[发明专利]化学交联水凝胶及其微球、制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种化学交联水凝胶及其微球、制备方法与应用。本发明的化学交联水凝胶为蚕丝蛋白水凝胶，交联剂为二缩水甘油醚类交联剂；水凝胶是通过蚕丝在溴化锂溶液中溶解，经由二缩水甘油醚类化学交联剂交联得到。本发明的水凝胶具有良好的弹性，并在20％压缩下压缩100循环，可恢复超过90％的体积/高度；蚕丝蛋白基质结构和力学性质非常稳定，在37℃PBS中孵育30天，蚕丝蛋白二级结构中β‑折叠含量≤40％，压缩模量变化≤100％(20％压缩)。本发明的水凝胶具有良好的生物相容性和可调控的生物降解性，可用于受试者修复或者填充组织。

技术领域

本发明涉及一种化学交联水凝胶及其微球、制备方法与应用，属于材料技术领域。

背景技术

组织填充剂是修复组织先天性缺陷、创伤缺陷和术后缺陷的重要材料。近年来，以医疗和医美为目的的填充逐渐被大众广泛接收，随之而来的是市场需求的急剧扩大，然而，目前组织填充剂注射频率高且价格昂贵，其中主要有以下几个方面原因：水凝胶制备方法，工艺交联效率低导致的材料体内降解时间短，产品生产成本高；基质原料相对单一，主要以透明质酸和胶原为主，其中交联透明质酸钠占绝大多数市场份额；产品凝胶块界面应力较大，容易引起炎症反应。因此，寻找一种新型高效交联、界面圆润水凝胶球及其制备方法是解决目前组织填充剂领域材料需求和成本降低的关键。

蚕丝蛋白来源广泛，具有良好生物相容性、可调节力学性质和可调节降解性质，被广泛应用于生物医用材料研究，目前已有产品获得FDA和CFDA批准。蚕丝蛋白可以经过简单的温度、pH、超声处理、剪切力、表面活性剂以及阳离子试剂(例如Ca²⁺和K⁺离子)等处理形成物理交联水凝胶，但物理交联过程难以控制，凝胶硬度高而韧性不足。多种化学交联蚕丝蛋白水凝胶被报道，包括辣根过氧化物酶(含仿生酶)催化过氧化氢反应、紫外光照射核黄素、伽玛射线辐照等产生的超氧根离子介导的蚕丝蛋白分子内酪氨酸之间形成双酪氨酸和三酪氨酸结合体，但蚕丝蛋白分子内酪氨酸含量较低(约5％)，对蚕丝蛋白分子二级结构稳定性作用有限，该凝胶随时间推移，二级结构中α-螺旋和无规则卷曲结构逐渐转变为β-折叠，从而失去新制备化学交联水凝胶的弹性和透光性等性质。此外辣根过氧化物酶(含仿生酶)在内体会引起免疫反应和代谢紊乱。多聚甲醛可以与蚕丝蛋白分子中赖氨酸的氨基和酪氨酸的酚基反应形成化学交联水凝胶，但多聚甲醛的细胞毒性限制了它的应用。京尼平是一种天然的交联剂，可以通过赖氨酸和精氨酸反应形成化学交联水凝胶，但赖氨酸和精氨酸在蚕丝蛋白的组成中所占的百分比较低，每种氨基酸约为0.6mol％，导致交联效率并不高。

1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)为代表的二缩水甘油醚类交联剂作为FDA批准的交联剂，具有低毒性(相对于二乙烯基砜，DVS)、可生物降解的性能，在一定条件下与游离羟基和羧基形成稳定的共价醚键，在交联透明质酸可注射凝胶中广泛应用，如WO2017001056A1，WO2014206701A1，Dermatol Surg.2013Dec；39(12):1758–1766.A Reviewof the Metabolism of 1,4-Butanediol Diglycidyl Ether–Crosslinked HyaluronicAcid Dermal Fillers等。假设BDDE可以与蚕丝蛋白分子内含游离羟基氨基酸(丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等)，含量约19.47％，和游离含羧基氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸等)，含量约2.52％，及其分子C端羧基，发生交联反应，可以将丝素蛋白分子牢牢锁住，形成较利用含量约5％的酪氨酸的HRP凝胶二级结构和力学性质更加稳定的化学交联水凝胶。这对丝素蛋白材料的研究和应用均非常重要。但发明人未检索到使用BDDE作为交联剂交联纯蚕丝蛋白形成水凝胶的报道。专利US20140315828A1中报道了可以采用BDDE交联HA的方法将蚕丝蛋白和HA共交联形成复合水凝胶，但未提及BDDE交联纯再生蚕丝蛋白形成水凝胶，而发明人团队根据该专利方法，在碱性环境下(0.25M NaOH溶液)BDDE无法交联纯再生蚕丝蛋白形成水凝胶。

发明内容