞，以缓解骨关节炎和促进软骨下骨修复。

2、本发明实现过程如下：

3、一种用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）制备掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石，具体包括：将ca(no3)2、sr(no3)2、eu(no3)3的水溶液和可溶性磷酸盐的水溶液依次溶于油酸甲酯的甲醇溶液中得到混合溶液，将混合溶液在密闭反应器中于100~200℃反应5~15h，收集沉淀；将沉淀分散于tris-hcl缓冲液中，加入单宁酸，充分搅拌，收集沉淀，得到长度为150~300 nm，直径为10~15 nm的掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石；

5、（2）制备接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液，具体包括：在ph值为5~6条件下，将1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺和n-羟基丁二酰亚胺溶于硫酸软骨素的水溶液中充分搅拌以活化羧基；向活化羧基后体系中加入已二酸二酰肼进行充分反应；将反应后体系转移透析，冷冻干燥，得到接枝酰肼基团的硫酸软骨素；将接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶解于pbs缓冲溶液中，得到含有接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液；

6、（3）制备接枝苯硼酸基团的透明质酸溶液，具体包括：在ph值为5~6条件下，将1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺和n-羟基丁二酰亚胺置于透明质酸的水溶液中充分搅拌以活化羧基；向活化羧基后体系中加入3-氨基苯硼酸充分反应；将反应后体系转移透析，冷冻干燥得到接枝苯硼酸基团的透明质酸；将接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶解于去离子水中，得到含有接枝苯硼酸基团的透明质酸的水溶液；

7、（4）制备接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液，具体包括：将高碘酸钠溶于接枝苯硼酸基团的透明质酸的水溶液中，避光充分反应后加入乙二醇，搅拌以终止反应；将终止反应后体系透析，冻干得到接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸；将接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶解于pbs缓冲溶液中，得到含有接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液；

8、（5）制备可注射纳米复合水凝胶，具体包括：将步骤（1）掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石，步骤（2）的接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液，步骤（4）的接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液和重组胶原蛋白溶液共混均匀，即可得到可注射纳米复合水凝胶。

9、上述用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，步骤（1）中，所述油酸甲酯的甲醇溶液中，甲醇的体积为油酸甲酯体积的3~7倍；(ca+sr+eu)/p的摩尔比为1.67，sr/(ca+sr+eu)的摩尔比为0.05~0.5；所述可溶性磷酸盐选自na2hpo4、na3po4·12h2o、nah2po4、kh2po4或k2hpo4；eu/(ca+sr+eu)的摩尔比为0.05~0.5；所述环已烷的体积为沉淀质量的10~100倍，所述环己烷体积的单位为ml，沉淀质量单位为g；所述单宁酸质量为沉淀质量的3~6倍。

10、上述用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，步骤（2）中，所述1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺质量为硫酸软骨素质量的1~2倍，所述n-羟基丁二酰亚胺质量为硫酸软骨素质量的1~2倍；所述已二酸二酰肼的质量为硫酸软骨素质量的0.67~2倍。

11、上述用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，步骤（3）中，所述1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺质量为透明质酸质量的1~2倍，所述n-羟基丁二酰亚胺质量为透明质酸质量的1~2倍，所述3-氨基苯硼酸质量为透明质酸质量的0.2~1倍。

12、上述用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，步骤（4）中，所述高碘酸钠的质量为接枝苯硼酸基团的透明质酸质量的1~3倍；所述乙二醇的体积为接枝苯硼酸基团的透明质酸质量的1.25~6.25倍，所述乙二醇体积单位为ml，硫酸软骨素质量单位为g。

13、上述用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，步骤（5）中，掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石的浓度为0.05~1 g/ml，接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液的浓度为5~50%，接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液的浓度为5~50%，重组胶原蛋白溶液的浓度为5~50%；所述接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液、接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液、重组胶原蛋白溶液的体积比为（1~5）：（1~10）：（1~5）。

14、上述方法制备得到的可注射纳米复合水凝胶在制备治疗缓解骨关节炎药品中的应用。

15、本发明与现有技术相比具有以下优点：

16、1.本发明可注射纳米复合水凝胶中掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石为纳米棒状，长度为150~300 nm，直径为10~15 nm，锶离子具有促软骨细胞增殖能力、铕离子具有促巨噬细胞m1型向m2型极化从而缓解炎症能力；

