[发明专利]一种超分子水凝胶及其制备方法和应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种生物医用材料领域，具体涉及一种可用做基因载体的超分子水凝胶及其制备方法和应用。

 

背景技术

基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病以达到治疗目的，是目前用于癌症以及先天性免疫系统疾病治疗的一种有效方法。该技术实施的关键是选择合适的基因载体及基因导入方法，进而使基因能够在细胞中获得安全、高效、可控且稳定的表达。水凝胶作为一类可用作药物载体的生物医用材料，具有负载率高、可保护大分子药物免受生物体的降解或清除、以及对药物分子的可持续释放等特性，近年来已被研究用于基因的负载和控释。例如， Kasper等以聚乙二醇修饰的延胡索酸酯为原料、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通过自由基聚合制备得到一类化学凝胶，该类凝胶通过溶胀作用负载基因，DNA的释放速率可通过聚乙二醇重均分子量的改变来调节（Journal of Controlled Release 2005 , 104: 521-539）。Shea等则通过光聚合反应，将DNA/PEI（聚乙烯基亚胺）复合物包埋于由双键修饰的聚乙二醇与透明质酸形成的水凝胶基质中，并通过改变原料配比调节凝胶强度和DNA的释放速率（Journal of Controlled Release 2007, 120: 233-241）。Hu等首先将DNA与PEI复合得到纳米复合物，然后再将该纳米复合物负载于葡聚糖基水凝胶基质中。由于凝胶基质的控释作用，该材料具有持续转染的效果，且在血清中仍保持了良好的基因传递能力（Journal of Materials Chemistry 2009, 19: 3189-3197）。然而，这些水凝胶基因载体的形成通常离不开高温、化学交联剂或光引发剂的使用，不利于保持被包埋基因的生物活性以及材料的生物相容性。

中国发明专利（专利号为：ZL200910213939.5）公开了一种新型超分子水凝胶基因载体，以Pluronic F-68为引发剂合成得到线性聚乙二醇—聚赖氨酸嵌段聚合物，然后再与α-环糊精组装得到水凝胶载体材料。但是该凝胶材料的基因转染效率很低，其最高实施例不超过20%，实际应用价值不大；且材料的设计较繁琐，合成步骤较多。

综上所述，如何在温和条件下方便地构建高效水凝胶基因载体材料，便成为当前生物医学工程领域亟待解决的重要课题。

 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种超分子水凝胶的制备方法，其以α-环糊精为主体、通过主客体组装作用制备可用做基因载体的超分子水凝胶，制备条件温和、对温度和浓度要求较低、产品的转染效率高；另外，凝胶强度可通过聚合物浓度或者环糊精浓度来调节，操作方便，具有触变性，可作为一类新型的可注射凝胶应用于大分子药物的负载和释放。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超分子水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：

1）聚乙二醇修饰的阳离子共聚物的合成；

2）将0.2～0.8 μg/mL的核酸溶液与质量百分比浓度为8～20%的聚乙二醇修饰的阳离子共聚物溶液混合均匀，室温条件下静置，得到共聚物/核酸复合物溶液；

3）向步骤2）所得的共聚物/核酸复合物溶液中加入等体积质量浓度为10～20%的α-环糊精溶液，搅拌混合均匀，室温条件下静置，得到超分子水凝胶基因载体材料。

优选地，步骤1）中核酸溶液的浓度为0.5μg/mL。

优选地，步骤1）中聚乙二醇修饰的阳离子共聚物的合成方法为：

a、聚乙二醇类聚合物的活化

将干燥的聚乙二醇类聚合物溶解于二氯甲烷与吡啶的混合溶液中，加入对甲基苯磺酰氯，室温条件下避光反应，反应结束后，反应液用等体积的氯化氢溶液进行萃取，有机层用碱进行中和、过滤，旋转蒸发除去二氯甲烷后得到聚乙二醇-对甲苯磺酸酯；

b、聚赖氨酸接枝聚乙二醇共聚物的合成

将聚乙二醇-对甲苯磺酸酯与聚赖氨酸溶解于去离子水中，于40～50 ℃条件下进行反应，反应结束后将混合物冷却至室温，在纯水中透析3天，得到的聚乙二醇修饰的阳离子共聚物为聚赖氨酸接枝聚乙二醇共聚物。

优选地，步骤1）中聚乙二醇修饰的阳离子共聚物的合成方法为：

a、聚乙二醇类聚合物的活化