一种促进软骨形成的复合水凝胶及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种促进软骨形成的复合水凝胶及其制备方法和应用。本申请的复合水凝胶主体结构为羧甲基壳聚糖‑氧化硫酸软骨素水凝胶，羧甲基壳聚糖‑氧化硫酸软骨素水凝胶中分散有负载Kartogenin的聚乳酸‑羟基乙酸共聚物微球。本申请的复合水凝胶，使用时，直接将其注射到软骨修复部位，能长期停留并作用于软骨修复部位；利用微球对Kartogenin进行缓释，能够在软骨修复部位长期可控的施药，促进软骨形成，起到软骨修复作用。采用本申请的复合水凝胶进行软骨修复，操作简单、成本低、效果好，为软骨修复提供了一种新的方案和途径。

【技术实现步骤摘要】
一种促进软骨形成的复合水凝胶及其制备方法和应用
本申请涉及软骨修复或形成领域，特别是涉及一种促进软骨形成的复合水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
软骨的损伤或功能障碍一直危害人类健康，是引发重大疾病和死亡的主要原因。近年来，因创伤、疾病、意外灾害或先天因素以及人口老龄化等原因导致的软骨损伤数量巨大，在给我国临床医疗体系带来重大困难的同时，也给国民健康发展带来严峻挑战。软骨是一种无壁无血管的组织，一旦受损无法自行愈合。在软骨消耗后，骨头直接接触就会有疼痛、肿胀等现象产生，限制了病人的运动能力。如果关节软骨损伤过度，到了不堪使用时，只有进行全膝关节置换手术，将破损不堪的关节锯下，以其他材料取代。目前常见的软骨修复方法包括：关节软骨磨削成形术、关节清创术、软骨下骨钻孔术、微骨折术、自体骨软骨移植术等。这些传统疗法虽能在一定程度上修复受损的软骨，但都需要进行手术，成本较高，后期需要长时间的修养。而且修复后的软骨缺乏完整软骨应有的力学性能和带状组织，可能导致进一步的退化。现在常见的软骨替换物是金属关节和自体软骨。其中金属关节会出现异体排斥，寿命短，仅有十五到二十年的使用寿命。而自体软骨虽然不会出现排斥反应，但是自体移植依赖于充分的整合。所以，如何更有效的实现软骨修复，是本领域的研究重点和难点。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的促进软骨形成的复合水凝胶及其制备方法和应用。本申请采用了以下技术方案：本申请的第一方面公开了一种促进软骨形成的复合水凝胶，该复合水凝胶的主体结构为羧甲基壳聚糖-氧化硫酸软骨素水凝胶(缩写CMC-OCS水凝胶)，羧甲基壳聚糖-氧化硫酸软骨素水凝胶中分散有负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球(缩写PLGA-KGN微球)。本申请的一种实现方式中，CMC-OCS水凝胶由羧甲基壳聚糖分子链上的氨基和氧化硫酸软骨素分子链上的醛基发生的席夫碱反应交联形成。需要说明的是，本申请的复合水凝胶，在其凝胶之前具有很好的可注射性能，可以直接注射到需要软骨修复的部位，注射后在需要软骨修复的部位直接原位凝胶，形成本申请的复合水凝胶，具有强度高、润湿性好、生物相容性高等优点，并可在受损部位长期停留起效。本申请复合水凝胶中的PLGA-KGN微球具有缓释Kartogenin的效果，可在受损部位长期可控的施药，以促进软骨修复。并且，本申请的复合水凝胶所需的原材料易得，制备操作简单，可在生物医学工程材料领域广泛应用。本申请的复合水凝胶，直接在受损部位促进软骨形成，从而起到修复软骨的作用。与现有的金属关节和自体软骨等软骨替换物相比，本申请是直接促进自身的软骨形成，没有排斥作用，也不需要移植，具有更好的修复效果。与现有的关节软骨磨削成形术、关节清创术、软骨下骨钻孔术、微骨折术等软骨修复方法相比，采用本申请的复合水凝胶进行软骨修复，几乎不需要手术，只需将本申请的复合水凝胶注射到受损部位即可；并且，本申请复合水凝胶形成的软骨具有完整软骨应有的力学性能和带状组织，软骨修复效果更好。还需要说明的是，本申请的Kartogenin(缩写KGN)是一种小分子有机化合物，是smad4/smad5通路激活剂，可以促进多功能间充质干细胞选择性分化为软骨细胞，具有极强的促进软骨形成和腱-骨愈合作用。本申请的关键就是利用水溶胶将KGN固定在软骨修复部位，起到靶向定点作用的效果；并利用PLGA-KGN微球的药物释放系统可控缓释KGN，使KGN长期作用于软骨修复部位，提高使用效率，使KGN能更好的发挥效能，从而更有效的促进软骨修复部位的软骨形成，起到软骨修复的效果。本申请的一种实现方式中，复合水凝胶由重量份2-15的羧甲基壳聚糖、重量份2-15的氧化硫酸软骨素和重量份1-5的负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球组成。可以理解，以上组份和配比只是本申请的一种实现方式中具体采用的复合水凝胶配方，不排除还可以采用其它配比；特别是PLGA-KGN微球的用量，可以根据其负载的Kartogenin含量，以及所需要的Kartogenin有效剂量进行调整。本申请的一种实现方式中，负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球的粒径为10.28±0.46μm，分散度为0-0.2，包封率为35.48±0.6％。其中，分散度一般在0-0.2都具有较好的均一性，满足使用需求，本申请的一种实现方式中分散度可以达到0.119，均一性较好。可以理解，PLGA-KGN微球的以上参数只是本申请的一种实现方式中具体制备的PLGA-KGN微球参数；在实际应用时，可以根据所需要的Kartogenin负载量，以及实际生产情况，调整微球的粒径、分散度以及包封率等。本申请的一种实现方式中，复合水凝胶的压缩强度为20-50kPa，压缩应变为60-80％，压缩弹性模量为2-25kPa。可以理解，复合水凝胶的以上参数是指其凝胶固化后的参数，该参数可以通过改变复合水凝胶中各组份的用量配比进行调整，具体的，根据产品设计以及软骨修复需求而定。本申请的第二方面公开了本申请的复合水凝胶在制备修复软骨的药物中的应用。可以理解，本申请的复合水凝胶能够作用于软骨修复部位，促进该部位的软骨形成，起到软骨修复作用；因此，可以作为修复软骨的药物使用。本申请的第三方面公开了一种用于修复软骨的试剂盒，该试剂盒中含有独立包装的羧甲基壳聚糖、氧化硫酸软骨素和负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球。本申请的试剂盒使用时，按照重量份2-15的羧甲基壳聚糖、重量份2-15的氧化硫酸软骨素和重量份1-5的负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球混合均匀，然后将混合物注射到需要软骨修复的部位形成复合水凝胶。需要说明的是，本申请创造性的将羧甲基壳聚糖、氧化硫酸软骨素和负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球组装成用于修复软骨的试剂盒；按照本申请的试剂盒使用方法，能够很好的起到软骨修复作用，为软骨修复提供了一种新的方案和途径。本申请的一种实现方式中，试剂盒中的负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球的粒径为10.28±0.46μm，分散度为0-0.2，包封率为35.48±0.6％。本申请的一种实现方式中，试剂盒形成的复合水凝胶的压缩强度为20-50kPa，压缩应变为60-80％，压缩弹性模量为2-25kPa。本申请的第四方面公开了本申请的复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：氧化硫酸软骨素制备步骤，包括采用高碘酸钠对软骨素进行氧化，即获得所述氧化硫酸软骨素；负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球制备步骤，包括以下步骤：(1)将1-10重量份的Kartogenin溶于50-150份重量份的水中，作为水相，即W相；(2)将1-10重量份的聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶于50-150重量份的甲基纤维素水溶液中，作为油相，即O相；(3)将W相和O相混合，均质乳化形成初乳液；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进软骨形成的复合水凝胶，其特征在于：所述复合水凝胶的主体结构为羧甲基壳聚糖-氧化硫酸软骨素水凝胶，所述羧甲基壳聚糖-氧化硫酸软骨素水凝胶中分散有负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球。/n

