一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料及制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料及制备方法与应用，属于医药生物技术领域。本发明专利技术提供的水凝胶包载细胞材料由包含如下质量百分比的原料在0～4℃制备得到：0.8～1.5％的低粘度壳聚糖，0.4～0.5％的乳酸，1～3％的β‑甘油磷酸钠，余量为水。本发明专利技术提供的水凝胶包载细胞材料可包载细胞于37℃下成胶。本发明专利技术相较于传统的壳聚糖/β‑甘油磷酸钠温敏水凝胶，有效降低了β‑甘油磷酸钠用量，避免水凝胶的高渗性对细胞的毒性，实现包载细胞后注射体内或体外37℃环境下3D培养细胞。本发明专利技术具有反应条件简单，响应时间短，凝胶的热稳定性良好且无细胞毒性，生物相容性好等优点。

A thermosensitive chitosan hydrogel encapsulated cell material and its preparation and Application

The invention discloses a thermosensitive chitosan hydrogel encapsulated cell material and a preparation method and application thereof, belonging to the medical biotechnology field. The hydrogel encapsulated cell material provided by the invention is prepared from raw materials containing the following mass percentage at 0~4 degrees: 0.8 to 1.5% low viscosity chitosan, 0.4 to 0.5% lactic acid, 1 to 3% beta glycerin sodium phosphate, and the remaining amount is water. The hydrogel encapsulated cell material provided by the invention can encapsulate cells to form glue at 37 degrees Celsius. Compared with the traditional chitosan / beta glycerin sodium phosphate thermosensitive hydrogel, the invention effectively reduces the dosage of beta glycerin sodium phosphate, avoids the toxicity of hydrogel hyperosmotic to cells, and realizes the injection of 3D cells in vivo or in vitro at 37 degrees centigrade. The invention has the advantages of simple reaction conditions, short response time, good thermal stability of the gel, no cytotoxicity and good biocompatibility.

