一种可降解水凝胶微球及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种可降解的大分子单体以及使用该单体制备的可降解水凝胶微球，同时也涉及该可降解水凝胶微球的制备方法和应用，属于高分子材料。

背景技术：

1、介入治疗是利用医学影像设备(例如数字减影血管造影设备等)，在精准的引导下，向需要治疗的病变进行穿刺、插管及其它介入方式，通过人体自然孔道或微小的创口将特定的医疗器械导入人体病变部位进行微创治疗的一系列技术的总称，特点是微创、高效、并发症少、疗效好，已发展成为和外科、内科并列的第三大支柱性学科。栓塞治疗是介入治疗最常用的方法，其是指通过栓塞剂阻塞肿瘤供血靶动脉，使其坏死，同时传输药物进行治疗的介入治疗方法。栓塞剂材料的选择决定了介入栓塞的治疗效果。

2、目前，临床上主要使用的栓塞剂是不可降解的。不可降解的微球虽然具有栓塞功能和载药功能，尽管有效性和性能已在临床文献中得到证实。但在临床应用时仍存在以下问题：(1)药物释放速度问题：在药物释放时经常会存在药物突释的问题，前期药物释放量比较大。(2)侧枝循环问题：由于不可降解微球栓塞时间长，在肿瘤供血靶动脉被阻塞后，该部原有吻合支的血管扩张，形成旁路，使血液迂回地通过这些旁路，恢复了循环使癌细胞区域又重新得到足够的血液供应而不发生坏死，失去栓塞功能。(3)载体停留时间问题：对于不可生物降解的栓塞剂，药物完全释放后微球一直留在体内，患者通常也会对体内残留的异物表示担忧。

3、近年来，出现了天然的或合成的材料用于制备可降解栓塞剂。可降解栓塞剂是指在生物体内经水解、酶解等过程逐渐降解为低分子量化合物和小分子化合物，降解产物能排出体内或者参加体内正常新陈代谢而消失的材料。目前商品化的可降解微球还很少，存在降解时间短或降解时间不可控的问题，比如淀粉微球，降解时间仅为35～40分钟；明胶微球的降解时间为4～12周。因此降解时间可调控的、可以负载各种化疗药物、释药速率可控的栓塞微球备受关注。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一个可降解的星型大分子单体以及用这种大分子单体制备的水凝胶微球。大分子单体中含有可降解的单酯基和/或双酯基，以及亲水的peg链段，通过调整酯键的比例和peg的分子量来调控水凝剂微球的降解时间；另外在大分子单体中引入了带负电的离子基团，可通过静电作用吸附任何水溶性的带正电的药物；大分子单体为多臂的星形结构，在水凝剂微球中会形成相对大孔网络结构；有利于大分子生物药的物理吸附。因此该水凝胶微球可以实现广谱载药，载药量大，可同时载多种小分子化疗药，也可载多种大分子生物药；该水凝剂微球降解时间可调控，药物释放时间可控，可作为可降解栓塞剂和/或药物载体，在临床手术时，快速实现配位载药。

2、为实现上述目的，本发明包括如下的技术方案：

3、根据本发明实施例的第一方面，提供一种可降解水凝胶微球，该水凝胶微球由至少一种式i所示的可降解星型大分子单体聚合而成，水凝胶微球的粒径范围为50～1200μm；溶胀后水凝胶微球含水量90～99％，密度为1.01～1.15g/ml。该水凝胶微球为多孔结构；

4、

5、其中，r1,r2,r3,r4分别为h或me；s为磺酸基或羧基及对应的钠盐或钾盐；n,m分别为20～1000中的正整数；a,b分别为0～100的整数；c为0～500的整数；d为0或1；e为2～4的整数；k为1～6中的整数。

