一种粘性水凝胶及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种粘性水凝胶及其制备和应用。该粘性水凝胶包括3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖、无机纳米粒子和成胶溶液；所述3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力相连；所述3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖是由3,4‑二羟基苯基类化合物中的羧基与含氨基和羟基的多糖中的氨基通过酰胺键相连获得的接枝物；具备强粘性、可注射性、生物相容性、多孔性以及原位成胶性，旨在解决现有水凝胶作为软骨组织工程材料易从缺损部位流失、机械强度欠缺、注射成胶慢等问题，可以直接作为软骨修复材料，也可以用于制备软骨修复材料，具有良好的临床应用前景。该粘性水凝胶制备方法简单易操作，条件温和，具有很好的产业化前景。

【技术实现步骤摘要】
一种粘性水凝胶及其制备和应用
本专利技术涉及水凝胶领域，特别涉及一种粘性水凝胶及其制备和应用。
技术介绍
临床上，软骨损伤以及退行性软骨疾病的发病率越来越高，而软骨是一种高度分化的结缔组织，由于其独特的无血管和淋巴管结构，营养液主要来自滑液和软骨下血管，尤以前者为主要来源，且软骨细胞埋于稠厚的细胞外环境中，缺乏迁徙能力，自愈能力有限，因此软骨缺损修复能力很差，目前软骨缺损修复仍然是一个医学难题。随着生物医学工程的发展，研究者将软骨组织工程的概念引入至软骨缺损修复中。水凝胶中含有大量的水分，由于其柔软，可形成三维网络结构利于营养物质的输送以及代谢产物的输出，有良好的生物相容性，是软骨组织工程的理想材料。目前研究者开发的现有水凝胶在用于软骨缺损修复时往往存在组织黏附性不佳、易从软骨缺损部位流失的缺陷。水凝胶如果具备粘附性能，则可以作为“胶水”，粘结软骨组织与支架材料，防止材料流失，减少或取消临床上粘结胶的使用。使用单纯壳聚糖水凝胶作为软骨缺损修复的支架材料，发现壳聚糖的组织黏附性可以促进水凝胶与软骨缺损部位的粘结，但是，壳聚糖的组织黏附性还不够理想(HoemannCD,SunJ,LégaréA,McKeeMD,BuschmannMD.Tissueengineeringofcartilageusinganinjectableandadhesivechitosan-basedcell-deliveryvehicle.OsteoarthCartilage.13(4):318-329.)。随后研究者在壳聚糖的基础上开发了多种适于软骨修复的水凝胶，例如：公开号CN105268028A的中国专利申请公开了一种软骨组织工程支架，包括壳聚糖水凝胶外骨架，包覆在壳聚糖水凝胶外骨架中的至少一个表面修饰有骨髓间充质干细胞亲和肽的脱钙皮质骨基质微球；其具有良好的流变性、易塑性、生物力学强度、以及特异性地富集骨髓间充质干细胞的性能，从而能够适用于形状各异的软骨缺损区，且效果持久。公开号CN105944149A的中国专利申请公开了一种可吸收软骨修复系统，该系统由可吸收软骨修复支架和自体血组成，在人体生理温度37℃下成凝胶状，修补于软骨缺损部位，实现软骨组织的修复；其可吸收软骨修复支架的主要成分包括壳聚糖、甘油磷酸盐、pH值调节剂、渗透压调节剂和水。现有技术并没有针对壳聚糖水凝胶的粘性进行改进，目前还没有具备足够粘性的水凝胶可用于临床软骨缺损的修复。因此，开发一种具有强组织粘附性以及优异机械强度的新型可注射水凝胶作为软骨缺损修复的支架材料是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种粘性水凝胶，包括邻苯二酚基团修饰的多糖高分子以及无机纳米粒子，邻苯二酚基团修饰的多糖高分子与无机纳米粒子通过物理作用力交联，具备强粘性、可注射性、生物相容性、多孔性以及原位成胶性，旨在解决现有水凝胶作为软骨组织工程材料易从缺损部位流失、机械强度欠缺、注射成胶慢等问题，具有良好的临床应用前景。本专利技术还提供了所述粘性水凝胶的制备方法，该方法简单易操作，条件温和，具有很好的产业化前景。一种粘性水凝胶，包括3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖(即邻苯二酚基团修饰的多糖高分子)、无机纳米粒子和成胶溶液；所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力相连；所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖是由3,4-二羟基苯基类化合物中的羧基与含氨基和羟基的多糖中的氨基通过酰胺键相连获得的接枝物。本专利技术通过结合多糖天然高分子材料中引入邻苯二酚基团以及无机纳米粒子，利用邻苯二酚基团提高水凝胶的组织黏附性，同时3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖中邻苯二酚基团中的羟基结构也可与多糖表面的羟基、氨基形成氢键作用，促进水凝胶的快速交联；无机纳米粒子作为一种无机纳米成分，本身具有一定的粘性作用，且对水凝胶起到无机杂化的作用，可作为交联剂，同时无机纳米粒子能够有效的支撑3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的主链使3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖之间保持紧密但又留有间隙形成多孔结构，与3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖协同作用可有效提高水凝胶的组织粘附性和机械性能，并延长水凝胶的降解时间；从而得到一种具有强组织粘附性、优异机械强度、凝胶成形时间短、降解时间长、可注射性以及生物相容性好的水凝胶，为临床软骨缺损的修复提供一种新的材料基础。