【技术特征摘要】
1.一种促进软骨形成的复合水凝胶，其特征在于：所述复合水凝胶的主体结构为羧甲基壳聚糖-氧化硫酸软骨素水凝胶，所述羧甲基壳聚糖-氧化硫酸软骨素水凝胶中分散有负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球。


2.根据权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于：所述复合水凝胶由重量份2-15的羧甲基壳聚糖、重量份2-15的氧化硫酸软骨素和重量份1-5的负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球组成。


3.根据权利要求1或2所述的复合水凝胶，其特征在于：所述负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球的粒径为10.28±0.46μm，分散度为0-0.2，包封率为35.48±0.6％；
优选的，所述复合水凝胶的压缩强度为20-50kPa，压缩应变为60-80％，压缩弹性模量为2-25kPa。


4.根据权利要求1-3任一项所述的复合水凝胶在制备修复软骨的药物中的应用。


5.一种用于修复软骨的试剂盒，其特征在于：所述试剂盒中含有独立包装的羧甲基壳聚糖、氧化硫酸软骨素和负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球；
优选的，所述负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球的粒径为10.28±0.46μm，分散度为0-0.2，包封率为35.48±0.6％；
优选的，所述复合水凝胶的压缩强度为20-50kPa，压缩应变为60-80％，压缩弹性模量为2-25kPa。


6.根据权利要求1-3任一项所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
氧化硫酸软骨素制备步骤，包括采用高碘酸钠对软骨素进行氧化，即获得所述氧化硫酸软骨素；
负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球制备步骤，包括以下步骤，
(1)将1-10重量份的Kartogenin溶于50-150份重量份的水中，作为W相；
(2)将1-10重量份的聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶于50-150重量份的甲基纤维素水溶液中，作为O相；
(3)将W相和O相混合，均质乳化形成初乳液；
(4)将初乳液倒入聚乙烯醇和氯化钠的混合水溶液中形成预复乳液；
(5)将预复乳液倒入快速膜乳化装置中，在氮气压力下通过四级串联的不锈钢膜，过膜2-5次；过膜后的乳液倒入预先准备好的固化液中，磁力搅拌3-10小时，使微粒析出；
(6)采用去离子水对步骤(5)固化后的乳液微粒进行2-6次洗涤，然后冷冻干燥，即获得所述负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球；
复合水凝胶制备步骤，将羧甲基壳聚糖、制备的氧化硫酸软骨素，与制备的负载Kartogenin的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球，按配比混合均匀，即获得所述复合水凝胶。


7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述甲基纤维素水溶液的浓度为5wt％-20wt％；
优选的，所述步骤(4)的所述聚乙烯醇和氯化钠的混合水溶液中，聚乙烯醇的浓度为1wt％-5wt％，氯化钠的浓度为1wt％-5wt％；
优选的，所述步骤(5)中，所述磁力...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴德成，潘正，郭琼玉，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44