两性离子微凝胶、其组件和相关制剂及其使用方法技术

两性离子微凝胶、两性离子微凝胶组件、其制剂及其使用方法。

Zwitterionic microgels, their components and related preparations and their use

Zwitterionic microgels, zwitterionic microgel assemblies, preparations and methods of use.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】两性离子微凝胶、其组件和相关制剂及其使用方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年7月22日提交的美国申请号62/365,788的权益，该申请通过引用明确地整体并入本文。政府许可权利声明本专利技术是在国家科学基金会授予的DMR1307375和CMMI1301435以及海军研究办公室授予的N00014-15-1-2277的政府支持下完成的。政府拥有专利技术中的某些权利。
技术介绍
水凝胶是与天然组织共享许多性能的水合弹性聚合物网络。许多他们不断增长的生物医学应用(包括美容程序、局部治疗递送和再生细胞支架)要求可注射性或延展性以避免侵入性手术或填充独特的三维(3D)体积。在用于构建水凝胶的天然和合成聚合物中，聚两性离子由于其独特的生物相容属性而在近年来受到特别关注。这些聚合物沿其链含有重复的阳离子和阴离子对，模仿包含细胞膜的磷脂或许多蛋白质的混合荷电表面。两性离子聚合物刷、水凝胶和弹性体赋予超低水平的来自复杂生理流体的非特异性蛋白质污垢，超出了普遍的亲水性或两亲性聚合物如聚(乙二醇)(PEG)的性能。由纯两性离子聚羧基甜菜碱(PCB)和CB交联剂形成的水凝胶可在植入到小鼠中时抑制异物反应并抵抗胶原蛋白胶囊形成，并且保护蛋白质免受血流中的免疫原性反应。对再生医学应用关键的是，封装在PCB水凝胶中的干细胞保持其治疗多潜能性并避免非特异性分化。虽然两性离子水凝胶超过了基于多糖和PEG的那些物质的生物相容性、生理学稳定性和非免疫原性，但迄今为止还没有报道可注射或可延展的纯两性离子水凝胶的直接途径。此外，大多数已报道的两性离子3D细胞培养系统需要在临床实验室或生物制造环境中难以实施的化学物质或技术。随着两性离子水凝胶向临床应用的发展，这些动态的材料性能和易用性变得越来越重要。使水凝胶可注射(能够穿过针)或可延展(能够模制成新形状而不开裂)同时还保持其组织状弹性是困难的，并且已经开发出创造性的交联策略来应对该挑战。一类可注射水凝胶(通常被描述为原位形成)，当两种组分混合或一起注射时，促使生物正交“点击”反应以自发形成共价交联网络。例如硫醇-烯偶合和叠氮-炔烃环加成反应如PAAC都已用于开发原位形成的PEG基水凝胶，如DeForest和Anseth，NatureChemistry，3，2011，925中所述。这些交联策略对于3D细胞包封是有用的，因为其避免了可破坏细胞、留下有毒分子且难以在体内引发的基于自由基的链式反应。然而，联想到环氧树脂胶，原位网络形成通常是不可逆的，并且凝胶一旦形成就不能显著地重新成形。额外地，这些聚合物结构通常昂贵且开发复杂，并且需要针对不同应用进行显著优化。由于PEG假定的生物相容性，这些凝胶中的许多基于PEG，但是PEG越来越多地被报道引起免疫原性反应。第二类动态或可注射水凝胶依赖于某种形式的物理交联，这可使得能够在不同条件下在“固体状”和“液体状”的形式之间反复切换。对于许多临床应用而言，这些材料比不可逆的原位形成凝胶更实用和有用。这些中的一些可被热激发以可逆地组装成物理交联的超分子结构如NIPAM嵌段共聚物或基于PEG的Pluronics/泊洛沙姆。虽然这些通常用于可注射药物制剂，但它们缺乏共价交联使得它们在体内相对较弱且寿命短，它们的温度敏感性要求冷藏，并且它们在分解时许多变化导致毒性。其他可逆凝胶通常被称为粘弹性水凝胶：这些通常被设计成响应于增加的剪切(例如当被推过针时)流动并且然后自愈成新的弹性形状。这类中的许多凝胶基于多糖如藻酸盐、葡聚糖和透明质酸；这些天然聚合物可通过螯合二价离子如Ca2+和Mg2+而可逆地交联。然而，多糖凝胶存在许多固有的局限性，其具有差的长期生理稳定性，不同的生物相容性，并且从天然来源纯化或合成为医用级材料是困难且昂贵的。尽管在上述可注射水凝胶方面有所进展，仍需要改进的可注射水凝胶和目标针对实际临床需要的通用细胞支架。本专利技术寻求满足这种需要并提供进一步的相关优点。
