可注射的膠凝材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種材料。所述材料包括含有多個(gè)乙烯砜的分子和含有多個(gè)親核試劑的分子。所述材料能夠由含有溶解的多乙烯砜和多親核試劑的水溶液形成水凝膠。在施用至身體的空間后，所述水溶液能夠發(fā)生具有可控凝膠化時(shí)間的凝膠化以形成所述水凝膠。所述水凝膠能夠原位形成并具有可控性質(zhì)，這使得所述水凝膠可用于多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的例子包括但不限于體積/填充劑膨脹劑、生物制劑的儲(chǔ)存和輸送機(jī)制、以及作為組織相互作用表面。
【專利說明】可注射的膠凝材料
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求名稱為“生物相容性原位膠凝劑的應(yīng)用”、于2011年12月2日提交的美國臨時(shí)專利申請n0.61/629,991的優(yōu)先權(quán)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大致上涉及注射到身體的空間后能夠形成水凝膠的材料以及所述材料的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0004]“水凝膠”一詞用于定義由水溶性聚合物、非水溶性交聯(lián)點(diǎn)以及浸泡所述聚合物的水溶液構(gòu)成的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)的成分在宏觀上可視為一個(gè)單元。水溶性聚合物在交聯(lián)點(diǎn)處通過化學(xué)鍵交聯(lián)，因此所述水溶性聚合物不再能夠溶解在水溶液中。交聯(lián)的聚合物雖然不再能夠溶解于水溶液中，但也不會(huì)從水溶液中沉淀，這使得水凝膠能夠容納大體積的水溶液，而仍然保持其形狀。
[0005]上述背景僅為提供關(guān)于水凝膠的背景信息概況，而并不是詳盡無遺的。在閱讀以下詳細(xì)說明中的各種非限制性實(shí)施方案中的一個(gè)或多個(gè)后，其他內(nèi)容將變得顯而易見。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以下提供本說明書的簡要概述，以便對本說明書的某些方面提供基本的理解。該概述并不是本說明書的全面概述。其并不是為了確定本說明書中的任何關(guān)鍵或重要元素，也不是為了描述本說明書的具體實(shí)施方案的任何范圍或權(quán)利要求的任何范圍。其唯一目的是以簡要的形式表述本說明書中的某些概念并為隨后提供的更詳細(xì)的描述作鋪墊。
[0007]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案以及相應(yīng)的內(nèi)容，描述了與可注射的膠凝材料(例如，可注射水凝膠)相關(guān)的多個(gè)非限制性的方面。溶解在生物相容性水性環(huán)境中的兩種聚合物能夠在注射到身體的位點(diǎn)后形成具有可控性質(zhì)的水凝膠。所述水凝膠能夠在原位形成并具有可控性質(zhì)，這使得所述水凝膠可用于許多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的例子包括但不限于體積/填充劑膨脹劑、生物制劑的儲(chǔ)存和輸送機(jī)制、以及作為組織相互作用表面。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，描述了一種材料。所述材料包括含有多個(gè)乙烯砜的分子和含有多個(gè)親核試劑的分子。所述材料溶解于緩沖溶液以形成水溶液，所述水溶液在施用到身體的空間后能夠發(fā)生凝膠化，并具有可控的凝膠化時(shí)間、溶脹比、降解時(shí)間以及力學(xué)性質(zhì)以便填充所述空間。
[0009]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，描述了一種方法。將含有多個(gè)乙烯砜的分子和含有多個(gè)親核試劑的分子溶解于水中以形成水溶液。將所述水溶液注射到身體的空間。經(jīng)過凝膠化時(shí)間后在所述空間處形成水凝膠以便填充所述空間。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施方案中，描述了一種方法。通過將含有多個(gè)乙烯砜的分子和含有多個(gè)親核試劑的分子溶解于水中來形成水溶液。將所述水溶液施用到身體的位點(diǎn)。在施用到所述位點(diǎn)后，形成生物相容性表面。所述相容性表面能夠在所述空間處與所述身體相互作用。
[0011]以下描述及附圖描述了本說明書的某些示例性的方面。但是，這些方面僅表示實(shí)施本說明書中的各種實(shí)施方案的各種方式中的一些方式。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本說明書的其他方面可以從以下本說明書的詳細(xì)描述中明顯地看出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]以下與附圖結(jié)合的詳細(xì)描述中列舉了許多方面和實(shí)施方案，其中相同的參考標(biāo)號表示相同的部件，而且其中:
