海藻酸盐基-聚阳离子微胶囊及其用于生物活性物质包埋制造技术

本发明专利技术涉及一种用于生物活性物质包埋的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊产品，具体的说是一种多巴胺接枝改性的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊。本发明专利技术中，多巴胺分子共价键合在海藻酸钠分子上并用于制备水凝胶微球载体，该包埋型水凝胶微球载体进一步与聚阳离子发生成膜反应，制备出多巴胺基海藻酸盐/聚阳离子微胶囊，该微胶囊具有良好的稳定性，在体液环境中不膨胀不破碎。产品主要用于生物活性物质的包埋，在保证微胶囊膜在具有良好的膜强度的同时兼顾了优良的生物相容性，保证了作为组织细胞移植载体、体外生物人工肝系统的细胞载体、细胞培养过程中细胞载体等，在应用过程中微胶囊膜的完整性。

Alginate based polycation microcapsules and their encapsulation for bioactive substances

The invention relates to a alginate polycation microcapsule product embedded in a bioactive substance, in particular to a polyurethane alginate polycation microcapsule modified by dopamine. In the invention, dopamine molecules covalently bonded to the alginate molecule and for the preparation of hydrogel microspheres carrier, the embedded type hydrogel microspheres carrier further and poly cations film-forming reaction, preparation of dopamine based alginate / poly cationic micro capsule, the capsule has good stability in the fluid environment does not swell not broken. The product is mainly used for encapsulation of bioactive substances, the microcapsule membrane has good film strength but also excellent biocompatibility, which as a carrier, tissue and cell transplantation extracorporeal bioartificial liver system, cell carrier in cell culture cell carrier, integrity in the application process of micro capsule film.

