生物-合成基质及其用途制造技术

一种包含水凝胶的生物－合成基质，其通过将合成聚合物与生物－聚合物进行交联而形成。所述基质是坚固、生物相容且是非细胞毒性的，并且能够在体内支持细胞向内生长。所述基质还可经改造以进一步包含一或多种生物活性剂。所述基质还包含包裹或分散于其中的细胞，所述细胞能在将所述基质置于体内时增殖。还提供了制备所述生物合成的基质的方法以及所述基质在体内组织改造或药物递送中的用途。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及组织改造(tissue engineering)领域，并具体涉及包含适合体内使用的水凝胶的生物-合成基质(bio-synthetic matrix)。
技术介绍
组织改造是快速发展的领域，其包含许多以取代或恢复组织和器官功能为目的的技术。组织改造中的重要目的是通过利用可整合到现存组织中的物质而使缺陷组织再生，从而恢复正常组织功能。因此组织改造需要这样的材料，其可支持细胞过度生长，向内生长(in-growth)或进行包裹(encapsulation)，以及在很多情况下支持神经再生。聚合物组合物在组织改造中有广泛的用途。天然生物-聚合物例如胶原蛋白，纤维蛋白，藻酸盐(酯)和琼脂糖已知是非细胞毒性的并且支持生活细胞的过度生长，向内生长和进行包裹。然而来自天然聚合物的基质通常不够坚固(robust)因此不能用于移植。反之，从合成聚合物制备的基质可以配制成显示预定的物理性质例如凝胶强度，以及生物性质例如降解能力。关于天然聚合物的合成类似物例如聚赖氨酸，聚(乙烯亚胺)等能显示细胞毒效应的报导(Lynn & Langer，J.Amer.Chem.Soc.，12210761-10768(2000))导致了用于组织改造的可选合成共聚物的发展。水凝胶是交联的，水不溶性的，含水的聚合物，其提供了良好的生物相容性并且诱导血栓，结壳以及炎症的倾向降低，并由此为用于组织改造的理想候选物。水凝胶在细胞生物学中的应用是已知的(见例如，A.Atala和R.P.Lanza编辑，“Methods in Tissue Engineering”Academic Press，San Diego，2002)。已经描述了各种用于体内的水凝胶(见例如Jeong等，Adv.Drug Deliv.Rev.，5437-51(2002)的综述)。例如，基于N-异丙基丙烯酰胺(NiPAAm)的水凝胶以及其特定共聚物是非毒性的并能够在体外支持所包裹的细胞的生长(Vernon等，Macromol.Symp.，109155-167(1996)；Stile等，Macromolecules，327370-9(1999)；Stile等，Biomacromolecules 3591-600(2002)；Stile等，Biomacromolecules 2185-194(2001)；Webb等，MUSC Orthopaedic J.，318-21(2000)；An等，美国专利6,103,528)。已描述将温度敏感的NiPAAm聚合物用于免疫分析中(美国专利4,780,409)。然而，尽管对合成条件进行操纵和增强对生物相容性的改善，仍然难以获得密合的宿主植入物界面并实现将水凝胶植入物整合入宿主(Hicks等，SurvOphthalmol.42175-189(1997)；Trinkaus Randall和Nugent，J.ControlledRelease 53205-214(1998))。已有关于利用第二天然衍生的聚合物修饰合成聚合物凝胶以产生互相贯穿的聚合物网络(“IPN”)结构的报道(例如，见Gutowska等，Macromelecules，27；4167(1994))；Yoshida等，Nature 374240(1995)；Wu&Jiang，美国专利6,030,634；Park等，美国专利6,271,278)。然而，这些结构的稳定性通常在通过培养基和通过生理液进行天然衍生成分的提取时被破坏。天然衍生聚合物在体内也倾向于快速发生生物降解从而导致体内植入物的稳定性被破坏。也描述了包含交联的聚合物组合物的更稳定的水凝胶。例如美国专利6,388,047描述了含有亲水大分子单体和亲水聚合物的组合物，其中的组分通过自由基聚合反应相互交联而形成水凝胶。