[0013]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案將水溶液注射到人體的位點(diǎn)以促進(jìn)水凝膠的形成的示例性非限制性示意圖；
[0014]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于在人體的位點(diǎn)處促進(jìn)水凝膠的形成的方法的示例性非限制性工藝流程圖；
[0015]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于形成能夠在人體的位點(diǎn)處促進(jìn)水凝膠的形成的水溶液的方法的示例性非限制性工藝流程圖；
[0016]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用可注射水凝膠作為體積填充劑/膨脹劑的方法的示例性非限制性工藝流程圖；
[0017]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用可注射水凝膠來促進(jìn)生物制劑的儲(chǔ)存和/或輸送的方法的示例性非限制性工藝流程圖；
[0018]圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用可注射水凝膠作為組織相互作用表面的方法的示例性非限制性工藝流程圖；
[0019]圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用水凝膠孵育后的NIH3T3細(xì)胞的示例性非限制性典型圖像；
[0020]圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的在水凝膠中培養(yǎng)的細(xì)胞的示例性非限制性典型活/死檢驗(yàn)圖像；
[0021]圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的顯示鼠皮膚細(xì)胞耐受水凝膠的示例性非限制性圖像；
[0022]圖10是表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的使用不同參數(shù)組合可獲得不同凝膠化時(shí)間的示例性非限制性表格；
[0023]圖11是表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過混合DM為20%的HA-VS和HA-SH而制得的水凝膠的溶脹比的示例性非限制性示意圖；
[0024]圖12是表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過混合DM為8%的HA-VS和DM為4 %的dex-SH而制得的水凝膠的溶脹比的示例性非限制性示意圖；
[0025]圖13是表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的兩種制劑的體內(nèi)膨脹及壽命與市場上已有的填充劑相比的示例性非限制性曲線圖；
[0026]圖14是表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的對通過混合DM為8%的HA-VS和DM為4%的dex-SH而制得的水凝膠的網(wǎng)格尺寸的控制的示例性非限制性示意圖；
[0027]圖15是表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的對通過混合DM為20%的HA-VS和HA-SH而制得的水凝膠的網(wǎng)格尺寸的控制的示例性非限制性示意圖；
[0028]圖16是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的皮下注射到小鼠中的包裹有NIR-1gG的水凝膠的示例性非限制性NIR圖像；
[0029]圖17是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的將HA基原位水凝膠的降解與市場上已有的皮膚填充劑水凝膠相比的示例性非限制性曲線圖；
[0030]圖18是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的顯示不同組成的水凝膠的儲(chǔ)能模量的示例性非限制性曲線圖；
[0031]圖19是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的HA基水凝膠上的細(xì)胞群的示例性非限制性典型活/死檢驗(yàn)圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0032]參照附圖描述了本公開的各個(gè)方面或特征，其中在上下文中相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。本說明書中包含了大量具體細(xì)節(jié)，以便對本公開提供透徹的理解。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本說明書中的某些方面可以在不需要這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)，或應(yīng)用其他方法、成分、分子等來實(shí)現(xiàn)。在其他實(shí)例中，眾所周知的結(jié)構(gòu)和器件用框圖的形式示出，以便于各實(shí)施方案的描述和說明。