【技术实现步骤摘要】
海藻酸盐基-聚阳离子微胶囊及其用于生物活性物质包埋
本专利技术设计一种用于生物活性物质包埋的海藻酸盐微胶囊产品，具体的说是一种多巴胺接枝改性的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊的制备及其在生物活性物质包埋中的应用。
技术介绍
微囊化技术相关材料和制备方法是目前的一个研究热点,在细胞移植、药物释放和基因治疗等生物医学领域的临床前研究中得到广泛应用(Wangetal.,2006)。在众多的生物微胶囊中，特别是用于生物活性物质包埋的微胶囊领域，海藻酸盐-聚阳离子微胶囊的使用较多。海藻酸盐-聚阳离子微胶囊包括海藻酸钠-α-聚赖氨酸(alginate/α-polylysine)微胶囊(简称α-APA微胶囊)，海藻酸钠-ε-聚赖氨酸(alginate/ε-polylysine)微胶囊(简称ε-APA微胶囊)和海藻酸钠-壳聚糖(alginate/chitosan)微胶囊(简称ACA微胶囊)等。但是这些微胶囊在应用中仍存在强度差，膨胀严重而导致的细胞泄露问题。特别是在生理环境和血浆环境中，微胶囊的机械强度差已经成为限制其进一步发展和应用的主要因素(Chenetal.,2014)。为了提高微胶囊的稳定性，已经有报道将共价化学键引入到微胶囊体系，用于提高微胶囊的强度(Chen,Ouyang,Lawuyi&Prakash,2006；Gattas-Asfura,Valdes,Celik&Stabler,2014)。但是涉及到的微囊制备方法复杂，耗时长，用到的化学分子和溶剂小分子具有潜在的细胞毒性，不适于活性物质的包埋。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出将多巴胺接枝在海藻酸钠分子上并用于生物微胶囊的制备，专利技术了一种新型的多巴胺修饰的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊产品。一方面多巴胺分子之间发生氧化聚合，另一方面多巴胺氧化后具有的醛基能够和聚阳离子材料的氨基形成希夫碱反应。在这两方面因素的共同影响下，微胶囊的机械强度得到提高。整个过程反应条件温和可控，为生物活性物质的包埋提供了可能。技术方案多巴胺接枝改性的海藻酸盐-壳聚糖微胶囊，其特征在于微胶囊结构分为微胶囊膜与内核两部分，其中微胶囊膜是由聚阳离子材料和海藻酸盐形成的聚电解质复合水凝胶膜。聚多巴胺被接枝在海藻酸钠分子上，在微胶囊的膜上和内核中存在。其中，微胶囊产品为粒径100-1000微米的球形微胶囊；组成微胶囊的海藻酸盐海藻酸盐分子量10kDa-2000kDa；内核中海藻酸盐浓度在1-50g/L，内核中细胞含量102-109个细胞/ml内核体积，且活性保持90％以上。微胶囊产品中的多巴胺是通过共价键直接原位接枝到微胶囊中的海藻酸钠分子上，反应过程的结构式为：其中，多巴胺分子在海藻酸钠分子生的接枝率(每100个海藻酸钠糖环接枝的多巴胺百分数)为1-100％或1-199％。微胶囊产品中壳聚糖及其衍生物材料的脱乙酰度50-100％，分子量为1kDa-500kDa。聚氨基酸分子量为10kDa-500kDa。聚氨基酸溶液的配制方法是：聚赖氨酸溶于生理盐水，聚赖氨酸浓度为0.01-15g/L。所述的聚氨基酸包括α-聚赖氨酸，ε-聚赖氨酸，聚精氨酸，聚鸟氨酸和聚组氨酸。产品的具体制备步骤为：1)制备多巴胺共价接枝的海藻酸盐，称之为多巴胺修饰的海藻酸盐；2)将步骤1)制备的多巴胺修饰的海藻酸盐通过内部凝胶化或外部凝胶化方法，制备成多巴胺修饰的海藻酸盐凝胶微球，称之为A微球，其中，海藻酸盐凝胶为二价金属钙、钡或锌的海藻酸盐水凝胶。3)将步骤2)中制备的凝胶微球浸入聚阳离子溶液中，微球与聚阳离子溶液体积比为1:1-1:40，反应时间为1-60分钟，反应温度在0-50℃，此时得到多巴胺修饰的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊，称之为B微球，取出用生理盐水洗涤；其中，聚阳离子包括下述任意一种或两种以上：聚氨基酸类中的聚赖氨酸、聚鸟氨酸、聚精氨酸、聚组氨酸，聚胺类中的聚乙烯亚胺、聚亚甲基胍、聚N乙烯基己内酰胺、羧基-丙基-丙烯酰胺共聚物、DEAE-dextran、氨基聚乙二醇，壳聚糖。B微球也可浸入到海藻酸盐溶液中，用于中和暴露在B微球表面的聚阳离子电荷，微球与海藻酸盐溶液体积比为1:1-1:40，反应时间为1-60分钟，反应温度在0-50℃，此时得到表面中和的多巴胺修饰的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊，称之为B’微球，取出用生理盐水洗涤。其中，海藻酸盐溶液为海藻酸的钠盐或钾盐，或者多巴胺修饰的海藻酸的钠盐或钾盐。4)将步骤3)制备的多巴胺修饰的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊“B微球”或“B’微球”浸入有机金属螯合剂溶液中，液化微胶囊内部的海藻酸盐凝胶，微囊与有机金属螯合剂溶液体积比范围为1：1～1：40，反应1-60分钟，取出用生理盐水洗涤，此时得到内部液态核心的多巴胺修饰的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊，称为C微球(B微球液化后)或C’微球(B’微球液化后)；其中，有机金属螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)，氨基三乙酸(又称次氮基三乙酸NTA)，二亚乙基三胺五乙酸及其盐，柠檬酸(CA)、酒石酸(TA)和葡萄糖酸(GA)，羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)和二羟乙基甘氨酸(DEG)中的一种或两种以上。5)将步骤2)或3)或4)得到的A微球、B微球或B’微球、C微球或C’微球转移至pH＝7.4的缓冲溶液中，自然氧化0-500h。缓冲溶液中使用的缓冲对包括碳酸氢根、磷酸氢根和Hepes体系。其中，A微球氧化后得到的聚多巴胺海藻酸盐凝胶微球，可通过步骤3)制备成聚多巴胺海藻酸盐-聚阳离子微胶囊。该微胶囊产品用于活细胞的包埋。所述活细胞为人或动物(老鼠、牛、猪等)来源的离体的胰岛细胞、肝细胞、甲状腺细胞、甲状旁腺细胞、肾上腺髓质细胞具有分泌生物活性物质功能的细胞，细胞系细胞，基因工程细胞，干细胞或干细胞分化的各种细胞。该微胶囊产品用于蛋白多肽类的包埋。所述蛋白为纤维蛋白、球蛋白角蛋白、胶原蛋白、伴娘蛋白、肌红蛋白中的一种或两种以上，包括牛磺酸、谷胱甘肽、金属硫蛋白、免疫球蛋白、生长激素、胰岛素、肝素、干扰素、白细胞介素等。该微胶囊产品用于核酸类物质的包埋。所述核酸为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)中的一种或两种以上。该微胶囊产品用于酶的包埋。所述酶为氧化还原酶、转移酶类、水解酶、裂合酶、异构酶和连接酶中的一种或两种以上，包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、木瓜蛋白酶、过氧化氢酶、苯丙氨酸羟化酶、天门冬酰胺酶、葡萄糖淀粉酶等。本专利技术的有益效果：1.与传统的海藻酸钠-聚赖氨酸微胶囊(APA微胶囊)和海藻酸钠-壳聚糖微胶囊(ACA微胶囊)相比，本专利技术的这种新型多巴胺接枝改性海藻酸盐-聚阳离子微胶囊产品，在体液环境中具有高稳定性，不发生膨胀和破碎。2.多巴胺分子接枝在海藻酸钠分子上的结构稳定，此外，由于多巴胺分子特有的粘附性质，有利于细胞的贴附，还在一定程度上具有促进贴壁细胞生长和代谢的作用。3.与其他利用共价化学方法提高微胶囊的机械强度的策略相比，本专利涉及到的材料合成和微囊制备方法简单易行，反应条件温和可控，适用于活性物质的包埋。附图说明图1为实施例1制备的海藻酸钙凝胶、微囊以及模拟血浆处理过的微囊形态。(A)多巴胺修饰的海藻酸钙胶珠(B)多巴胺修饰的海藻酸钙-壳聚糖微胶囊(C)多巴胺修饰的海藻酸钠-壳聚糖微胶囊经过模本文档来自技高网...