所述3,4-二羟基苯基类化合物为3,4-二羟基苯基丙酸、3,4-二羟基苯基丙氨酸或者3,4-二羟基苯甲酸；不仅能够提供3,4-二羟基苯基官能团，而且保证了3,4-二羟基苯基官能团与多糖主链间由一个碳链、三个碳链或者带氨基的三个碳链连接，结合无机纳米粒子对多糖主链的物理交联，显著提高了水凝胶的粘性并减少了成胶时间。本专利技术粘性水凝胶由3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖和无机纳米粒子在成胶溶液尤其是水性成胶溶液中交联而成。为了达到更好的技术效果，进行以下优选：所述粘性水凝胶中，3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的浓度为50mg/mL-300mg/mL，无机纳米粒子的重量百分浓度为5％-30％，进一步优选为10％-30％。所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖以及无机纳米粒子浓度范围的水凝胶成胶速度可控，机械性能可控。所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的接枝度为10％-90％。所述接枝度范围的水凝胶粘性更好，且不影响水凝胶的成胶性能。所述含氨基和羟基的多糖选用壳聚糖、壳聚糖的衍生物中的一种或者两种。所述壳聚糖的衍生物选用羟甲基壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖中的一种或者多种。所述含氨基和羟基的多糖数均分子量为1kDa-100kDa，进一步优选为8kDa-100kDa。所述多糖分子量范围的水凝胶机械性能更优异。所述无机纳米粒子选用二氧化硅纳米粒子、带表面官能团的二氧化硅纳米粒子中的一种或者两种。所述带表面官能团的二氧化硅纳米粒子中的表面官能团选用羟基、羧基、氨基等中的一种或者多种。二氧化硅纳米粒子的表面羟基、带表面官能团的二氧化硅纳米粒子的表面官能团可与多糖表面的羟基、氨基形成氢键，二氧化硅纳米粒子、带表面官能团的二氧化硅纳米粒子可作为交联剂，促进水凝胶的快速形成。所述无机纳米粒子的粒径为5纳米至500纳米，进一步优选为10纳米-100纳米。所述无机纳米粒子粒径范围合成容易，成胶可控。所述粘性水凝胶具备良好的生物相容性，可与细胞进行复合，发挥其作用。因此，所述粘性水凝胶还可包含细胞。所述细胞可选用适于软骨缺损修复的各种细胞中的一种或者多种，例如：软骨细胞、干细胞等中的一种或者多种；所述干细胞可选用脐带间充质干细胞、脐血干细胞等中的一种或者多种。所述细胞的用量并没有严格的要求，可根据需要适量加入。所述成胶溶液用于为3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖和无机纳米粒子提供成凝胶化环境，可选用水凝胶常用的水性成胶溶液，例如可选用水、磷酸盐缓冲溶液(PBS)、培养基溶液等中的一种或者多种。当所述粘性水凝胶中包含细胞时，所述成胶溶液优选培养基溶液，培养基溶液可根据粘性水凝胶中所复合细胞的种类进行选择，以选择适合所述细胞培养环境的培养基为准。所述粘性水凝胶中还可包覆一些具有治疗关节软骨的药物，达到药物缓释的效果，制备一种用于软骨缺损修复的药物缓释水凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘性水凝胶，其特征在于，包括3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖、无机纳米粒子和成胶溶液；所述3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力相连；所述3,4‑二羟基苯基类化合物接枝多糖是由3,4‑二羟基苯基类化合物中的羧基与含氨基和羟基的多糖中的氨基通过酰胺键相连获得的接枝物；所述3,4‑二羟基苯基类化合物为3,4‑二羟基苯基丙酸、3,4‑二羟基苯基丙氨酸或者3,4‑二羟基苯甲酸。

【技术特征摘要】
1.一种粘性水凝胶，其特征在于，包括3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖、无机纳米粒子和成胶溶液；所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的多糖主链与无机纳米粒子通过物理作用力相连；所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖是由3,4-二羟基苯基类化合物中的羧基与含氨基和羟基的多糖中的氨基通过酰胺键相连获得的接枝物；所述3,4-二羟基苯基类化合物为3,4-二羟基苯基丙酸、3,4-二羟基苯基丙氨酸或者3,4-二羟基苯甲酸。2.根据权利要求1所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述粘性水凝胶中，3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的浓度为50mg/mL-300mg/mL，无机纳米粒子的重量百分浓度为5％-30％。3.根据权利要求1或2所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述3,4-二羟基苯基类化合物接枝多糖的接枝度为10％-90％。4.根据权利要求1所述的粘性水凝胶，其特征在于，所述含氨基和羟基的多糖选用壳聚糖、壳聚糖的衍生物中的一种或者两种；或者，所述无机纳米粒子选用二氧化硅纳米粒子、带表面官能团的二氧化硅纳米粒子中的一种或者两种。5.根据权利要求4所述的粘性水凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱飞燕，熊建义，王大平，陈洁琳，段莉，牟丽莎，贾兆锋，梁仟，
申请(专利权)人：深圳市第二人民医院，
类型：发明
国别省市：广东,44