[发明专利]一种可生物还原的透明质酸/聚(Nε‑丙烯酰基‑L‑赖氨酸)双网络水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种可生物还原的透明质酸/聚(N_ε-丙烯酰基-L-赖氨酸)双网络水凝胶及其制备方法。

背景技术

与体内三维环境中的细胞相比，利用传统培养板进行二维培养的肿瘤细胞，在细胞形态、生长增殖、基因表达、对外源信号应答等方面均有所变化，难以客观、真实的反映体内细胞的生长行为和功能。究其原因主要是，二维培养环境无法准确为细胞提供体内细胞所处的三维微环境，无法完全重现体内细胞/细胞间和细胞/基质间的相互作用，造成两种环境下培养细胞生长行为和功能的明显差异。因此，为更大程度地模拟肿瘤细胞体内环境，利用水凝胶和多孔支架材料实现肿瘤细胞的三维培养，在体外构建肿瘤三维模型，有望更准确地模仿体内肿瘤细胞生物学行为、揭示肿瘤发生发展机制以及评价肿瘤药物疗效等。目前，三维细胞培养正逐渐成为抗肿瘤治疗研究的主要技术手段。相对于刚性较大的聚酯类生物材料制备的泡孔状和纤维状结构支架，水凝胶在构建软组织肿瘤模型中更具优势，主要体现在能原位包埋细胞、模量调节范围大、孔径适合、透光性好、可无损害或最小损害方式注射至体内等，可始终维持细胞/细胞间和细胞/基质间良好的接触，是真正意义上的三维培养[Seliktar D.Designing cell-compatible hydrogels for biomedical applications.Science,2012,336:1124-1128]。

透明质酸是人体细胞外基质的主要成分之一，由其形成的水凝胶具有优异的生物相容性、高吸水性、可生物降解性等性能，微观结构和理化性质与细胞外基质高度相似，可为细胞提供理想的三维生长环境，近年来在生物医用材料领域受到广泛关注。已有研究表明，透明质酸水凝胶能够支持细胞生长，维持细胞正常表型、活性、增殖、迁移和分化等行为，并且这些生长行为与水凝胶微观结构和力学性能密切相关[Lawyer T,Mcintosh K,Clavijo C,et a1.Formulation changes affect material properties and cell behavior in HA-based hydrogels.International Journal Cell Biology,2012,2012:Article ID737421,pp1-9]。水凝胶黏弹性行为反映其强度大小和内部结构稳定性好坏，决定水凝胶能否为细胞生长提供一个理想的微环境，并对细胞生长行为具有重要影响。然而，单纯的透明质酸水凝胶存在如下不足，如力学性能差、体内降解速度过快等，难以满足细胞三维培养的性能要求。因此，利用其他材料复合改性透明质酸水凝胶就成为研究的重点，如利用硫酸软骨素或壳聚糖改性透明质酸制备的复合水凝胶，可显著改善力学性能和降低降解速度等[Ni YL,Tang ZR,Cao WX,et al.Tough and elastic hydrogel of hyaluronic acid and chondroitin sulfate as potential cell scaffold materials.International Journal of Biological Macromolecules,2015,74:367-375；Kaderli S,Boulocher C,Pillet E,et al.A novel biocompatible hyaluronic acid-chitosan hybrid hydrogel for osteoarthrosis therapy.International Journal of Pharmaceutics,2015,483:158-168]。赖氨酸是人体必需氨基酸之一，为碱性氨基酸，能够促进细胞的粘附和生长。近几年，以赖氨酸及其衍生物为原料合成的多肽材料和侧链为赖氨酸的聚合物材料，在生物医学领域受到关注[Johnson NR,Ambe T,Wang YD.Lysine-based polycation:heparin coacervate for controlled protein delivery.Acta Biomaterialia,2014,10:40-46；Lyu SRy,Kuo YC,Ku HF,et al.Cryopreserved chondrocytes in porous biomaterials with surface elastin and poly-l-lysine for cartilage regeneration.Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2013,103:304-309]。其中，制备含赖氨酸或其衍生物的水凝胶是一个比较有前景的发展方向，但这类水凝胶脆性大、易破碎。