一种用于骨修复的水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于骨修复的水凝胶，包含如下重量份的组分：羧甲基壳聚糖‑无定形磷酸钙1～3份、甲基丙烯酸酐化明胶0.5～1份、地塞米松0.1～0.2份。本发明专利技术将羧甲基壳聚糖(CMCh)与无定形磷酸钙(ACP)复合制备纳米材料，然后将其与甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)混合，在紫外光照的条件下形成CMCh‑ACP/GelMA水凝胶；同时负载地塞米松(Dex)，使其缓慢释放，解决Dex的突然释放可能会导致软组织水肿、炎症、血清和意外的骨形成的问题，从何促进骨形成。本发明专利技术的水凝胶中，CMCh‑ACP本身具有成骨诱导作用，在体外诱导MSCs中成骨调节因子和骨标志物的表达，同时抑制长期异位成骨过程中的骨吸收，本发明专利技术的水凝胶可以作为骨组织细胞为基础的骨组织的新型支架进一步开发。

Hydrogel for bone repair and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种用于骨修复的水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及一种用于骨修复的水凝胶及其制备方法，属于生物医学工程材料领域。
技术介绍
大尺寸骨缺损的治疗仍然是一个棘手的问题。自体骨移植和异体骨移植是骨缺损的两种主要治疗方法；然而，这两种方法对患者来说都有相当大的风险，例如明显的疼痛、骨折、骨不连和感染，生长因子缺损。有效的骨组织工程可以恢复因创伤和/或某些医疗条件而受损的骨和骨骼功能。骨是一种复杂的组织，通过细胞、生物力学和生物因子之间协调的相互作用而发挥作用。骨组织工程有望恢复因大段缺损、严重骨折不愈合和/或临床条件(包括癌症切除和细菌感染)而受损的骨和骨组织功能。每年大约有160万个骨移植在美国单独进行1次骨缺损修复。骨缺损和骨不连骨折的发病率和致残率给社会带来了巨大的社会经济负担。自体骨移植作为骨缺损修复的传统金标准，常伴随着供区并发症、骨组织重塑、恢复时间长、局部组织损伤大等多重限制。替代性同种异体骨移植可能引起宿主免疫应答或有传播疾病的风险。因此，有效的骨组织工程已成为骨缺损修复的一种有吸引力的替代方法。治疗药物的控制和长期给药，包括基于蛋白的生长因子、小分子药物、基因和生物活性离子，对于有效治疗许多病理疾病至关重要，用同一载体同时运递送这些性质迥异不同的制剂仍然具有挑战性。水凝胶具有独特的三维交联聚合物网络，包含广泛的化学成分和物理性质，在药物递送应用中得到广泛应用。然而，由于水凝胶中的载药分子具有固有的渗透性和有限的网络相互作用，通常是通过蛋白质类生长因子等大分子来实现持续传递，而小分子药物和生物活性离子的传递仍然是一个挑战。合成的糖皮质激素，如地塞米松(Dex)，被广泛运用在临床上用于抗炎和免疫抑制的小分子药物。然而，由于清除迅速，系统治疗通常需要长期和高剂量的糖皮质激素，这可能导致许多严重并发症，如骨质疏松或骨坏死。因此，开发局部递送和触发释放糖皮质激素的智能递送系统将大大提高治疗效果，同时减少副作用。此外，Dex也可以诱导间充质干细胞(MSCs)向成骨细胞系分化，因此被广泛用于干细胞为基础的骨再生。为了防止多种侵袭性治疗和简化临床程序，通常一个疗程需要大剂量的使用Dex。然而，由于体内缺乏可靠的递送方式，最初的爆裂释放可能导致过高的Dex局部浓度，这已被证明严重抑制骨形成和相关的骨生长。过量的Dex也可能抑制巨噬细胞的活动和早期免疫反应，这些问题突出了对能够在体内提供精确控制Dex的智能传输系统的强烈需求。壳聚糖是一种由甲壳素衍生的多聚阳离子线性多糖聚合物，可从贝类壳等可再生资源和海产品工业废弃物中容易获得。大量文献表明，壳聚糖具有良好的生物相容性、高生物降解性、低致敏性、抗菌和伤口愈合活性。但壳聚糖在中性和碱性介质中溶解度差，限制了其在医药和生物医学领域的直接应用。壳聚糖作为复合材料或水凝胶的各种化学改性使其功能性质得到了显著的扩展。本专利技术首先利用羧甲基壳聚糖(CMCh)和无定形磷酸钙(ACP)合成CMCh-ACP纳米粒子，然后将其与甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)混合，在外加光源的照射下，得到CMCh-ACP/GelMA水凝胶，并用该水凝胶负载小分子药物Dex，用于促进骨再生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种用于骨修复的水凝胶及其制备方法，该水凝胶具有生物相容性、生物可降解性、抗菌性和止血性。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种用于骨修复的水凝胶，所述水凝胶包含如下重量份的组分：羧甲基壳聚糖-无定形磷酸钙1～3份、甲基丙烯酸酐化明胶0.5～1份、地塞米松0.1～0.2份。本专利技术通过合成羧甲基壳聚糖(CMCh)稳定的无定形磷酸钙(ACP)纳米粒子，制备了复合纳米水凝胶CMCh-ACP杂化凝胶。