一种高粘附性水凝胶、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种高粘附性水凝胶、制备方法及应用。包括以下步骤：使用含有自由基聚合基团的材料改性明胶；使用含有自由基聚合基团的材料改性原弹性蛋白；硫醇化的肝素的制备；可光交联改性明胶、改性原弹性蛋白和硫醇化的肝素水凝胶的制备。本发明专利技术的高粘附性水凝胶的制备方法，具有结构稳定性、良好的生物相容性和降解可控等性能。且存在三维网络结构，利于细胞的粘附和生长。综合以上性能优势，本发明专利技术的高粘附性且具有抗凝血功能的水凝胶在心肌血管化和心肌补片等方面有着广泛的应用前景。血管化和心肌补片等方面有着广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高粘附性水凝胶、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及医用材料领域，具体涉及一种高粘附性水凝胶、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]在人体组织中，心肌的微血管密度极高，是代谢最为旺盛的组织之一。每年由于心肌梗死失去生命的患者高达60万，其中10％的急性心梗患者是死亡在发病现场或在去医院的路上。针对如此高危且频发的疾病，一旦发病，冠脉支架置入或者外科搭桥是目前最主要治疗手段，但是已死亡的心肌不可恢复，心功能必然进一步下降，且死亡心肌的进一步瘢痕化，不仅影响心动周期收缩的协调性，也影响心肌功能的恢复，因此植入厚层微血管化心肌组织可能成为未来梗死性心肌病及终末期心脏病的终极治疗手段。但所有模拟人体心肌组织结构和功能的植入材料都必须解决植入物易于血栓化这一难题。这种移植物的血管化包括两方面的含义：(1)构建移植物内在的，具有灌注功能的成熟血管网络；(2)实现移植后，移植物与宿主血管网络的快速吻合和长期整合。
[0003]在现阶段的研究中有学者采用以内皮细胞或内皮前体细胞为基础的细胞共培养策略。考虑体内新生血管形成的现实情况，采用其他细胞与ECs共培养以获得更好的组织血管化似乎是一个更明智的选择。通过调控活性生物支架及水凝胶，即调控天然或人工合成材料，使其有利于移植细胞生存或诱导宿主细胞，进而促进移植物血管化是一个较好的选择，因此受到越来越多的关注。水凝胶制备技术操作方便，极易于小型化、自动化生产，但其缺点是与固态基质相比，其生物力学性能差。因此，将有良好机械强度及生物相容性，且具有粘黏性的水凝胶材料和形成心肌细胞能力的种子细胞复合，是有望构建出可用于移植、修复或替代自体心肌的生物材料。
[0004]随着组织工程材料的发展，已有研究表明：水凝胶作为植入物有较少的免疫排斥，同时其结构与细胞外基质结构(ECM)类似，有利于构建组织损伤后再生微环境，促进组织结构的再建。在心肌组织方面，例如利用壳聚糖与脱细胞猪心脏基质混合，冻干制成三维支架，结果发现大鼠心室肌细胞的存活和基因表达都明显高于对照组。通过调节原材料比例发现，弹性模量在13.3
±
4kPa时，有益效果最佳。但其通过引入冰醋酸冻干成型，强度有限，不适合作为植入材料。另外，Sherrell与他的研究团队利用胶原蛋白制成高度生物相容性的水凝胶材料，该水凝胶可以被制成适合心脏补片的各种形状。通过复合碳纳米管，改善了支架材料的韧性，杨氏模量也提高了2
‑
3倍。发现该支架支持心脏细胞的存活和分化。但其引入的纳米材料存在明显的团聚和渗出，在功能性和安全性方面都存在隐患。在神经组织领域，已有研究发现通过改变GelMA/MeTro的比值，材料表现出可调的力学性能，该水凝胶支架在外周神经损伤修复领域已展现出应用前景。肝素的应用领域，研究学者利用明胶复合肝素，形成冷冻凝胶。在体外实验中发现共混肝素凝胶较单一明胶凝胶更具有功能性，但共混方式和冷冻成型方式在应用方面存在明显的限制。已有相似的研究较多，但是总结可以发现，单一的原料制成的支架材料都存在某方面的短板。因此研究有必要朝着多元复合的方向发展，以建立优势互补的新材料，其中肝素化修饰的稳定明胶/弹性蛋白水凝胶在抗
凝血领域具有应用前景。

技术实现思路

[0005]为了克服现有材料的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高粘附性水凝胶、制备方法及应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]提供一种高粘附性水凝胶，其为改性明胶/改性原弹性蛋白/硫醇化肝素光交联水凝胶，由可光交联改性明胶、改性原弹性蛋白和硫醇化的肝素经自由基聚合反应得到，该水凝胶具有稳定的三维网络多孔结构。
[0008]按上述方案，所述改性明胶为甲基丙烯酸酐(MA)改性明胶或甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)改性明胶；
[0009]用于改性原弹性蛋白为甲基丙烯酸酐(MA)改性原弹性蛋白、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)原弹性蛋白。
[0010]按上述方案，所述的硫醇化的肝素为C＝N双键还原为C
‑
N单键的硫醇化的肝素。
[0011]提供一种高粘附性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)使用含有自由基聚合基团的材料改性明胶；
[0013](2)使用含有自由基聚合基团的材料改性原弹性蛋白；
[0014](3)硫醇化的肝素的制备：提供还原末端为醛基的肝素衍生物；将带有醛基的肝素衍生物与可通过氨醛缩合反应引入巯基的材料经氨醛缩合引入巯基；对上述产物进行还原，将C＝N双键还原为C
‑
N单键，获得硫醇化的肝素；
[0015](4)可光交联改性明胶、改性原弹性蛋白和硫醇化的肝素水凝胶的制备：
[0016]将上述可光交联改性明胶，改性原弹性蛋白和硫醇化的肝素在光敏性引发剂作用下，经自由基聚合反应光交联获得水凝胶。
