水凝胶制备材料、水凝胶材料及其制备方法与应用技术

本申请公开了一种水凝胶制备材料、水凝胶材料及其制备方法与应用，涉及生物医药技术领域。本申请水凝胶制备材料包括水凝胶基体前驱体、第一复合材料、光引发剂和水，其中第一复合材料包括第二复合材料和分布在该第二复合材料至少部分表面的含硒化合物，第二复合材料包括第三复合材料和包覆在该第三复合材料表面的二氧化硅，第三复合材料包括聚乳酸

【技术实现步骤摘要】
水凝胶制备材料、水凝胶材料及其制备方法与应用


[0001]本申请涉及生物医药
，具体涉及水凝胶制备材料、水凝胶材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]由于创伤、感染及肿瘤等引发的骨骼疾病易导致骨缺损，将严重影响患者的生活质量，如骨缺损超过一定范围，超过了骨骼的最大自行修复能力，则该骨缺损部位将无法自行愈合，从而导致无连续性骨痂形成，造成骨不连。针对这种情况，目前临床上主要采用自体骨移植或同种异体骨移植的方法进行治疗。但自体骨移植来源有限，而同种异体骨移植则面临免疫排斥等并发症问题，限制了其在临床的广泛应用。随着骨组织工程学的发展，利用生物材料、种子细胞和生长因子为新的骨组织再生提供场地，为骨缺损的治疗开辟了新的途径。
[0003]由于骨缺损部位血管遭受严重破坏，导致局部血供严重不足，造成缺氧及营养耗竭等恶劣微环境，严重影响骨修复过程中种子细胞发挥作用。骨髓间充质干细胞是主要的骨修复种子细胞之一，研究证实，缺氧会下调关键成骨转录因子RunX2，抑制其成骨分化，并且当氧浓度在2％以上骨髓间充质干细胞才会发生成骨分化。
[0004]当骨缺损发生时，局部活性氧水平明显升高，导致种子细胞发生氧化应激，导致细胞处于氧化应激状态，直接激活BMSCs中叉形头转录因子O亚型(Fox O)转录，下调β
‑
连环蛋白(β
‑
catenin)表达，引起一系列下游信号通路相关促成骨分化因子表达的改变，进而降低BMSCs定向成骨分化能力及增殖活性。研究表明，硒元素具备良好的抗氧化性能，一些含硒化合物，比如亚硒酸钠能够抑制氧化应激对骨髓间充质干细胞产生的不良影响，并且抑制了氧化应激诱导细胞外信号调节激酶(ERK)的激活，促进了骨髓间充质干细胞的成骨分化。
[0005]但在目前应用骨组织工程治疗骨缺损的研究中，针对缺氧微环境，缺乏实时调控长期释放氧气的材料，用来改善种子细胞乏氧，帮助骨修复；针对高浓度活性氧微环境，缺乏实时调控生物活性药物释放的材料，用来提高种子细胞抗氧化能力，帮助骨修复。因此，有必要开发一种能调控氧气及含硒化合物长期释放的生物材料以促进骨修复。