技术实现思路
专利技术的概述在某些方面，本专利技术提供了可注射和可延展的水凝胶，其结合了对于生物医学应用而言高度需要的高生物相容性、生理学稳定性和易用性。在某些实施方案中，本专利技术提供自愈的两性离子和混合荷电微凝胶。两性离子聚羧基甜菜碱(PCB)形成完全没有非特异性细胞和组织相互作用的超亲水和非免疫原性水凝胶，独特地使PCB能够减轻异物反应。本专利技术提供了简单且可扩展的策略，以通过将微凝胶单元重构成新的本体材料来产生可注射的自愈的两性离子和混合荷电水凝胶及细胞支架。每个微凝胶内部的共价交联和它们之间超分子相互作用的组合给与得到的两性离子可注射颗粒(ZIP)构建体支持的模量和可调的粘弹性。冻干的ZIP粉末在再水合时保留其强度和弹性，简化了灭菌和储存。当用含有细胞、蛋白质或载药微球的任何水溶液或悬浮液重构时，ZIP粉末快速自愈成均匀的复合水凝胶制剂而无需任何专门的试剂或条件。这些材料用作高度生物相容的组织填充物、保护性细胞支架以及用于可注射疗法的广泛可应用载体。鉴于前述内容，在一个方面，本公开内容提供了一种用于将治疗剂递送至受试者的方法。该方法包括使受试者与两性离子微凝胶组合物接触，其中该两性离子微凝胶组合物包含两性离子微凝胶和治疗有效量的治疗剂。在另一方面，本公开内容提供了一种用于将美容剂(cosmeticagent)递送至受试者的方法。该方法包括使受试者与两性离子微凝胶组合物接触，其中该两性离子微凝胶组合物包含两性离子微凝胶和任选的有效量的美容剂。美容剂可为例如防腐剂、维生素、激素、抗炎剂、抗微生物剂、干细胞等。在另一方面，本公开内容提供了一种用于细胞培养的方法。该方法包括如本文中所述在包含两性离子微凝胶的基质中培养细胞群。在另一方面，本公开内容提供了一种保护性储存细胞群、组织或器官的方法，包括将细胞群、组织或器官储存在基质中。该方法包括两性离子微凝胶以提供储存的细胞、储存的组织或储存的器官，其中储存的细胞、储存的组织或储存的器官在储存状态下基本上保留其生物学功能。在另一方面，本公开内容提供了一种处理基材表面以防止或减少表面污垢的方法。该方法包括用两性离子微凝胶涂覆基底表面的至少一部分，以提供经处理的表面，该表面为防污表面。在另一方面，本公开内容提供了一种由交联的两性离子水凝胶或交联的混合荷电水凝胶的物理加工制备的微凝胶组合物，以提供分别包含多个交联的两性离子或多个交联的混合荷电微凝胶单元的微凝胶组合物。附图说明附图的描述通过当结合附图时参考以下详细描述，本专利技术的前述方面和许多附带的优点将变得更容易理解同时变得更好理解。图1A-1F示意性地说明了本专利技术的代表性两性离子微凝胶的制备、性能和有用性。图1A-1D呈现了示出制备可以可逆地冻干以用于简单制剂的本专利技术的代表性粘弹性两性离子可注射颗粒(ZIP)凝胶的总体示意图。图1E-1F示出了通过用治疗剂细胞重构冻干的微凝胶而产生的制剂的代表性实例。图2A-2D示出了纯两性离子的代表性水凝胶组分，其由羧基甜菜碱丙烯酰胺单体(CB-1或CB-2)与羧基甜菜碱二丙烯酰胺交联剂(CB-X)构成。图2B描绘了PCB-1、PCB-2和CB-X的化学结构。图2C说明了能够实现体积弹性(bulkelasticity)的每个微凝胶内部的共价交联。图2D示出了将微凝胶重构成新的粘弹性材料的由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将治疗剂递送至受试者的方法，包括使受试者与两性离子微凝胶组合物接触，其中所述两性离子微凝胶组合物包含两性离子微凝胶和治疗有效量的治疗剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.22 US 62/365,7881.一种用于将治疗剂递送至受试者的方法，包括使受试者与两性离子微凝胶组合物接触，其中所述两性离子微凝胶组合物包含两性离子微凝胶和治疗有效量的治疗剂。2.权利要求1的方法，其中使受试者与所述组合物接触包括将所述组合物注射到受试者体内。3.权利要求1的方法，其中使受试者与所述组合物接触包括将所述组合物植入所述受试者体内。4.