【技术实现步骤摘要】
一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料及制备方法与应用
本专利技术属于医药
，尤其涉及一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料及制备方法与应用。技术背景甘油磷酸钠(GP)是一种天然存在于体内的有机化合物，包括α-甘油磷酸钠(α-GP)和β-甘油磷酸钠(β-GP)，通常用作治疗磷酸盐代谢失衡的磷酸盐来源，其药物管理已获得FDA批准。甘油磷酸钠也已被证明可用作催化剂，在生理pH和温度下引发壳聚糖溶液中引起溶胶-凝胶转变。壳聚糖(chitosan，CS)又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的。壳聚糖具有生物相容性、生物降解性、无毒性等优点，并且有研究表明壳聚糖具有着非常高的医用价值：壳聚糖能够抑制细菌生长，具有良好的抗菌效果；能够降低体内胆固醇含量；能够吸附和排泄体内重金属。因此，壳聚糖已被广泛应用于生物医药、组织工程等领域。壳聚糖通过其胺基的质子化在酸性环境中溶解。一旦溶解，壳聚糖保持在溶液中至pH值接近6.2。将壳聚糖水溶液中和至pH值超过6.2时，会形成水合凝胶状沉淀物。Chenite等首先提出中和壳聚糖水溶液，并发现即使在β-甘油磷酸钠存在下pH值为6.8-7.2，壳聚糖溶液仍可保持低于室温的液体。该系统变得热敏，当温度升高到体温时凝固。壳聚糖、β-甘油磷酸钠和水之间的相互作用导致溶胶/凝胶转变：1)由于质子从壳聚糖转移到β-甘油磷酸钠，静电排斥减少，壳聚糖链间氢键结合；2)壳聚糖铵与β-GP磷酸基团之间的静电吸引；3)通过甘油在水中的产热作用降低了壳聚糖链极性和增强了疏水作用。基于壳聚糖和β-GP的热敏水凝胶支架的研究一直备受关注。但由于为了保证壳聚糖/β-甘油磷酸钠成功成胶和凝胶的机械强度，通常需要高浓度的β-甘油磷酸钠，一般会采用56％β-甘油磷酸钠水溶液，最终水凝胶体系中β-甘油磷酸钠含量也大于6％以上，这会导致高渗透性，具有细胞毒性和组织有伤害性，很大程度上限制了其在生物医药和组织工程等领域中的进一步应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种温度敏感型细胞包埋壳聚糖水凝胶及制备方法与应用，本专利技术既保留了壳聚糖/β-甘油磷酸钠热敏水凝胶反应条件简单、响应时间短、热稳定性良好等优点，又进一步提高了其组织相容性和生物应用价值，有利于其在生物医药和组织工程等领域中的进一步应用。本专利技术提供了一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料，所述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料包括以下质量百分比的组分：0.8～1.5％的低粘度壳聚糖，0.4～0.5％的乳酸，1～3％的β-甘油磷酸钠，余量为水。优选的，所述低粘度壳聚糖的脱乙酰度为75～99％，分子量为10～500KDa，粘度为30～100cP。优选的，所述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料的相转变温度为37℃。本专利技术还提供了上述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料的制备方法，包括以下步骤：1)将低粘度壳聚糖粉末溶于去离子水中，边搅拌边加入乳酸至所述低粘度壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖乳酸水溶液；2)将步骤1)制备得到的壳聚糖乳酸水溶液与β-甘油磷酸钠溶液在0～4℃混合，得温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料。优选的，所述壳聚糖乳酸水溶液中低粘度壳聚糖的质量浓度为1～2％。优选的，所述β-甘油磷酸钠水溶液的质量浓度为10.8％。本专利技术还提供了上述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料在包载细胞注射到体内中的应用。应用方法为将温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料与细胞悬浮液低温下混合均匀后注射到体内，在体内形成细胞包埋壳聚糖水凝胶。本专利技术还提供了上述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料在体外37℃环境下3D培养细胞中的应用，应用方法为将该温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料和细胞悬液混合后置于37℃细胞培养箱，混合液迅速形成凝胶后加入37℃的培养基进行培养，用于细胞观察。与现有技术相比，本专利技术以低粘度壳聚糖乳酸溶液和β-甘油磷酸钠溶液为原料制备的温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料，具有以下有益效果：1.本专利技术采用低粘度壳聚糖(50-100cP)，可溶解于低浓度乳酸溶液，因而可降低β-甘油磷酸钠使用量，最终体系中β-甘油磷酸钠含量仅为1％-3％，低于目前已有壳聚糖/β-甘油磷酸钠热敏水凝胶的β-GP用量，更接近生理状态渗透压，可有效避免细胞毒性以及高渗引起的细胞脱水，减少组织伤害性。因此，该温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料能够包埋细胞于体内，更适宜临床使用。2.本专利技术中所采用的的低粘度壳聚糖、乳酸和β-甘油磷酸钠的质量百分比使得混合得到的温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料的相转变温度为36～37℃，刚好与人体的生理温度以及细胞的生长条件温度一致，且相转变过程不可逆，具有良好的热稳定性，用于包载细胞注射体内以及体外37℃环境下3D培养细胞具有更好的效果。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料，包括以下重量百分数的组分：一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料，其特征在于，所述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料包括以下质量百分比的组分：0.8～1.5％的低粘度壳聚糖，0.4～0.5％的乳酸，1～3％的β-甘油磷酸钠，余量为水。质量百分比0.8～1.5％的低粘度壳聚糖和1～3％的β-甘油磷酸钠混合得到的温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料相转变温度为37℃，刚好与人体的生理温度以及细胞的生长条件温度一致。在本专利技术中，低粘度壳聚糖为市售商品，优选采用脱乙酰度为75％-99％，分子量为10KDa-500KDa，粘度为30-100cP的低粘度壳聚糖。低粘度壳聚糖(50-100cP)，可溶解于低浓度乳酸溶液，因而可降低用于中和壳聚糖乳酸溶液酸碱度的β-甘油磷酸钠的使用量，可以有效避免细胞毒性以及高渗引起的细胞脱水，可包埋细胞应用于体内。本专利技术提供的温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料的相转变温度为37℃，与人体的生理温度以及细胞的生长条件温度一致，成胶条件简单。本专利技术还提供了一种上述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料的制备方法，包括以下步骤：1)将低粘度壳聚糖粉末加入去离子水中，超声分散至均匀，然后边搅拌边加入乳酸至所述低粘度壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖乳酸水溶液；2)将步骤1)制备得到的壳聚糖乳酸水溶液与β-甘油磷酸钠溶液在0～4℃混合，得温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料。具体的，本专利技术将低粘度壳聚糖粉末溶于去离子水中，超声分散至均匀，然后边搅拌边加入乳酸至低粘度壳聚糖完全溶解，目的在于以最小用量的乳酸完全溶解低粘度壳聚糖得到壳聚糖乳酸水溶液，本专利技术中，壳聚糖乳酸水溶液中低粘度壳聚糖的质量浓度优选为1％-2％。本专利技术中，成胶时所使用的β-甘油磷酸钠的量与溶解低粘度壳聚糖所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料，其特征在于，所述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料包括以下质量百分比的组分：0.8～1.5％的低粘度壳聚糖，0.4～0.5％的乳酸，1～3％的β-甘油磷酸钠，余量为水。/n

【技术特征摘要】
1.一种温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料，其特征在于，所述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料包括以下质量百分比的组分：0.8～1.5％的低粘度壳聚糖，0.4～0.5％的乳酸，1～3％的β-甘油磷酸钠，余量为水。


2.根据权利要求1所述的温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料，其特征在于，所述低粘度壳聚糖的脱乙酰度为75～99％，分子量为10～500KDa，粘度为30～100cP。


3.根据权利要求2所述的温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料，其特征在于，所述温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料的相转变温度为37℃。


4.根据权利要求1所述的温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将低粘度壳聚糖粉末溶于去离子水中，边搅拌边加入乳酸至所述低粘度壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖乳酸水溶液；
2)将步骤1)制备得到的壳聚糖乳酸水溶液与β-甘油磷酸钠溶液在0～4℃混合，得温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料。


5.根据权利要求4所述的温敏型壳聚糖水凝胶包载细胞材料的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖乳酸水溶液中低粘度壳聚糖的质量浓度为1～2％。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宇民，王勇军，凌珏，汤晓璇，张鲁中，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32