6、本发明提供的可降解水凝胶微球由至少一种上述的可降解星型大分子单体通过聚合反应制备而成，该星形大分子单体为多臂结构，在链段中含有带负电的磺酸基或羧酸基、亲水性peg链段、可降解的酯键和可聚合的双键。星型大分子单体中的酯键发生水解反应而断裂，进而带来微球的降解。

7、如上所述的可降解水凝胶微球，优选地，形成所述可降解水凝胶微球还可进一步包括亲水性单体和/或疏水性单体，以协助星形大分子单体来进行微球含水量和降解时间的调控。所述亲水性单体一般指含有羟基、氨基或者酰胺基等单体，以提高微球的亲水性和含水量，所述亲水单体包括但不限于丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、n-羟甲基丙烯酰胺、n-三羟甲基丙烯酰胺、聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠盐中的一种或多种。所述疏水单体一般是指具有疏水基团的单体，比如甲基、甲氧基、亚甲基、环氧基等，所述疏水单体包括但不限于丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甘油单丙烯酸酯、甘油单甲基丙烯酸酯等。

8、亲水性单体和/或疏水性单体的选择要考虑其生物安全性，期望微球的降解产物不能引起对宿主的毒性或者伤害等副作用。亲水性单体和/或疏水性单体的投料比例可以是0～90wt％，5～40wt％更优，含量太低达不到调控微球性能的目的，太高会降低了星形大分子单体的比例，影响微球的降解性能和载药性能。

9、如上所述的可降解水凝胶微球，除了上述几种单体，还可加入其它可降解的交联剂以进一步调控微球的交联度和降解时间，所述交联剂包括但不限于聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酰胺；双(2-甲基烯丙基)碳酸酯的一种或几种。

10、如上所述的可降解水凝胶微球，优选地，所述可降解星型大分子单体在微球中的比例为10～100wt％，优选30～100wt％。

11、如上所述的可降解水凝胶微球，优选地，所述可降解水凝胶微球可以通过静电作用吸附带正电的药物，比如盐酸多柔比星、盐酸表柔比星、盐酸伊立替康、盐酸博莱霉素、盐酸环磷酰胺等；也可通过氢键等吸附大分子药物，比如贝伐单抗、pd-1、pd-l1等。

12、另一方面，本发明提供一种用于制备可降解水凝胶微球的星型大分子单体，其是式i所示化合物。

13、根据本发明实施例的第二方面，提供一种可降解水凝胶微球的制备方法，该方法包括：

14、a.将式i所示的可降解星型大分子单体、引发剂和极性溶剂配合成预聚物体系；

15、b.将分散剂和非极性溶剂混合得到油相体系；

16、c.将预聚物体系加入到油相体系中，搅拌速度为50～1000rpm，乳化20～120分钟，然后引发聚合1～50h得到微球中间体；

17、d.将步骤c得到的微球中间体进行清洗、分筛、灌装、干燥和灭菌，得到粒径均一的水凝胶微球。

18、如上所述的制备方法，优选地，所述引发剂为氧化还原引发剂、热分解引发剂。更优选地，所述引发剂为过硫酸盐-亚硫酸氢盐、氯酸盐-亚硫酸氢盐、过氧化氢-亚铁盐过氧化氢-亚铁盐、过硫酸盐-四甲基乙二胺、过硫酸盐、偶氮二异丁腈，偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯和过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二乙基己酯、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。更优选过硫酸盐-四甲基乙二胺、偶氮二异丁酸二甲酯、过硫酸盐、过氧化二苯甲酰。

19、微球的合成反应是自由基聚合反应，将至少一种星型大分子单体通过引发剂引发聚合，可通过氧化还原引发、热分解引发剂、其它引发剂和相应的热源来实现自由基聚合。

20、如上所述的制备方法，优选地，所述极性溶剂为水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺和甲醇中的一种或几种；优选水、二甲基亚砜。

21、如上所述的制备方法，优选地，所述非极性溶剂为正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、汽油、环己烷、甲苯、二甲苯、苯液体石蜡油、石油醚、和四氯化碳中的一种或几种；优选液体石蜡、石油醚、环烷烃。

