一种超分子水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种超分子水凝胶及其制备方法和应用，该超分子水凝胶的制备包括以下步骤：先合成聚乙二醇修饰的阳离子共聚物，然后与核酸溶液混合静置得到共聚物/核酸复合物溶液，最后与α-环糊精溶液混合静置得到可作用基因载体材料的超分子水凝胶。本发明专利技术的水凝胶的形成过程不存在化学交联反应，有效地避免了化学交联反应副产物对核酸活性的影响，具有高效的基因传递效果，转染效率比现有的凝胶材料有明显的提高，制备方法方便快捷，可以室温下成型，对浓度及温度要求较低，利于保持被包埋基因的生物活性以及材料的生物相容性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物医用材料领域，具体涉及一种可用做基因载体的超分子水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病以达到治疗目的，是目前用于癌症以及先天性免疫系统疾病治疗的一种有效方法。该技术实施的关键是选择合适的基因载体及基因导入方法，进而使基因能够在细胞中获得安全、高效、可控且稳定的表达。水凝胶作为一类可用作药物载体的生物医用材料，具有负载率高、可保护大分子药物免受生物体的降解或清除、以及对药物分子的可持续释放等特性，近年来已被研究用于基因的负载和控释。例如，Kasper等以聚乙二醇修饰的延胡索酸酯为原料、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通过自由基聚合制备得到一类化学凝胶，该类凝胶通过溶胀作用负载基因，DNA的释放速率可通过聚乙二醇重均分子量的改变来调节(Journal of Controlled Release 2005 , 104: 521-539)。Shea 等则通过光聚合反应,将DNA/PEI (聚乙烯基亚胺)复合物包埋于由双键修饰的聚乙二醇与透明质酸形成的水凝胶基质中，并通过改变原料配比调节凝胶强度和DNA的释放速率(Journal of ControlledRelease 2007, 120: 233-241 )。Hu等首先将DNA与PEI复合得到纳米复合物，然后再将该纳米复合物负载于葡聚糖基水凝胶基质中。由于凝胶基质的控释作用，该材料具有持续转染的效果，且在血清中仍保持了良好的基因传递能力(Journal of Materials Chemistry2009, 19: 3189-3197)。然而，这些水凝胶基因载体的形成通常离不开高温、化学交联剂或光引发剂的使用，不利于保持被包埋基因的生物活性以及材料的生物相容性。中国专利技术专利(专利号为ZL200910213939. 5)公开了一种新型超分子水凝胶基因载体，以Pluronic F-68为引发剂合成得到线性聚乙二醇一聚赖氨酸嵌段聚合物，然后再与α -环糊精组装得到水凝胶载体材料。但是该凝胶材料的基因转染效率很低，其最高实施例不超过20%，实际应用价值不大；且材料的设计较繁琐，合成步骤较多。综上所述，如何在温和条件下方便地构建高效水凝胶基因载体材料，便成为当前生物医学工程领域亟待解决的重要课题。
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缺陷，提供一种超分子水凝胶的制备方法，其以α -环糊精为主体、通过主客体组装作用制备可用做基因载体的超分子水凝胶，制备条件温和、对温度和浓度要求较低、产品的转染效率高；另外，凝胶强度可通过聚合物浓度或者环糊精浓度来调节，操作方便，具有触变性，可作为一类新型的可注射凝胶应用于大分子药物的负载和释放。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种超分子水凝胶的制备方法，其包括以下步骤1)聚乙二醇修饰的阳离子共聚物的合成；2)将O.2 O. 8 μ g/mL的核酸溶液与质量百分比浓度为8 20%的聚乙二醇修饰的阳离子共聚物溶液混合均匀，室温条件下静置，得到共聚物/核酸复合物溶液； 3)向步骤2)所得的共聚物/核酸复合物溶液中加入等体积质量浓度为10 20%的α -环糊精溶液，搅拌混合均匀，室温条件下静置，得到超分子水凝胶基因载体材料。优选地，步骤I)中核酸溶液的浓度为O. 