权利要求1的方法，其中使受试者与所述组合物接触包括将所述组合物铺展到受试者的一部分上。5.权利要求1的方法，其中所述治疗剂为纳米粒子、微粒、胶束、脂质体、聚合物囊泡、生物分子、细胞、基因修饰的细胞、基于细胞的疫苗或基于蛋白质的疫苗。6.权利要求1的方法，其中所述治疗剂为细胞，其选自多能和多潜能干细胞和祖细胞，诱导多能干细胞和其祖先或分化谱系，造血细胞，基因工程细胞(疫苗)，免疫细胞和其祖先或分化谱系(如T细胞、B细胞、树突细胞、抗原呈递细胞)，胰岛或其他产生胰岛素的细胞，神经系统细胞和祖先，以及心血管系统细胞和祖先，血细胞(红细胞、白细胞、血小板)。7.权利要求1的方法，其中所述治疗剂为小分子、肽、蛋白质、核酸或多糖。8.一种用于将美容剂递送至受试者的方法，包括使受试者与两性离子微凝胶组合物接触，其中所述两性离子微凝胶组合物包含两性离子微凝胶和任选的有效量的美容剂(例如防腐剂、维生素、激素、抗炎剂、抗微生物剂、干细胞)。9.权利要求8的方法，其中使受试者与所述组合物接触包括将所述组合物注射到受试者体内。10.权利要求8的方法，其中使受试者与所述组合物接触包括将所述组合物植入到受试者体内。11.一种细胞培养方法，包括在包含两性离子微凝胶的基质中培养细胞群。12.权利要求11的方法，其中培养细胞群包括扩增所述群。13.权利要求11的方法，其中培养细胞群包括表达蛋白质(例如抗体或其他生物剂)。14.权利要求11的方法，其中所述细胞选自多能和多潜能干细胞和祖细胞，诱导多能干细胞和其祖先或分化谱系，造血细胞，基因工程细胞(疫苗)，免疫细胞和其祖先或分化谱系(例如T细胞、B细胞、树突细胞、抗原呈递细胞)，胰岛或其他产生胰岛素的细胞，神经系统细胞和祖先，以及心血管系统细胞和祖先，血细胞(红细胞、白细胞、血小板)。15.权利要求11的方法，其中所述细胞为干细胞或祖细胞，并且培养所述细胞群包括扩增所述群而不分化或改变表型。16.权利要求11的方法，其中所述细胞为干细胞或祖细胞，并且培养所述细胞群包括控制分化途径。17.一种保护性储存细胞群、组织或器官的方法，包括将细胞群、组织或器官储存在包含两性离子微凝胶的基质中，以提供储存的细胞、储存的组织或储存的器官，其中所述储存的细胞、储存的组织或储存的器官在储存状态下基本上保留其生物学功能。18.权利要求17的方法，其中所述细胞选自多能和多潜能干细胞和祖细胞，造血细胞，基因工程细胞(疫苗)，免疫细胞和其祖先或分化谱系(例如T细胞、B细胞、树突细胞、抗原呈递细胞)，胰岛或其他产生胰岛素的细胞，神经系统细胞和祖先，以及心血管系统细胞和祖先。19.权利要求17的方法，其中所述组织为肌肉(骨骼肌、平滑肌、心肌、包括血管的脉管系统)，神经组织(外周神经组织、包括由神经胶质组成的组织的中枢神经组织，所述神经胶质为星形细胞、小胶质细胞、室管膜细胞、少突胶质细胞、卫星细胞或施万细胞)，结缔组织(软骨、弹性软骨、纤维软骨、骨组织、白色脂肪组织、棕色脂肪组织、筋膜、血液)，皮下组织或上皮组织(鳞状上皮、立方上皮、柱状上皮、复层上皮，假复层上皮、变移上皮)。20.权利要求17的方法，其中所述器官为肾，心脏，脑(大脑、大脑半球、间脑)，脑干(中脑、脑桥、延髓、小脑、脊髓、脑室系统、脉络丛)，食管，咽，唾液腺(腮腺、下颌下腺、舌下腺)，胃，小肠(十二指肠、空肠、回肠)，大肠，肝脏，胆囊，胰腺，鼻(鼻腔、咽、喉、气管、支气管、肺)，输尿管，膀胱，尿道，动脉，静脉，毛细血管，淋巴管，淋巴结，骨髓，胸腺，脾，肠道相关淋巴组织(扁桃体)，眼，耳，嗅上皮，舌或皮肤。21.权利要求17的方法，其中所述细胞、组织或器官在不存在冷冻保护剂的情况下或在存在渗压剂的情况下储存。22.权利要求17的方法，其中所述细胞通过过滤从所述微凝胶中分离以使用。23.一种用于处理基材表面以防止或减少表面污垢的方法，包括用两性离子微凝胶涂覆基材表面的至少一部分以提供为防污表面的经处理的表面。24.如权利要求23所述的方法，其中所述基材为可植入装置。25.权利要求23的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：江绍毅，A·辛克莱尔，M·E·奥可莉，白涛，P·简恩，
申请(专利权)人：华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：美国,US