[0017]本专利技术中，用于改性明胶的可产生自由基聚合基团的材料包括甲基丙烯酸酐(MA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)等。
[0018]本专利技术中，用于改性原弹性蛋白的可产生自由基聚合基团的材料包括甲基丙烯酸酐(MA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)等。
[0019]本专利技术中，用于可通过氨醛缩合引入巯基的材料包括半胱氨酸，对巯基苯胺等。
[0020]本专利技术中，用于还原碳氮双键的的材料为具有一定还原性的材料，如氰基硼氢化钠等。
[0021]本专利技术中，用于引发自由基聚合的光敏性引发剂为如2
‑
羟基
‑4‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮/光引发剂(2
‑
hydroxy
‑
4'
‑
(2
‑
hydroxyethoxy)
‑2‑
methyl
‑
propiophe(I2959)，苯基(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(Lithium phenyl
‑
2,4,6
‑
trimethylbenzoylphosphinate(LAP))等。
[0022]本专利技术中：步骤(4)中使用的溶剂为含有冰醋酸的二甲亚砜。
[0023]本专利技术中，所述的可光交联GelMA/MeTro/硫醇化肝素水凝胶的制备方法中，光引发剂浓度为0.5wt.％
‑
1.0wt.％,紫外波长为320
‑
390nm，强度为6.0
‑
10mW/cm2，光照时间为50
‑
100s。
[0024]按上述方案，体系中GelMA和MeTro的总浓度为5wt.％
‑
20wt.％；GelMA：MeTro的质
量比比为3:7
‑
6:4；体系中硫醇化肝素的含量为10wt.％
‑
20wt.％。
[0025]按上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高粘附性水凝胶，其特征在于：为改性明胶/改性原弹性蛋白/硫醇化肝素光交联水凝胶，由可光交联改性明胶、改性原弹性蛋白和硫醇化的肝素经自由基聚合反应得到，该水凝胶具有稳定的三维网络多孔结构。2.根据权利要求1所述的高粘附性水凝胶，其特征在于：所述改性明胶为甲基丙烯酸酐(MA)改性明胶或甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)改性明胶；用于改性原弹性蛋白为甲基丙烯酸酐(MA)改性原弹性蛋白、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)原弹性蛋白；所述的硫醇化的肝素为C＝N双键还原为C
‑
N单键的硫醇化的肝素。3.权利要求1所述的高粘附性水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)使用含有自由基聚合基团的材料改性明胶；(2)使用含有自由基聚合基团的材料改性原弹性蛋白；(3)硫醇化的肝素的制备：提供还原末端为醛基的肝素衍生物；将带有醛基的肝素衍生物与可通过氨醛缩合反应引入巯基的材料经氨醛缩合引入巯基；对上述产物进行还原，将C＝N双键还原为C
‑
N单键，获得硫醇化的肝素；(4)可光交联改性明胶、改性原弹性蛋白和硫醇化的肝素水凝胶的制备：将上述可光交联改性明胶，改性原弹性蛋白和硫醇化的肝素在光敏性引发剂作用下，经自由基聚合反应光交联获得水凝胶。4.根据权利要求2所述的高粘附性水凝胶的制备方法，其特征在于：用于改性明胶的可产生自由基聚合基团的材料包括甲基丙烯酸酐(MA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)；用于改性原弹性蛋白的可产生自由基聚合基团的材料包括甲基丙烯酸酐(MA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)。5.根据权利要求2所述的高粘附性水凝胶的制备方法，其特征在于：用于可通过氨醛缩合引入巯基的材料包括半胱氨酸，对巯基苯胺；用于还原碳氮双键的的材料为具有一定还原性的材料，如氰基硼氢化钠等。6.根据权利要求2所述的高粘附性水凝胶的制备方法，其特征在于：用于引发自由基聚合的光敏性引发剂为如2
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羟基
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(2
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羟乙氧基)
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甲基苯丙酮/光引发剂(2
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hydroxy
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4'
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(2
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hydroxyethoxy)
‑2‑
methyl
‑
pro...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷义霞，贾妍缇，李泳陶，王文武，高强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：