与羟基磷灰石等磷酸钙的高度稳定晶相类似，ACP是形成骨和牙齿等复杂磷酸钙结构的生物前驱体，但具有良好的细胞附着能力，可高度生物降解，产生丰富的钙和磷酸盐，用于骨形成。然而，ACP是高度不稳定的，很容易转化为磷酸钙的其他稳定相。本专利技术利用一种常用的壳聚糖聚阴离子衍生物羧甲基壳聚糖(CMCh)来稳定ACP纳米团簇，并形成稳定的CMCh-ACP纳米颗粒壳聚糖及其衍生物具有生物相容性、生物可降解性、抗菌性和止血性。作为本专利技术所述水凝胶的优选实施方式，所述水凝胶包含如下重量份的组分：羧甲基壳聚糖-无定形磷酸钙2份、甲基丙烯酸酐化明胶0.8份、地塞米松0.15份。作为本专利技术所述水凝胶的优选实施方式，所述羧甲基壳聚糖-无定形磷酸钙的制备方法为：将磷酸氢二钾溶液滴加到二水氯化钙和羧甲基壳聚糖的预混合水溶液中，室温下搅拌，然后离心、冻干，低温储存待用。作为本专利技术所述水凝胶的优选实施方式，所述磷酸氢二钾溶液的浓度为1～20mM，所述二水氯化钙的浓度为10～40mM，所述羧甲基壳聚糖的浓度为1～40mM，所述磷酸氢二钾溶液与预混合水溶液的体积比为(1～20):1。作为本专利技术所述水凝胶的优选实施方式，所述搅拌速度量为500～1500r/min，所述搅拌时间为2～6h，所述冻干温度为-4℃，所述低温储存的温度为-80℃。作为本专利技术所述水凝胶的优选实施方式，所述羧甲基壳聚糖-无定形磷酸钙的制备方法为：将磷酸氢二钾(K2HPO4)溶液滴加到二水氯化钙(CaCl2·2H2O)和羧甲基壳聚糖(CMCh，脱乙酰度90％，SantaCruzBiotechnology，Inc.)的预混合水溶液中，在室温下搅拌，制备CMCh-ACP杂化纳米颗粒，最终分散液中氯化钙、磷酸钾和CMCh的浓度适宜，通过离心，在-4℃下冻干，并在-80℃下储存待用。所述磷酸氢二钾的浓度为1～20mM，优选为10mM；所述二水氯化钙的浓度为10～40mM，优选为20mM；所述羧甲基壳聚糖的浓度为1～40mM；所述磷酸氢二钾溶液与预混合水溶液的体积比为(1～20):1；所述搅拌速度为500～1500r/min，优选为1000r/min；所述搅拌时间为2～6h；优选为4h。作为本专利技术所述水凝胶的优选实施方式，所述羧甲基壳聚糖的制备方法为：将壳聚糖溶于氢氧化钠溶液中，浸泡、超声使其溶胀碱化，将碱化壳聚糖压碎后转移到烧杯中，磁力搅拌；然后滴加氯乙酸的异丙醇溶液，室温反应，反应结束后，抽滤，将滤饼溶于水中，调节pH值；然后用乙醇沉淀，抽滤得固体，并用无水乙醇洗涤，烘干，即得羧甲基壳聚糖。作为本专利技术所述水凝胶的优选实施方式，所述氢氧化钠溶液的质量分数为20％～80％，所述浸泡时间为12～36h，所述反应时间为2～12h，所述pH值为6～8。作为本专利技术所述水凝胶的优选实施方式，所述羧甲基壳聚糖的制备方法为：将壳聚糖溶于氢氧化钠溶液中，浸泡，其间不断的超声使其溶胀碱化；将碱化壳聚糖压碎后转移到烧杯中，磁力搅拌，然后滴加氯乙酸的异丙醇溶液室温反应；反应结束后，抽滤，除去溶剂，过滤物溶于水中，用盐酸调节pH值，再用乙醇沉淀，抽滤并用无水乙醇洗涤三次，60℃烘干。所述壳聚糖的用量为1～3g，优选为2g；所述氢氧化钠的质量分数为20％～80％，优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于骨修复的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶包含如下重量份的组分：羧甲基壳聚糖-无定形磷酸钙1～3份、甲基丙烯酸酐化明胶0.5～1份、地塞米松0.1～0.2份。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于骨修复的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶包含如下重量份的组分：羧甲基壳聚糖-无定形磷酸钙1～3份、甲基丙烯酸酐化明胶0.5～1份、地塞米松0.1～0.2份。


2.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶包含如下重量份的组分：羧甲基壳聚糖-无定形磷酸钙2份、甲基丙烯酸酐化明胶0.8份、地塞米松0.15份。


3.如权利要求1或2所述的水凝胶，其特征在于，所述羧甲基壳聚糖-无定形磷酸钙的制备方法为：将磷酸氢二钾溶液滴加到二水氯化钙和羧甲基壳聚糖的预混合水溶液中，室温下搅拌，然后离心、冻干，低温储存待用。


4.如权利要求3所述的水凝胶，其特征在于，所述磷酸氢二钾溶液的浓度为1～20mM，所述二水氯化钙的浓度为10～40mM，所述羧甲基壳聚糖的浓度为1～40mM，所述磷酸氢二钾溶液与预混合水溶液的体积比为(1～20):1。


5.如权利要求3所述的水凝胶，其特征在于，所述搅拌速度量为500～1500r/min，所述搅拌时间为2～6h，所述冻干温度为-4℃，所述低温储存的温度为-80℃。


6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，郭靖，卢云宇，吴丽勇，
申请(专利权)人：杭州彗搏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33