[0033]水凝膠可用于許多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。當(dāng)水凝膠被放置到身體中時(shí)，它形成了三個(gè)“空間膨脹空間”、“儲(chǔ)存空間”和“界面空間”。這三個(gè)“空間”中的每一個(gè)可用于不同的應(yīng)用。
[0034]所述“膨脹空間”是由塊體水凝膠形成的。因此，水凝膠可用作體積填充劑/膨脹劑。由于塊體水凝膠的額外體積的插入，塊體水凝膠在組織之間形成空間。利用水凝膠的這種性質(zhì)的應(yīng)用的例子包括:組織擴(kuò)充、粘性補(bǔ)給和粘性手術(shù)。在這些應(yīng)用中使用預(yù)制水凝膠的一個(gè)主要問題是將水凝膠放置到身體中。由于水凝膠是體積填充劑/膨脹劑，需要侵入性手術(shù)程序以將水凝膠放置在身體中。所述手術(shù)程序可能不適用于純?yōu)槊廊菽康膽?yīng)用或者需要將額外的體積放置在身體深處的空間的應(yīng)用。
[0035]可以通過將水凝膠磨成小(例如，毫米尺寸)顆粒以避免這個(gè)問題。但是，凝膠顆粒的表現(xiàn)與塊體凝膠不同。例如，與塊體凝膠相比，凝膠顆粒具有不同的力學(xué)性質(zhì)、降解速率以及其他性質(zhì)。另一種可能的避免上述問題的技術(shù)是使用大號的針，但大號的針是侵入性的并且可以很痛。此外，在某些應(yīng)用(例如，填充動(dòng)脈瘤腫塊)中不可能使用大針。
[0036]“儲(chǔ)存空間”存在于水凝膠內(nèi)部，是由交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和水性介質(zhì)形成的。由于水性環(huán)境和聚合物的親水性，可以將蛋白質(zhì)、細(xì)胞以及許多其他不穩(wěn)定的微觀生物制劑儲(chǔ)存在這個(gè)空間中。因此，水凝膠可用于生物制劑的儲(chǔ)存和輸送。利用水凝膠的這種性質(zhì)的應(yīng)用的例子包括:藥物輸送和組織工程。這些應(yīng)用通常要求生物制劑的包裹在溫和條件下進(jìn)行；但是，許多交聯(lián)反應(yīng)是激烈的且不適用于不穩(wěn)定的生物制劑。此外，儲(chǔ)存預(yù)先包裹的凝膠可能是困難的，因?yàn)樯镏苿┖湍z的性質(zhì)可能在儲(chǔ)存過程中發(fā)生變化。例如，儲(chǔ)存在凝膠中的藥物可能擴(kuò)散出來，以及/或者儲(chǔ)存的細(xì)胞可能生長并降解凝膠骨架。
[0037]“界面空間”在水凝膠和身體之間形成。由于水凝膠與身體緊密接觸，可以對水凝膠的表面進(jìn)行處理，以在水凝膠和鄰近的組織之間形成合適的相互作用。因此，水凝膠可用作組織相互作用表面。利用水凝膠的這種性質(zhì)的應(yīng)用的例子包括:傷口愈合、抗粘連應(yīng)用和組織粘連應(yīng)用。
[0038]根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，本文描述了一種能夠原位形成并具有可控性質(zhì)的可注射水凝膠。在將水溶液注射到身體的位點(diǎn)/空間后形成的可注射水凝膠優(yōu)于預(yù)先形成的顆粒中的顆粒，且不需要用大號的針注射?？勺⑸渌z可用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，這至少是因?yàn)樗巧锵嗳菪缘?、易于注射、并具有可控的凝膠化時(shí)間。此外，所述水凝膠至少還具有可調(diào)節(jié)的溶脹比、可調(diào)節(jié)的網(wǎng)格尺寸、以及易于進(jìn)行表面功能化。這些性質(zhì)使得所述水凝膠成為可用作體積/填充劑膨脹劑、用作生物制劑的儲(chǔ)存和輸送機(jī)制，以及用作組織相互作用表面的優(yōu)異材料。
[0039]以下參見附圖，首先參見圖1，所示為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案將水溶液注射到人體的位點(diǎn)以促進(jìn)水凝膠(也稱為“可注射水凝膠”)的形成的示例性非限制性示意圖100?？蓪⒑兴z前體的水溶液102注射到人體的點(diǎn)/位點(diǎn)104。在注射到所述位點(diǎn)后，所述水溶液102可發(fā)生凝膠化以形成水凝膠106。因此，水凝膠106是可原位化學(xué)交聯(lián)的制劑。術(shù)語可原位化學(xué)交聯(lián)的制劑一般是指能夠在接近于生理?xiàng)l件的條件下交聯(lián)的水凝膠。
[0040]在一個(gè)實(shí)施方案中，生理?xiàng)l件包括:
[0041]溫度約10攝氏度至約60攝氏度；
[0042]pH約5至約9 ；以及/或者
[0043]水含量至少約50%。
[0044]在另一個(gè)實(shí)施方案中，生理?xiàng)l件包括:
[0045]溫度約30攝氏度至約40攝氏度
