一种可注射性双交联透明质酸水凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种可注射性双交联透明质酸水凝胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于先天畸形、肿瘤、创伤和手术导致的人体组织器官功能衰退或者丧失，是临床中经常遇到的问题，现状是组织修复用供体供应不足，导致很多患者无法得到及时治疗。近年发展起来的组织工程技术在组织修复及器官功能重建方面发挥着越来越重要的作用。透明质酸水凝胶具有可降解、生物相容性良好、溶胀比高、结构高度类似于细胞外基质等特点，是很有发展潜力的组织工程支架材料，在生物医用材料领域引起人们巨大兴趣。透明质酸是由(β-1-4)D-葡萄糖醛酸和(β-1_3)Ν-乙酰基-D-氨基葡萄糖为二糖单位的以β -1, 3和β -1, 4糖苷链交替连接组成的一种线性粘多糖，广泛存在于人体皮肤、关节液、细胞外基质等中，在体内具有保持水分、促进细胞自我修复和软骨形成等作用。透明质酸能与众多细胞受体(如CD44，CD54等)特异结合，可以调节细胞黏附、增殖与分化。透明质酸可修饰位点多，可在简单温和条件下改性，在体内可被透明质酸酶降解为可被人体吸收的葡糖糖，使透明质酸及其改性产物在药物控制释放，以及软骨、血管、神经、皮肤等组织修复中具有良好应用前景。然而，透明质酸在体内吸收速度太快，在组织中易扩散、停留时间短、难以稳定存在，极大限制了透明质酸的实际应用，因此，需要对透明质酸进行功能化修饰改性，拓展其应用范围，最大限度地发挥其价值。
[0003]传统透明质酸水凝胶是采用小分子交联剂通过化学交联形成的，普遍存在机械强度低、网络结构不均匀、降解速度可控性差等问题，尤其是小分子交联剂存在一定的细胞毒性[Zhu B, Ge CL, Gu QS.Gas chromatography analysis ofdivinylsulfone in cross-1 inked hyaluronan gels.Progress in B1medicalEngineering, 2008, 29:26-28]，限制了透明质酸水凝胶在组织修复中的应用。为克服这些缺点，人们致力于开发高分子交联剂、双网络或互穿网络型水凝胶。常用的大分子交联剂为经氧化得到的醛基化多糖分子，如醛基化纤维素、醛基化海藻酸酸钠、醛基化壳聚糖、醛基化透明质酸等，以及一些可与透明质酸衍生物发生点击化学或可逆结合-断裂化学键的多官能团大分子，如双/多端羰基、双键、巯基的聚乙二醇等。这些大分子交联剂不仅起到交联透明质酸或其衍生物的作用，还可有效降低或避免小分子交联剂的潜在毒性。为了提高透明质酸水凝胶强度和模量，利用合成高分子与透明质酸一起制备双网络或互穿网络结构的复合水凝胶，是目前主流的技术手段[Jha AK, Xu X，Duncan RL, et al.Controllingthe adhes1n and differentiat1n of mesenchymal stem cells using hyaluronicacid-based, doubly crosslinked networks.B1materials, 2011，32:2466-2478]。 与单一交联水凝胶相比，复合水凝胶在微观结构均匀性、机械性能、弹性能力等方面均可得到明显改善，如由聚(N，N-二甲基丙烯酰胺)和甲基丙烯酸甘油酯改性透明质酸形成的双网络水凝胶的断裂应力比纯透明质酸水凝胶高10倍作用[WengLH, GouldstoneA, WuYHjet al.Mechanically strong double network photocrossI inked hydrogelsfrom Nj N-dimethylacrylamide and glycidyl methacrylated hyaluronan.B1materials, 2008, 29:2153-2163]。然而，这种双网络水凝胶中含有大量不可降解的高分子材料聚(N，N- 二甲基丙烯酰胺)。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可注射性双交联透明质酸水凝胶及其制备方法。该方法中水凝胶的两种交联反应过程可一步完成，制得的水凝胶具有良好的力学性能和微观结构均匀性，以及还原/pH敏感的降解特性，可满足注射型细胞递送、组织工程和细胞三维培养等对水凝胶性能的要求。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种可注射性双交联透明质酸水凝胶的制备方法，包括以下步骤:
[0007]将氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸和水溶性光引发剂溶于蒸馏水中，得到氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸溶液，然后加入醛基化透明质酸水溶液，混合均匀后经紫外光辐照，即得到可注射性双交联透明质酸水凝胶；其中氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸的侧链中含有二硫键，水溶性光引发剂的用量为氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸质量的0.05%?0.5%，氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸与醛基化透明质酸水溶液中的醛基化透明质酸的质量比为(4?16):1。
[0008]所述的氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸溶液的质量百分浓度为2.5%?
3.5%，氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸溶液和醛基化透明质酸水溶液的体积比为9:
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[0009]所述的紫外光福照时间为30s?8min，紫外光福照时的中心波长为365nm、光能量密度为1200mJ/cm2?1500mJ/cm 2、福照距离为5?20cmo
[0010]所述的水溶性光引发剂为2-羟基-4' -(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-氧化戊二酸或1-羟基环己基苯基丙酮。
[0011]所述的氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸的制备方法如下:
[0012]I)配制透明质酸水溶液，再向其中依次加入用量为透明质酸重复单元摩尔数0.24?0.72倍的N-羟基琥珀酰亚胺、2?10倍的氨基化剂和0.2?0.6倍的1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，然后将pH值调至5.0?5.5，在室温下搅拌反应24?60小时；反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到氨基功能化透明质酸；
[0013]2)配制氨基功能化透明质酸水溶液，然后加入透明质酸重复单元摩尔数0.1?0.4倍的甲基丙烯酸缩水甘油酯，将pH值调至8.0，在65°C?85°C下搅拌反应3?8小时，反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸。
[0014]所述的氨基化剂为含二硫键的二元胺(如胱胺、胱氨酸二甲酯或3，3’ - 二硫代二丙酰肼)。
[0015]所述的氨基功能化透明质酸水溶液的质量百分浓度为0.2%?2% ；
[0016]所述步骤I)中用NaOH溶液和盐酸调节pH值，步骤2)中用NaOH溶液调节pH值。
[0017]所述的醛基化透明质酸制备方法如下:
[0018]配制透明质酸水溶液，然后向其中加入高碘酸钠水溶液，得到混合溶液，其中混合溶液中高碘酸钠的摩尔量与透明质酸的摩尔量相同，将混合溶液在室温下避光搅拌反应6?18小时，再加入混合溶液体积2%的乙二醇，继续反应0.5?2小时，反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到醛基化透明质酸。
[0019]所述的透明质酸水溶液的质量百分浓度为0.2%?2%，透明质酸的分子量为30万?100万；
[0020]所述透析是用去离子水透析3天，透析所用的透析袋的截留分子量为3500Da ;
[0021]所述冷冻干燥为先在零下20°C保持72小时，再在20°C保持4小时。
[0022]制得的可注射性双交联透明质酸水凝胶为多孔结构，其平均孔径为100 μ m，压缩模量为 7.4kPa ?18.9kPa。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0024]本发明提供的可注射性双交联透明质酸水凝胶的制备方法，以生物相容性优异的醛基化透明质酸作为大分子交联剂，将其与侧链中含有二硫键的氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸和水溶性光引发剂混合均匀后实施紫外光辐照交联，即可直接得到