技术实现思路

[0006]基于现有技术存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种水凝胶制备材料、水凝胶材料及其制备方法与应用，该水凝胶材料具有超声响应功能，能够在超声辅助下调控氧气和含硒化合物的长期释放，有效促进骨修复。
[0007]为了达到上述目的，第一方面本申请提供了一种水凝胶制备材料，包括水凝胶基体前驱体、第一复合材料、光引发剂和水；
[0008]所述第一复合材料包括第二复合材料和含硒化合物，所述含硒化合物分布在所述第二复合材料至少部分表面；
[0009]所述第二复合材料包括第三复合材料和包覆在所述第三复合材料表面的二氧化
硅；
[0010]所述第三复合材料包括聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物(PLGA)和包覆在所述聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物表面的液体氟碳化合物；
[0011]所述液体氟碳化合物中负载有氧气。
[0012]所述水凝胶制备材料凝胶化形成的水凝胶材料具有超声响应功能，在超声辅助下能够有效应对骨缺损微环境中缺氧及高浓度活性氧的不利微环境。所得水凝胶材料，一方面在超声辅助下能够长期调控氧气释放，提高骨缺损局部氧浓度，改善骨髓间充质干细胞乏氧问题，增强其活性；另一方面，在超声辅助下还可以长期调控含硒化合物的释放，通过调节骨髓间充质干细胞中抗氧化硒蛋白上调，增强其抗氧化能力，激活β
‑
catenin通路，上调关键成骨转录因子RunX2，促进干细胞成骨分化。所得水凝胶材料在超声辅助下，能通过上述两方面的作用，能够有效促进骨修复。
[0013]所得水凝胶材料通过将第一复合材料负载在水凝胶基体上，一方面能够延长氧气和含硒化合物的缓释时间，另一方面能作为载体，易于填充在骨缺损处。
[0014]所得水凝胶材料通过将含硒化合物负载在第二复合材料表面，使超声控制氧气的释放的时候，能利用释放的氧气将含硒化合物冲下来，有利于含硒化合物的释放。
[0015]所述水凝胶制备材料在使用时，可通过注射等方法引入到骨缺损处，经光照凝胶化，再经超声处理，缓释氧气和含硒化合物。
[0016]在一实施例中，所述第一复合材料的量为所述水凝胶制备材料的量的0.1％
‑
0.5％(w/v)。在计算该比例时，所述第一复合材料的量的单位为g，所述水凝胶制备材料的量的单位为mL，其他类似计算同理。
[0017]在一实施例中，所述含硒化合物和所述第一复合材料的比例为34μmol:1mg。
[0018]第二方面，本申请提供了一种水凝胶材料，包括水凝胶基体和第一复合材料；
[0019]所述第一复合材料负载在所述水凝胶基体中；
[0020]所述第一复合材料包括第二复合材料和含硒化合物，所述含硒化合物分布在所述第二复合材料至少部分表面；
[0021]所述第二复合材料包括第三复合材料和包覆在所述第三复合材料表面的二氧化硅；
[0022]所述第三复合材料包括聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物(PLGA)和包覆在所述聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物表面的液体氟碳化合物；
[0023]所述液体氟碳化合物中负载有氧气。
[0024]所述水凝胶材料具有超声响应功能，在超声辅助下能够有效应对骨缺损微环境中缺氧及高浓度活性氧的不利微环境。所述水凝胶材料，一方面在超声辅助下能够长期调控氧气释放，提高骨缺损局部氧浓度，改善骨髓间充质干细胞乏氧问题，增强其活性；另一方面，在超声辅助下还可以长期调控含硒化合物的释放，通过调节骨髓间充质干细胞中抗氧化硒蛋白上调，增强其抗氧化能力，激活β
‑
catenin通路，上调关键成骨转录因子RunX2，促进干细胞成骨分化。所述水凝胶材料在超声辅助下，能通过上述两方面的作用，能够有效促进骨修复。
[0025]所述水凝胶材料通过将所述第一复合材料负载在所述水凝胶基体上，一方面能够延长氧气和含硒化合物的缓释时间，另一方面能作为载体，易于填充在骨缺损处。
[0026]所述水凝胶材料通过将含硒化合物负载在所述第二复合材料表面，使超声控制氧气的释放的时候，能利用释放的氧气将含硒化合物冲下来，有利于含硒化合物的释放。
[0027]在一实施例中，所述第一复合材料的量为所述水凝胶基体的量的0.1％
‑
0.5％(w/v)。
[0028]在一实施例中，所述含硒化合物和所述第一复合材料的比例为34μmol:1mg。
[0029]在一实施例中，所述第一复合材料中氧气的质量含量为0.16％。
[0030]在一实施例中，所述第一复合材料为纳米材料。所述第一复合材料为至少在一个维度上尺寸小于100nm的材料。
[0031]在一实施例中，所述含硒化合物包括硒代胱氨酸(SeC)、硒代蛋氨酸、硒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶制备材料，其特征在于，包括水凝胶基体前驱体、第一复合材料、光引发剂和水；所述第一复合材料包括第二复合材料和含硒化合物，所述含硒化合物分布在所述第二复合材料至少部分表面；所述第二复合材料包括第三复合材料和包覆在所述第三复合材料表面的二氧化硅；所述第三复合材料包括聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物和包覆在所述聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物表面的液体氟碳化合物；所述液体氟碳化合物中负载有氧气。2.一种水凝胶材料，其特征在于，包括水凝胶基体和第一复合材料；所述第一复合材料负载在所述水凝胶基体中；所述第一复合材料包括第二复合材料和含硒化合物，所述含硒化合物分布在所述第二复合材料至少部分表面；所述第二复合材料包括第三复合材料和包覆在所述第三复合材料表面的二氧化硅；所述第三复合材料包括聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物和包覆在所述聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物表面的液体氟碳化合物；所述液体氟碳化合物中负载有氧气。3.如权利要求2所述的水凝胶材料，其特征在于，所述第一复合材料的量为所述水凝胶基体的量的0.1％
‑
0.5％(w/v)。4.如权利要求2所述的水凝胶材料，其特征在于，所述含硒化合物和所述第一复合材料的比例为34μmol:1mg。5.如权利要求2所述的水凝胶材料，其特征在于，所述第一复合材料中氧气的质量含量为0.16％。6.如权利要求2所述的水凝胶材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一条：(1)所述第一复合材料为纳米材料；(2)所述含硒化合物包括硒代胱氨酸、硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸中的至少一种；(3)所述液体氟碳化合物包括全氟溴辛烷、全氟己烷中的至少一种；(4)所述水凝胶基体包括甲基丙烯酸酰化明胶水凝胶、海藻酸钙水凝胶中的至少一种，其中甲基丙烯酸酰化明胶水凝胶的氨基取代度为90
±
5％。7.一种如权利要求1所述的水凝胶制备材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将季铵盐表面活性剂溶解于第一水中，得到A液；将聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物溶解于挥发性溶剂中，再加入液体氟碳化合物，混合均匀，得到B液；将所述B液滴入所述A液中，超声乳化，得到C液；将所述C液中的所述挥发性溶剂挥发除去，固液分离，清洗，得到表面包覆液体氟碳化合物的聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物；将表面包覆液体氟碳化合物的聚乳酸
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羟基乙酸共聚物分散于第二水中，置于氧气气氛下和/或向所述第二水中通入氧气以使液体氟碳化合物吸收氧气，再加入醇溶剂，分散，然后加入氨水，继续...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红梅，陈填烽，许仁豪，尤媛媛，何燕妮，许智莉，
申请(专利权)人：广东省第二人民医院广东省卫生应急医院，
类型：发明
国别省市：