[发明专利]治疗骨科疾病的可注射水凝胶微球及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种用于治疗骨科疾病的可注射水凝胶微球及制备方法和应用，其以水凝胶微球作为基质，将具有增强生物反应活性的物质掺入水凝胶微球中，采用微流控技术和光化学交联反应制备得到功能化的水凝胶微球；其中，所述骨科疾病包括难治性骨愈合或骨关节炎；所述具有增强生物反应活性的物质包括富勒醇纳米晶体、负载有KGN的脂质体、由多巴胺甲基丙烯酰胺与磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯得到的共聚物中的任一种。本发明提供的制备方法简单，制得的微凝胶材料能够有效清除ROS，为间充质干细胞的存活创造良好的微环境，促进间充质干细胞的成骨分化；同时还能提高药物负载的稳定性，实现药物的控制释放，能够起到很好治疗和修复骨科疾病的作用。

技术领域

本发明属于生物医学材料技术领域，涉及一种微凝胶材料，具体涉及一种用于治疗骨科疾病的可注射水凝胶微球及其制备方法与应用。

背景技术

骨科疾病是人们经常面临的一种临床性病症，例如恢复大量的骨质流失和缺陷即是现代骨科面临的挑战，在衰老和其他疾病(例如糖尿病或骨质疏松症)的情况下，这种骨科疾病修复的困难会加剧，这使难治性骨质修复成为极为棘手的医疗问题，严重危害着全球个人的健康。另外，骨关节炎(OA)也是常见的一种骨科疾病，其是一种使人衰弱的关节疾病，它的发病率随着年龄的增长而增加，主要表现为持续的疼痛和行动不便，这严重损害了个人的身体机能和生活质量。

广大学者对于骨科常见疾病的治疗方法进行了大量研究，目前，间充质干细胞(MSC)移植是骨组织工程最有前途的方法之一。然而MSC的低递送效率和移植部位的低保留率阻碍了其临床应用。有学者发现，在难治性大量骨质流失和严重骨缺损情况下，会发生氧化应激诱导产生过量的ROS，从而破坏氧化还原平衡，进而导致干细胞的结构损伤和功能障碍。由于大块水凝胶中的细胞之间的距离欠佳且小分子物质扩散程度较低，导致细胞缺乏足够的营养，细胞之间缺乏必要的相互作用，这些都不利于细胞的存活和功能发挥。另外，尽管可以通过利用剪切稀化交联方式实现大块水凝胶注射，但在注射过程中产生的剪切力也会损害细胞活力。

目前，通过关节内注射递送药物，增加局部药物浓度，减少全身不良反应，是OA治疗中最具吸引力的方法之一。然而，大多数药物的递送效率不高，且在关节中的保留时间短。重复给药会严重削弱该药的功效，并增加不良事件(例如关节内出血、感染以及全身性副作用)的发生率。尽管止痛药和抗炎药(例如皮质类固醇和透明质酸)可以缓解OA症状，但它们不能逆转OA的进展。目前，在临床前阶段广泛研究的基于干细胞的疗法有望治疗OA。但是水溶液中的药物剂量相对较低，这严重降低了临床中关节内注射药物的递送效率。

显然，以上问题可以通过制作水凝胶微球来解决。通过水凝胶微球递送干细胞为组织工程提供了一种极有潜力的策略，与大块水凝胶相比具有显著优势，比如灵活的可注射性和更好的细胞存活微环境。这些水凝胶微球具有大的表面积与体积之比，可以改善营养物质的转移和细胞-细胞/与细胞-基质之间的接触，从而促进种植细胞的长期存活和生长。更重要的是，使用水凝胶微球进行细胞递送可以降低细胞注射过程中剪切力的损害。由于这些优点，水凝胶微球目前在生物医学应用中引起了极大的关注。然而，疾病状态下的ROS微环境不仅损害机体固有干细胞的再生潜能，而且降低了骨缺损区种植的干细胞的治疗效果。产生的过量ROS或者抗氧化剂不足使得这些骨缺损难以愈合。因此，对于难治性骨愈合的治疗，迫切需要新的策略来优化干细胞递送，从而促进ROS微环境中的骨再生。

微流体是指体积在10^-18～10^-9的流体，使用的通道尺寸从几十到几百μm不等，近十几年来，微流体技术的化学合成和材料合成技术得到迅猛发展。自2005年起研究发现采用乳化法能够制备各种具有不同组成的单分散片状聚合物颗粒，先将单体与光引发剂及各种添加剂混合，再乳化，或固化液滴前驱体，或直接由光引发聚合，可以合成微凝胶，其颗粒粒径在几十纳米到几百微米之间，比液滴的直径小5％～10％。