[发明专利]一种水凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料制备领域，具体提供了一种短肽，所述短肽序列为：（精氨酸‑丙氨酸‑天冬氨酸‑丙氨酸）₄‑异亮氨酸‑赖氨酸‑异亮氨酸‑赖氨酸‑异亮氨酸‑赖氨酸‑缬氨酸‑丙氨酸‑缬氨酸。本发明同时提供了将短肽配置成短肽水溶液自组装形成所述的水凝胶材料，该材料是在RADA16‑I序列的基础上，连接多个酸性和碱性氨基酸，通过非共价键作用结合形成。本发明制备的水凝胶材料有促进神经细胞轴突伸展和神经再生的功能，材料生物相容性好，可实现原位负载细胞/活性分子以及体内原位注射，对神经再生及修复具有显著效果，在包括神经细胞在内的细胞三维培养、组织工程生物支架材料和药物载体领域，具有广阔的应用前景和临床价值。

技术领域

本发明属于材料制备领域，更具体地，涉及一种水凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

三维多孔纳米支架能够模仿天然细胞外基质结构，为细胞生长提供支持，广泛应用于生物医学、组织工程学等研究领域。几乎所有的组织细胞在体内都是在三维条件下生长，细胞被包裹在由胶原纤维作为主要成分组成的纳米纤维水凝胶之中，此外，细胞外基质中还含有大量的不溶性基质蛋白和可溶性生长因子。但目前研究中细胞培养技术中所采用的大多都是二维培养，即细胞在培养板或者培养皿上进行培养，这与体内生长环境相差较大，影响细胞生长，甚至会引起细胞基因或者功能变化。如何体外构建具有模仿天然细胞外基质结构和功能的人工支架材料，为细胞提供三维生长环境一直是生物、医学以及材料工程领域基础研究和产品开发的热点。

自组装短肽RADA16-I是4个重复的精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸序列，即（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄，当其水溶液调节至pH=7时会形成由纳米纤维网络构成的水凝胶，与天然细胞外基质结构很相似，作为组织工程支架、药物载体和止血材料在生物医学工程领域有广泛的应用，是自组装短肽水凝胶材料的典型代表。但是一个显著的缺点是该材料水溶液具有明显的酸性(pH=3～4)，不能与细胞悬液和活性分子直接混合原位成凝胶，即很难实现细胞包埋在RADA 16-I水凝胶中进行三维生长。

目前关于细胞培养的报道仍是采用先制备水凝胶然后在其表面种植细胞的二维培养模式，不能实现真正的三维细胞培养。而将该材料直接注射体内修复损伤和用于止血时较低的pH会对宿主组织造成损害。自1993年首次报道该材料以来，人们对RADA16-I进行了大量的研究，但是对于其酸性的缺点仍不能有效解决。

发明内容

本发明根据目前自组装水凝胶材料中的不足，提供了一种水凝胶材料。

本发明的另一目的在于提供上述水凝胶材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述水凝胶材料的应用。

本发明的技术目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种短肽，所述短肽序列为：（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄-异亮氨酸-赖氨酸-异亮氨酸-赖氨酸-异亮氨酸-赖氨酸-缬氨酸-丙氨酸-缬氨酸。

本发明同时保护包含所述短肽的水凝胶材料。

本发明所提供的水凝胶材料，是短肽先与碱液混合，再与缓冲液混合后，在中性pH条件下自组装形成，该短肽是在RADA16-I 序列的基础上，连接多个酸性和碱性氨基酸，然后通过非共价键作用结合形成具有特定功能的多肽水凝胶材料。

本发明是以低分子量自组装短肽为基础的水凝胶，为细胞三维生长提供空间，用于构建组织工程支架。本材料可在常温中性pH条件下形成纳米纤维水凝胶，模仿了天然细胞外基质结构，具有良好的理化性能和生物相容性，支持细胞三维生长，满足组织工程支架的要求，而且可负载活性分子药物，例如生长因子、短肽药物。可广泛应用于软骨、血管、神经、皮肤等人工器官的再生和损伤的修复。