美国专利6,323,278描述了一种交联的聚合物组合物，其可在原位形成并包含两种合成聚合物，一种含有多个亲电子的基团而另一个含有多个亲核基团。美国专利6,388,047和6,384,105都描述了必须通过自由基化学法进行交联的系统，这需要利用已知为细胞毒性的引发剂(偶氮化合物，过硫酸盐(酯))，如果所述水凝胶用于组织或用于包裹细胞则可产生副作用。美国专利6,384,105描述了可注射的、可生物降解的聚合物合成物，其包含聚(丙烯延胡索酸酯)和聚(乙二醇)-二甲基丙烯酸酯，其可以进行原位交联。本专利中所述的水凝胶主要基于具有聚环氧乙烷骨架聚合物的聚合物。虽然这些聚合物已知是生物相容的，其支持细胞生长的能力是不确定的。美国专利6,566,406描述了生物相容的交联水凝胶，其从具有能在原位进行反应和交联的亲电子和亲核基团的水可溶性前体形成。所述前体被描述为聚烯化氧(polyalkylene oxide)和交联物。如上所述，聚烯化氧骨架聚合物支持细胞生长的能力是不确定的。因此仍需要改良的基质，其是生物相容的、足够坚固以作为植入物起作用，并可在体内支持细胞生长。提供该
技术介绍
是为了公开本申请人认为与本专利技术可能有关的信息。无需承认或不应理解为任何前述信息构成与本专利技术相抵触的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供生物-合成基质及其用途。根据本专利技术的一个方面，提供了适合制备生物-合成基质的合成共聚物，其包含一或多种N-烷基或N，N-二烷基取代的丙烯酰胺共聚单体，一或多种亲水性共聚单体以及经衍生含有能交联生物活性分子的侧(pendant)活性部分的一或多种丙烯酰基-或甲基丙烯酰基-羧酸共聚单体，所述合成共聚物的数均分子量为约2,000-约1,000,000。本专利技术另一方面涉及生物-合成基质，其包含合成共聚物，生物-聚合物和含水溶剂，其中所述合成共聚物和生物-聚合物相互交联而形成水凝胶。本专利技术另一方面涉及所述生物-合成基质作为组织再生中的支架的用途，其可用于取代动物中破坏的或去除的组织或包裹手术植入物。本专利技术另一方面涉及一种组合物，其包含一或多种生物活性剂或多个细胞；本专利技术的合成共聚物；生物-聚合物；和含水溶剂。本专利技术另一方面涉及用于组织改造中的包含预形成的生物-合成基质的植入物，所述基质包含含水溶剂和与本专利技术的合成共聚物交联的生物-聚合物。本专利技术另一方面涉及所述植入物作为人工角膜的用途。本专利技术另一方面涉及制备合成共聚物的方法，包括(a)在引发剂存在的条件下，将一或多种N-烷基或N，N-二烷基取代的丙烯酰胺共聚单体，一或多种亲水性共聚单体以及经衍生含有侧(pendant)交联部分的一或多种丙烯酰基-或甲基丙烯酰基-羧酸共聚单体分散在溶剂中；(b)使得所述N-烷基或N，N-二烷基取代的丙烯酰胺共聚单体，亲水性共聚单体以及丙烯酰基-或甲基丙烯酰基-羧酸共聚单体发生聚合以形成合成共聚物，和(c)可选地纯化所述合成共聚物；制备生物-合成基质的方法，包括制备合成共聚物，将所述合成共聚物以及生物共聚物分散到含水培养基中，并使得所述合成共聚物和生物聚合物发生交联以提供生物-合成基质。附图简述附图说明图1描述了根据本专利技术一个实施方案的三元共聚物的一般结构，所述三元共聚物包含N-异丙基丙烯酰胺(NiPAAm)，丙烯酸(AAc)和N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺(ASI)。图2表示根据本专利技术一个实施方案将从生物-合成基质制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成共聚物，其包含一或多种Ｎ－烷基或Ｎ，Ｎ－二烷基取代的丙烯酰胺共聚单体，一或多种亲水性共聚单体和经衍生而含有侧可交联部分的一或多种丙烯酰基－或甲基丙烯酰基－羧酸共聚单体，所述合成共聚物的数均分子量为约２，０００－约１，０００，０００。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梅格里菲斯，戴维J卡尔森，李凤富，
申请(专利权)人：渥太华健康研究所，加拿大国立研究院，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]