一种可黏附导电水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种可黏附导电水凝胶及其制备方法与应用，属于生物医学工程材料领域。本发明专利技术采用多巴胺修饰聚吡咯使其具有很好的生物相容性以及在水溶液中很好的稳定性，再将修饰得到的多巴胺‑聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶溶于水中，加入三氯化铁溶液交联，得到可黏附导电水凝胶，该水凝胶中多巴胺‑聚吡咯纳米纤维均匀分散并固定于水凝胶网络中，赋予其良好的生物相容性和导电性，同时邻苯二酚改性壳聚糖赋予其良好的粘性，将其负载基质细胞衍生因子SDF‑1，能增强SDF‑1在体内的保留作用，避免SDF‑1失效过快。

【技术实现步骤摘要】
一种可黏附导电水凝胶及其制备方法与应用
本专利技术属于生物医学工程材料领域，涉及一种可黏附导电水凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
急性心肌梗死的发病率高，每年新增近50万例，是全球主要健康问题。心肌梗塞通常是由于斑块破裂和血栓形成而发生的，它阻塞了冠状动脉并导致了心脏组织的缺血性损伤。成人哺乳动物心脏的再生能力有限，心肌细胞缺血性损伤通常由纤维化疤痕组织代替。对于晚期患者而言，唯一可行的选择是全心脏移植。然而，供体心脏的不足使大多数患者难以得到及时的救治。临床前和临床研究表明，细胞治疗可减轻心肌损伤和心衰的发展，但其具体机制尚未阐明。除缺血性心脏病外，细胞治疗对非缺血性心脏病如压力负荷过重引起的左心室肥大和非缺血性扩张型心肌病也有疗效，细胞移植治疗的临床效果受到细胞移植率低的限制。组织工程化心脏在形态和功能上与天然心肌相似，水凝胶是目前最常用作构建组织工程化心脏的一类材料。多种动物心梗模型已经证明，仅单纯应用水凝胶也可在一定程度上阻止梗死后左室重构的进展，恢复正常心功能。心肌的收缩是由电激波(由起搏细胞产生)驱动的，电激波沿着相邻心肌细胞的细胞膜迅速扩散，并触发钙的释放，进而刺激肌原纤维的收缩。肌细胞的机电耦合对它们对电子起搏信号的同步响应至关重要，从而导致收缩功能和泵血。当急性心肌梗死发生，受损心肌由纤维化疤痕组织替代后，心肌电信号传导受阻，肌细胞的机电耦合被破坏，心肌收缩性减弱。在此基础上长期发展会导致代偿性心肌肥大，最终转变为慢性心力衰竭，威胁患者生命。为了增强纤维化瘢痕组织区域的电导率，已经有一些具有导电功能的水凝胶被用于研究。导电聚合物(如聚吡咯和聚苯胺)具有高导电性和良好的电稳定性，被广泛用于导电水凝胶的构建。然而，目前难以在高导电性和生物相容性之间找到平衡，并且导电聚合物难溶于水，如何使导电聚合物在水凝胶中均匀分散也是需要重点解决的问题。间充质干细胞是心脏临床前尤其是临床研究中最常用的细胞。这些细胞被定义为多能性、自噬性和低免疫原性，不会在靶组织中持续很长时间，这些特点降低了给药后任何长期并发症的风险，但也会影响治疗效率。已有143例临床研究表明，同种异体骨髓间充质干细胞和自体骨髓间充质干细胞均可增强缺血性心肌病患者的心功能，减轻左室重构。通过注射不同剂量的细胞，研究者发现低剂量的间充质干细胞(2000万个细胞)较中剂量(1亿个细胞)或高剂量(2亿个细胞)能最大程度地减少左室体积，提高射血分数。心肌梗死后机体内多种干/祖细胞可以在基质细胞衍生因子1(stromalcell-derivedfactor-1，SDF-1)的吸引下归巢至梗死区，分化为心肌或血管细胞，同时释放多种内分泌因子，改善梗死区域的微环境，抑制细胞凋亡，促进组织的修复。遗憾的是SDF-1α释放的数量有限且维持时间短暂因而修复能力很弱，无法代偿心肌细胞的缺失和心梗所导致的心室重构。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种可黏附导电水凝胶及其制备方法与应用，以改善聚吡咯在水溶液中的稳定性、在体内的生物相容性以及在水凝胶网络中的分散性，制得导电性和生物相容性很好的水凝胶，改善心梗区域电信号传导不同步的现象，并利用在梗死部位释放基质细胞衍生因子SDF-1募集血液中的干细胞，促进组织修复。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：第一方面，一种可黏附导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将多巴胺-聚吡咯纳米纤维(DA-PPY)、邻苯二酚改性壳聚糖(Chi-C)和环糊精接枝明胶(β-CD-Gel)加入水中，完全溶解并混合均匀后，加入三氯化铁溶液进行交联反应，得到所述水凝胶。多巴胺生物相容性良好，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维采用了多巴胺修饰聚吡咯而使其具有很好的生物相容性以及在水溶液中很好的稳定性，从而使制得的水凝胶具有很好的生物相容性；所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维和邻苯二酚改性壳聚糖中均含有邻苯二酚基团，在铁离子的交联下可以将多巴胺-聚吡咯纳米纤维均匀分散并固定于水凝胶网络中，赋予水凝胶高导电性；同时邻苯二酚改性壳聚糖能增强水凝胶对生物组织的粘附能力，从而避免水凝胶注射后挤出的情况，增强了水凝胶在医学临床上的应用。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶的质量比为多巴胺-聚吡咯纳米纤维：邻苯二酚改性壳聚糖：环糊精接枝明胶＝0.1-2:10-60:50，所述三氯化铁溶液的浓度为10-100mM，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶溶解所用水与所述三氯化铁溶液的体积比为9：1。