[0046]pH約 6.5 至約 8 ；
[0047]水含量至少約80%。
[0048]在另一個(gè)實(shí)施方案中，生理?xiàng)l件包括:
[0049]溫度約35攝氏度至約39攝氏度
[0050]pH約 7.0 至約 8.0 ；
[0051]水含量至少約90%。
[0052]也就是說，可以由以水溶液形式注射到人體的空間/位點(diǎn)104的前體分子在所述空間/位點(diǎn)104處形成水凝膠106。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述前體分子是能夠促進(jìn)水凝膠的形成的兩種或多種不同的分子。所述水凝膠不應(yīng)在人體中引起不希望的反應(yīng)。因此，所述兩種或多種前體分子必須是生物相容性和非免疫原性的。其衍生物可用作前體分子的生物相容性聚合物的例子包括透明質(zhì)酸(HA)、聚乙二醇(PEG)、右旋糖酐、羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、藻酸鹽、環(huán)糊精等等。
[0053]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述前體分子包括一種或多種修飾有多個(gè)乙烯砜基團(tuán)的生物相容性聚合物分子(多乙烯砜分子，P-VS)和一種或多種修飾有多個(gè)親核試劑的聚合物分子(多親核試劑分子，P-NU)。例如，所述P-VS可為修飾有至少兩個(gè)功能性乙烯砜基團(tuán)的含有羥基的生物相容性聚合物。所述乙烯砜基團(tuán)可連接到所述羥基。親核試劑的例子包括可添加到生物相容性聚合物的巰基(th1l)和胺基(amine)。
[0054]當(dāng)將所述P-VS和所述P-Nu在生理pH的水溶液(例如，緩沖液)中混合時(shí)，形成水凝膠。所述乙烯砜基團(tuán)對所述親核試劑基團(tuán)具有化學(xué)反應(yīng)性。例如，所述乙烯砜基團(tuán)能夠共價(jià)鍵合到所述親核試劑基團(tuán)以促進(jìn)水凝膠的形成。
[0055]前體分子可溶解于生物相容性緩沖溶液(例如，水、PBS等)以形成水溶液102。例如，所述緩沖溶液可具有生理pH。所述水溶液102還可包括鹽、溶劑、其他任何能調(diào)節(jié)溶液PH的分子、其他任何有助于前體聚合物的修飾的分子、以及治療性分子，或者其他任何能減小當(dāng)在生物系統(tǒng)中使用所述前體或所述水凝膠時(shí)所存在的潛在危險(xiǎn)的分子。所述水溶液102在凝膠化之前是粘性溶液，因此能夠容易地注射到所述位點(diǎn)/空間104。
[0056]為了不同的目的，可對水凝膠的性質(zhì)，例如力學(xué)性質(zhì)、溶脹程度、網(wǎng)格尺寸、凝膠化時(shí)間、降解時(shí)間等，進(jìn)行調(diào)整或處理。例如，可以基于水溶液的pH、水溶液的溫度、水溶液102中P-VS的濃度、水溶液102中P-Nu的濃度、P-VS的修飾程度、P-Nu的修飾程度或不同的聚合物組合來控制這些性質(zhì)。例如，可以調(diào)節(jié)凝膠化時(shí)間使得凝膠化時(shí)間足夠長，以便醫(yī)生在所述位點(diǎn)/空間104處處理所述水溶液102，但又足夠短，以在注射后很快形成水凝膠106以維持其形狀。類似地，也可對水凝膠的表面性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。每種性質(zhì)都可以獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0057]參見圖2，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于在人體的位點(diǎn)處促進(jìn)水凝膠的形成的方法200的示例性非限制性工藝流程圖。所述方法200促進(jìn)“可注射水凝膠”的形成，所述“可注射水凝膠”是一種在生理?xiàng)l件下輸送到人體的位點(diǎn)后能夠原位組裝的水凝膠。
[0058]在一個(gè)實(shí)施方案中，生理?xiàng)l件包括:
[0059]溫度約10攝氏度至約60攝氏度；
[0060]pH約5至約9 ；以及/或者
[0061]水含量至少約50%。
[0062]在另一個(gè)實(shí)施方案中，生理?xiàng)l件包括:
[0063]溫度約30攝氏度至約40攝氏度
[0064]pH約 6.5 至約 8 ；
[0065]水含量至少約80%。
[0066]在另一個(gè)實(shí)施方案中，生理?xiàng)l件包括:
[0067]溫度約35攝氏度至約39攝氏度
[0068]pH約 7.0 至約 8.0 ；
[0069]水含量至少約90%。