【技术保护点】
海藻酸盐‑聚阳离子微胶囊，其特征在于:微胶囊结构分为微胶囊膜与内核两部分，其中微胶囊膜是由聚阳离子材料和海藻酸盐基材料形成的聚电解质复合水凝胶膜；内核是由海藻酸盐基材料形成的水凝胶或溶液；微胶囊膜和内核中的部分或全部海藻酸盐是多巴胺修饰的海藻酸盐分子。

【技术特征摘要】
1.海藻酸盐-聚阳离子微胶囊，其特征在于:微胶囊结构分为微胶囊膜与内核两部分，其中微胶囊膜是由聚阳离子材料和海藻酸盐基材料形成的聚电解质复合水凝胶膜；内核是由海藻酸盐基材料形成的水凝胶或溶液；微胶囊膜和内核中的部分或全部海藻酸盐是多巴胺修饰的海藻酸盐分子。2.按照权利要求1所述的微胶囊，其特征在于：产品中的微胶囊为粒径10-2000微米的球形微胶囊；膜厚度在0.1-200微米；其中，多巴胺分子在海藻酸盐分子的接枝率(每100个海藻酸盐糖环接枝的多巴胺百分数)为1-100％或1-199％。3.按照权利要求1所述的微胶囊，其特征在于：微胶囊中的多巴胺修饰的海藻酸盐分子是由多巴胺通过共价键直接原位接枝到海藻酸盐分子上，反应过程的结构式为：其中，多巴胺分子在海藻酸钠分子的接枝率(每100个海藻酸钠糖环接枝的多巴胺百分数)为1-100％或1-199％。4.按照权利要求1所述的微胶囊，其特征在于：微胶囊中聚阳离子包括下述任意一种或两种以上：聚氨基酸类中的聚赖氨酸、聚鸟氨酸、聚精氨酸、聚组氨酸，聚胺类中的聚乙烯亚胺、聚亚甲基胍、聚N乙烯基己内酰胺、羧基-丙基-丙烯酰胺共聚物、DEAE-dextran、氨基聚乙二醇，壳聚糖。5.按照权利要求1所述的微胶囊，其特征在于：海藻酸盐为海藻酸的二价金属钙、钡或锌的海藻酸盐、海藻酸的钾盐或钠盐中的一种或二种以上；微胶囊内核的水凝胶为二价金属钙、钡或锌的海藻酸盐水凝胶；溶液为海藻酸的钾盐或钠盐溶液。6.按照权利要求1-5任一所述的微胶囊，其特征在于：微胶囊产品的制备步骤为：1)制备多巴胺共价接枝的海藻酸钾盐或钠盐，称之为多巴胺修饰的海藻酸盐；2)将步骤1)制备的多巴胺修饰的海藻酸盐通过内部凝胶化或外部凝胶化方法，制备成多巴胺修饰的海藻酸盐凝胶微球，称之为A微球，其中，海藻酸盐凝胶为二价金属钙、钡或锌的海藻酸盐水凝胶；3)将步骤2)中制备的凝胶微球浸入聚阳离子溶液中，A微球与质量浓度为0.01-5.0％的聚阳离子溶液体积比为1:1-1:40，反应时间为1-60分钟，反应温度在0-50℃，此时得到多巴胺修饰的海藻酸盐-聚阳离子微胶囊，称之为B微球，取出用生理盐水洗涤；其中，聚阳离子包括下述任意一种或两种以上：聚氨基酸类(如聚赖氨酸、聚鸟氨酸、聚精氨酸、聚组氨酸等)、聚胺类(如聚乙烯亚胺、聚亚甲基胍、聚N乙烯基己内酰胺、羧基-丙基-丙烯酰胺共聚物、DEAE-dextran、氨基聚乙二醇等)、壳聚糖；B微球也可浸入到质量浓度为0.01-5.0％的海藻酸盐溶液中，用于中和暴露在B微球表面的聚阳离子电荷，B微球与...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢红国，任英，于炜婷，娄茹云，刘晓岑，马小军，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21