22、如上所述的制备方法，优选地，所述分散剂为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80、吐温85、司盘20、司盘40、司盘65、司盘80、司盘84、po-500、abin em90中的一种或几种。分散剂使微球体系保持稳定，本发明根据实际需求选择与体系相匹配的一种或者几种复合分散剂，根据期望的微球粒径调控分散剂的含量。

23、如上所述的制备方法，优选地，所述步骤a中引发剂的用量为单体总量的0.1～10wt％，更优选为0.5～5wt％。引发剂的量太低时引发反应不充分，当引发剂的量太多时会带来微球中引发剂残留量的增多，根据微球的性能确定合适的引发剂含量。

24、搅拌是影响聚合过程中聚合物微球粒径的一个重要因素，一般增大搅拌速度，剪切力增大，微球粒径变小，水凝胶微球的粒径范围为50～1200μm。根据微球尺寸目标范围的不同设置搅拌速度，可以是100～800rpm。

25、聚合反应的温度取决于引发剂的种类，不同的引发剂有不同的半衰期温度，例如采用氧化还原类引发剂或引发催化剂时，可适当的降低聚合温度，例如实施例4和实施例5中是40℃，采用热分解氧化剂时，聚合温度可以是50～100℃，60～80℃更优，例如实施例6中采用的65℃。聚合反应需要在一定的温度下维持一定的时间以确保聚合反应的充分进行，可以是1～100h，3～20h更优。

26、如上所述的制备方法，优选地，所述可降解星型大分子单体的制备方法如下：

27、a.在反应容器中依次加入化合物1、化合物2、化合物3和催化剂，在50～200℃反应3～24h；降至室温，纯化，得到中间体1；

28、b.中间体1、草酰氯在有机碱1存在下和聚乙二醇反应，得到中间体2；

29、c.向中间体2加入反应溶剂，再加入有机碱2，冷却至－5～15℃；向该反应体系中加入丙烯酰化物，于0～50℃反应5～24h；然后纯化，干燥，得到可降解星型大分子单体；

30、化合物1结构通式如下：

31、

32、其中，n为20～1000之间的正整数；r为h或me；

33、化合物2结构通式如下：

34、

35、其中，当w为酯基(-coo-)时，q为1时，r1、r2同时为h或同时为me；当w为碳(-c-)时，q为0～4中的正整数，r1，r2同时为h。

36、化合物3为环氧乙烷-2-基甲烷磺酸钠或钾盐，或2-(环氧乙烷-2-基)乙酸钠或钾盐。

37、如上所述的制备方法，优选地，所述化合物1、化合物2、化合物3、催化剂、有机碱1、有机碱2、草酰氯和丙烯酰化物当量比为1：(1～100)：(1～100)：(0.01～0.2)：(3～8)：(3～8)：(0～4)：(3～8)。

38、如上所述的制备方法，优选地，所述化合物1为2-4臂聚乙二醇，其分子量为1000～100000；所述化合物2选自1,4-二氧-2,5-二酮、3,6-二甲基-1,4-二氧杂环己烷-2,5-二酮、1,3-丙醇酸内酯、1,4-丁内酯、四氢-2h-吡喃-2-酮、6-己内酯和7-庚内酯。所述化合物3为环氧乙烷-2-基甲烷磺酸钠或钾盐，或2-(环氧乙烷-2-基)乙酸钠或钾盐。

39、如上所述的制备方法，优选地，所述催化剂为有机锡，如草酸亚锡、辛酸亚锡、二乙基己酸亚锡、二丁酸二丁基锡、二乙酸二辛基锡中的一种或有机碱dbn、dbu中的一种。

40、如上所述的制备方法，优选地，所述反应溶剂为四氢呋喃、甲基叔丁醚、二氯甲烷、氯仿、1,4-二氧六环、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或两种。