17、2.本发明可注射纳米复合水凝胶中硫酸软骨素、透明质酸和重组胶原蛋白均为天然软骨成分，具有良好的生物相容性，可模拟软骨细胞外基质环境从而起到润滑的作用；

18、3.本发明可注射纳米复合水凝胶中掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石通过硼酸酯键结合接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸，硼酸酯键作为高活性氧水平断裂的化学键，在浸润到骨关节炎高活性氧水平微环境时发生断裂，从而将掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石均匀分散在水凝胶中，并实现响应性释放；

19、4.本发明可注射纳米复合水凝胶可通过无创或微创方式植入骨关节炎部位，可创造有利的局部免疫微环境来免疫调节巨噬细胞以缓解骨关节炎和促进软骨下骨修复，同时避免对周边正常组织的伤害；

20、5.本发明可注射纳米复合水凝胶的制备方法简单，原料廉价易得，工艺环境友好，容易放大，具有良好的市场应用价值。

技术特征：

1.一种用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述油酸甲酯的甲醇溶液中，甲醇的体积为油酸甲酯体积的3~7倍；(ca+sr+eu)/p的摩尔比为1.67，sr/(ca+sr+eu)的摩尔比为0.05~0.5；所述可溶性磷酸盐选自na2hpo4、na3po4·12h2o、nah2po4、kh2po4或k2hpo4；eu/(ca+sr+eu)的摩尔比为0.05~0.5；所述环已烷的体积为沉淀质量的10~100倍；所述单宁酸质量为沉淀质量的3~6倍。

3.根据权利要求1所述的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺质量为硫酸软骨素质量的1~2倍，所述n-羟基丁二酰亚胺质量为硫酸软骨素质量的1~2倍；所述已二酸二酰肼的质量为硫酸软骨素质量的0.67~2倍。

4.根据权利要求1所述的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺质量为透明质酸质量的1~2倍，所述n-羟基丁二酰亚胺质量为透明质酸质量的1~2倍，所述3-氨基苯硼酸质量为透明质酸质量的0.2~1倍。

5.根据权利要求1所述的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述高碘酸钠的质量为接枝苯硼酸基团的透明质酸质量的1~3倍；所述乙二醇的体积为接枝苯硼酸基团的透明质酸质量的1.25~6.25倍。

6.根据权利要求1所述的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石的浓度为0.05~1 g/ml，接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液的浓度为5~50%，接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液的浓度为5~50%，重组胶原蛋白溶液的浓度为5~50%；所述接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液、接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液、重组胶原蛋白溶液的体积比为（1~5）：（1~10）：（1~5）。

7.权利要求1~6任意之一所述方法制备得到的可注射纳米复合水凝胶。

8.权利要求7所述可注射纳米复合水凝胶在制备治疗缓解骨关节炎药品中的应用。

技术总结
本发明公开了一种用于缓解骨关节炎的可注射纳米复合水凝胶的制备方法，首先合成了纳米棒状羟基磷灰石，长度为150~300 nm，直径为10~15 nm，所述羟基磷灰石为掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石。该制备方法包括以Ca(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;、Sr(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;、Eu(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;和可溶性磷酸盐为主要原料，经水热反应制备得到锶和铕离子共掺杂的疏水性羟基磷灰石，将其分散于Tris‑HCl缓冲液中，加入单宁酸，搅拌，离心收集沉淀，烘干，得到掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石；其次合成了接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液，该制备方法包括以硫酸软骨素、已二酸二酰肼为主要原料，经搅拌、透析、冻干后溶解于缓冲液中得到接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液；然后合成了接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液，该制备方法包括以透明质酸、3‑氨基苯硼酸、高碘酸钠为主要原料，经搅拌、透析、冻干后溶解于缓冲液得到接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液；最后合成了可注射纳米复合水凝胶，该制备方法包括将掺杂锶和铕离子的亲水性羟基磷灰石、接枝酰肼基团的硫酸软骨素溶液、接枝苯硼酸基团的氧化透明质酸溶液和重组胶原蛋白溶液共混，搅拌，得到可注射纳米复合水凝胶。本发明获得的可注射纳米复合水凝胶，具有良好的生物相容性，可创造有利的局部免疫微环境来免疫调节巨噬细胞以缓解骨关节炎和促进软骨下骨修复。

技术研发人员：惠俊峰,刘晓春,范代娣,郑晓燕,姚嘉欣
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/9