作为本专利技术制备方法进一步优选的实施方式，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶的质量比为多巴胺-聚吡咯纳米纤维：邻苯二酚改性壳聚糖：环糊精接枝明胶＝0.25-1：10-60：50。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶的质量比为巴胺-聚吡咯纳米纤维：邻苯二酚改性壳聚糖：环糊精接枝明胶＝1：40：50。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述三氯化铁溶液的浓度为20mM。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述环糊精接枝明胶通过如下步骤制得：将羧甲基化β-环糊精(β-CD-COOCH3)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐以及N-羟基琥珀酰亚胺分别溶于溶剂A中，再混合，搅拌，得到溶液F；在加热条件下，先将明胶完全溶于溶剂B中，得到溶液G，再在所述溶液G中加入所述溶液F进行反应，反应完成后，透析，干燥，得到所述环糊精接枝明胶。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述溶剂A为pH值＝7.2～7.4的PBS溶液。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述溶剂B为pH值＝7.2～7.4的PBS溶液。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述羧甲基化β-环糊精、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐以及N-羟基琥珀酰亚胺混合后，搅拌的时间为1h。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述羧甲基化β-环糊精、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺以及明胶的质量比为羧甲基化β-环糊精：1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐：N-羟基琥珀酰亚胺：明胶＝1.135：0.765：0.23：2；所述溶液F和溶液G的体积比为溶液F：溶液G＝2:3。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述溶液F和溶液G的反应在磁力搅拌下进行，所述磁力搅拌的转速为500-800rpm/min，反应温度为40℃，反应时间为12-18h；作为本专利技术制备方法的进一步优选的实施方式，所述磁力搅拌的转速为700rpm/min，所述磁力搅拌反应的时间为15h。作为本专利技术制备方法的进一步优选的实施方式，所述透析采用透析袋在pH值为5的去离子水中进行，所述透析袋的截留分子量为3500道尔顿，透析时间为3天。作为本专利技术制备方法的优选实施方式，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维通过如下步骤制得：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可黏附导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶加入水中，完全溶解并混合均匀后，加入三氯化铁溶液进行交联反应，得到所述水凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种可黏附导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶加入水中，完全溶解并混合均匀后，加入三氯化铁溶液进行交联反应，得到所述水凝胶。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶的质量比为多巴胺-聚吡咯纳米纤维：邻苯二酚改性壳聚糖：环糊精接枝明胶＝0.1-2：10-60：50，所述三氯化铁溶液的浓度为10-100mM，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶溶解所用水与所述三氯化铁溶液的体积比为9:1。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述多巴胺-聚吡咯纳米纤维、邻苯二酚改性壳聚糖和环糊精接枝明胶的质量比为多巴胺-聚吡咯纳米纤维：邻苯二酚改性壳聚糖：环糊精接枝明胶＝0.25-1：10-60：50，所述三氯化铁溶液的浓度为20mM。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环糊精接枝明胶通过如下步骤制得：
将羧甲基化β-环糊精、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐以及N-羟基琥珀酰亚胺分别溶于溶剂A中，再混合，搅拌，得到溶液F；
在加热条件下，先将明胶完全溶于溶剂B中，得到溶液G，再在所述溶液G中加入所述溶液F进行反应，反应完成后，透析，干燥，得到所述环糊精接枝明胶。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述环糊精接枝明胶制备步骤中，所述溶剂A和溶剂B均为pH值＝7.2～7.4的PBS溶液；所述羧甲基化β-环糊精、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺以...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯龙宝，刘慧玲，蓝咏，刘玉，
申请(专利权)人：广州贝奥吉因生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44