41、如上所述的制备方法，优选地，所述有机碱1为三乙胺、n,n-二异丙基乙胺、n-甲基吗啉、吡啶、4-二甲氨基吡啶中的一种。

42、如上所述的制备方法，优选地，所述有机碱2为三乙胺、n,n-二异丙基乙胺、n-甲基吗啉、吡啶、4-二甲氨基吡啶中的一种。

43、如上所述的制备方法，优选地，所述丙烯酰化物为丙烯酸酐、丙烯酰氯、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酰氯中的一种。

44、如上所述的制备方法，优选地，将得到的微球进行清洗以除去附着在微球表面的油相溶剂、分散剂、残留单体、线状聚合物或者其它杂质，可以用任何溶剂进行清洗，优选的石油醚、环己烷、乙醇、丙酮、甲醇、异丙醇、蒸馏水、生理盐水、缓冲盐水溶液。

45、清洗后的微球溶胀在生理盐水中，然后分筛，得到粒径均匀的水凝胶微球。然后可进行干燥处理，以防止微球在保存过程中发生降解，最后将微球包装在西林瓶中并进行灭菌处理。

46、又一方面，本发明提供一种可降解水凝胶微球，其是采用如上所述的制备方法制备的。

47、又一方面，本发明提供可降解水凝胶微球在制备可降解栓塞剂和/或药物载体中的应用。

48、与现有技术相比较，本发明的有益效果在于以下几个方面：

49、(1)本发明提供的星型大分子单体为多臂结构、含有带负电的基团，且含有亲水的peg链段和可聚合的活性双键，具有多种功能基团。由该星型大分子制备的水凝胶微球通过静电吸引将相反电荷的药物吸附到微球上，进而达到载药的目的，例如：盐酸多柔比星、盐酸表柔比星、盐酸伊立替康、盐酸博莱霉素、盐酸环磷酰胺等。因星形大分子单体为多臂结构，溶胀后的水凝胶微球含有较大的孔，有利于大分子生物药的吸附，例如贝伐单抗、pd-1、pd-l1等；可通过调整星形大分子单体中负电荷基团的比例来调控微球的载药量。在临床手术时，可以快速实现配位载药。例如对于盐酸多柔比星药物，15分钟可达到97％的载药效率；载药量达到97mg/2g微球。

50、(2)本发明提供的可降解水凝胶微球含有生物相容性好的peg链段，还可含有亲水性单体和/或疏水性单体、交联剂，其可协同作用共同来调控微球的弹性、含水量和降解时间。

51、其中星型大分子单体中含有亲水性的peg多臂结构，通过调整peg分子量和多臂结构来调控微球的含水量和降解时间。例如实施例1中星型(三臂)大分子单体中peg分子量为10000，制备的水凝胶微球(实施例4)含水量为98.4％，密度为1.02g/cm3，降解时间为20天；实施例2中星型(四臂)大分子单体中peg分子量为4000，制备的水凝胶微球(实施例5)含水量为95.7％，密度为1.06g/cm3，降解时间为55天。

52、星型大分子单体的多臂结构能提高微球的弹性和刚性，使其能够被压缩，在介入治疗时使微球能够顺利通过比自身直径小的微导管而不破碎，避免碎片造成不可预测的末端栓塞。

53、(3)本发明通过控制分散剂的加入量、溶剂选择和搅拌速度可以控制聚合物微球的粒径，制备微球的粒径在50～1200μm可调，各种尺寸适合于常见恶性及良性肿瘤的介入栓塞治疗。

54、根据病变的性质选择微球粒径，一般的肝癌栓塞常用粒径为70～300μm。子宫动脉栓塞常用粒径为500～900μm。前列腺动脉栓塞常用粒径为100～300μm、300～500μm。关于不同病变位置栓塞微球粒径的选择目前尚无指南和标准，以上只是根据临床常用的选择。