5 μ g/mL。优选地，步骤I)中聚乙二醇修饰的阳离子共聚物的合成方法为a、聚乙二醇类聚合物的活化将干燥的聚乙二醇类聚合物溶解于二氯甲烷与吡啶的混合溶液中，加入对甲基苯磺酰氯，室温条件下避光反应，反应结束后，反应液用等体积的氯化氢溶液进行萃取，有机层用碱进行中和、过滤，旋转蒸发除去二氯甲烷后得到聚乙二醇-对甲苯磺酸酯；b、聚赖氨酸接枝聚乙二醇共聚物的合成将聚乙二醇-对甲苯磺酸酯与聚赖氨酸溶解于去离子水中，于40 50 °C条件下进行反应，反应结束后将混合物冷却至室温，在纯水中透析3天，得到的聚乙二醇修饰的阳离子共聚物为聚赖氨酸接枝聚乙二醇共聚物。优选地，步骤I)中聚乙二醇修饰的阳离子共聚物的合成方法为a、聚乙二醇类聚合物的活化将干燥的聚乙二醇类聚合物溶解于二氯甲烷与吡啶的混合溶液中，加入对甲基苯磺酰氯，室温条件下避光反应，反应结束后，反应液用等体积的氯化氢溶液进行萃取，有机层用碱进行中和、过滤，旋转蒸发除去二氯甲烷后得到聚乙二醇-对甲苯磺酸酯；C、聚乙烯亚胺接枝聚乙二醇共聚物的合成将聚乙二醇-对甲苯磺酸酯与聚乙烯亚胺溶解于去离子水中，于40 50 1条件下进行反应，反应结束后将混合物冷却至室温，在纯水中透析3天，得到的聚乙二醇修饰的阳离子共聚物为聚乙烯亚胺枝聚乙二醇共聚物。优选地，所述聚乙二醇类聚合物为聚乙二醇或聚乙二醇单甲醚，所述聚乙二醇的重均分子量为4000、6000、8000或10000，所述聚乙二醇单醚的重均分子量为1000、2000或5000。优选地，步骤a中所述二氯甲烷与吡啶的体积比为2:1 ;所述聚乙二醇类聚合物与对甲基苯磺酰氯的摩尔比为1:1 2 ;所述氯化氢溶液的摩尔浓度为3mol/L ;所述碱为碳酸氢钠，所述碱的用量为每100毫升有机相中加入3 5克；所述避光反应的时间为24 48小时；所述旋转蒸发操作时的温度为40 60°C。优选地，步骤b中，所述聚赖氨酸的重均分子量为3万 7万；聚乙二醇-对甲苯磺酸酯与聚赖氨酸的质量比为O. I I :1 ;每IOOml去离子水中含有10 15g聚赖氨酸；反应时间为48 72h ;透析操作中使用的透析袋的截留重均分子量为5000 14000。优选地，步骤c中聚乙烯亚胺的重均分子量为10000或2500 ;聚乙二醇-对甲苯磺酸酯与聚乙烯亚胺的质量比为O. I I :1 ;每IOOml去离子水含有10 15g聚乙烯亚胺；反应时间为48 72h ;透析操作中使用的透析袋的截留重均分子量为5000 14000。 优选地，步骤2)所述核酸的加入量按照与聚乙二醇修饰的阳离子共聚物的N/P值为10 20加入，所述聚乙二醇修饰的阳离子共聚物溶液是将聚乙二醇修饰的阳离子共聚物溶解在水或磷酸盐缓冲溶液中，静置时间为15 30min ;步骤3)所述的α -环糊精溶液是将α -环糊精溶解在水或磷酸盐缓冲溶液中，静置时间为6 12h。本专利技术的另一目的在于提供上述方法制备的超分子水凝胶。上述超分子水凝胶应用于制备可注射药物载体或可注射基因载体中。本专利技术的原理是阳离子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)、聚赖氨酸(PLL)具有较好的基因传递效果，聚乙二醇和环糊精皆具有良好的生物相容性，是少数被美国FDA批准可作为药品和食品添加剂的合成化合物之一；本专利技术首先利用聚乙二醇修饰阳离子聚合物，此共聚物通过聚赖氨酸或聚乙烯亚胺链段与核酸的静电相互作用，在溶剂中形成稳定的纳米复合物；然后再通过阳离子共聚物与α-环糊精的主客体组装相互作用进一步得到了原位包埋基因的超分子结构水凝胶；水凝胶形成的主要作用力为环糊精组装之后的结晶作用；聚乙二醇的引入不仅可降低阳离子聚合物的细胞毒性，还可与环糊精组装形成凝胶，具有双重作用。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是1、制备方法方便快捷，可以室温下成型，对浓度及温度要求较低，利于保持被包埋基因的生物活性以及材料的生物相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武婕，隆湘蕾，
申请(专利权)人：广州吉家庄生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：