[0070]在步驟202中，將含有水凝膠前體的水溶液注射到人體的點(diǎn)/位點(diǎn)。所述水溶液在注射前是粘性溶液，以便于注射。所述前體可包括生物相容性且非免疫原性(例如，不與那些和注射相關(guān)的生物分子、細(xì)胞、組織等反應(yīng))的聚合物。其衍生物可用作前體分子的生物相容性聚合物的例子包括透明質(zhì)酸(HA)、聚乙二醇(PEG)、右旋糖酐、羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、藻酸鹽、環(huán)糊精等等。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述前體分子可為P-VS和P-Nu，如上參照圖1所述。所述水溶液還可包括生物相容性緩沖溶液(例如，水、PBS等)、鹽、水性溶劑、其他任何能調(diào)節(jié)溶液PH的分子、其他任何有助于前體聚合物的修飾的分子、以及治療性分子，或者其他任何能減小在生物系統(tǒng)中使用所述前體或所述水凝膠時(shí)所存在的潛在危險(xiǎn)的分子。
[0071]為了不同的目的，可對水凝膠的性質(zhì)，例如力學(xué)性質(zhì)、溶脹程度、網(wǎng)格尺寸、凝膠化時(shí)間、降解時(shí)間等，彼此獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整或處理。例如，可以基于水溶液的pH、水溶液的溫度、水溶液中P-VS的濃度、水溶液中含有P-Nu的分子的濃度、P-VS的修飾程度、P-Nu的修飾程度或不同的聚合物組合來控制這些性質(zhì)。類似地，也可對水凝膠的表面性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0072]在注射到所述位點(diǎn)后，所述水溶液可發(fā)生凝膠化以形成水凝膠。因此，所述水凝膠是可原位化學(xué)交聯(lián)的制劑。術(shù)語可原位化學(xué)交聯(lián)的制劑一般是指能夠在接近于生理?xiàng)l件的條件下交聯(lián)的水凝膠。因此，在步驟204中，在經(jīng)過凝膠化時(shí)間之后在所述空間/位點(diǎn)處形成水凝膠。例如，凝膠化時(shí)間可以足夠長，以便醫(yī)生在所述位點(diǎn)/空間處處理所述水溶液的形狀，但又足夠短，以在注射后很快形成水凝膠以維持其形狀。
[0073]參見圖3，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于形成能夠在人體的位點(diǎn)/空間處促進(jìn)水凝膠形成的水溶液的方法300的示例性非限制性工藝流程圖。
[0074]在步驟302中，將某濃度的P-VS溶解于生物相容性緩沖液(例如，水、PBS等)中。該修飾有乙烯砜的聚合物可以是生物相容性、非免疫原性以及可溶解于所述緩沖液的。
[0075]在步驟304中，將某濃度的P-Nu溶解于所述生物相容性緩沖液中。該修飾有親核試劑的聚合物可以是生物相容性、非免疫原性以及可溶解于所述緩沖液的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述修飾有親核試劑的聚合物可具有與所述修飾有乙烯砜的聚合物相同的聚合物骨架。
[0076]可選地，在步驟306中，可以調(diào)節(jié)所述水溶液的性質(zhì)，以有助于調(diào)節(jié)在注射到人體的位點(diǎn)/空間后所形成的水凝膠的性質(zhì)和/或特性。例如，可以調(diào)節(jié)水溶液的pH、水溶液的溫度、水溶液中P-VS的濃度、水溶液中含有P-Nu的分子的濃度、P-VS的修飾程度、P-Nu的修飾程度或不同的聚合物組合，以便調(diào)節(jié)和調(diào)整水凝膠的性質(zhì)和/或特性。水凝膠的性質(zhì)和/或特性包括:表面性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、溶脹程度、網(wǎng)格尺寸、凝膠化時(shí)間、降解時(shí)間等。
[0077]諸如圖1-3 所示的能夠原位形成并具有可控性質(zhì)的可注射水凝膠可用于多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。所述可注射水凝膠可用小號的針(約30號(gauge)或更小的尺寸)注射到所述位點(diǎn)/空間，并具有化學(xué)可控的性質(zhì)和/或特性，以促進(jìn)水凝膠的原位形成。生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的例子包括但不限于體積/填充劑膨脹劑(圖4)、生物制劑的儲(chǔ)存和輸送機(jī)制(圖5)、以及組織相互作用表面(圖6)。
[0078]參見圖4，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用可注射水凝膠作為體積填充劑/膨脹劑的方法400的示例性非限制性工藝流程圖。體積填充劑/膨脹劑可用于化妝品、外科重建及整形手術(shù)，例如，作為軟組織擴(kuò)充(例如抗皺治療、隆胸等)的植入材料，人體體積恢復(fù)等。在這些應(yīng)用中，植入材料應(yīng)是生物相容性及非免疫原性的，應(yīng)提供長期持續(xù)效果，并應(yīng)能夠通過微創(chuàng)方法施用到所述位點(diǎn)/空間而不會(huì)有材料的遷移。在某些情況下，所述材料還應(yīng)是可除去的。
[0079]這種材料的可能候選物是HA基的軟組織擴(kuò)充材料。雖然未修飾的HA在人體中可快速降解，但當(dāng)HA被化學(xué)交聯(lián)以形成水凝膠時(shí)，可以顯著地減緩降解。因此，交聯(lián)HA已廣泛用作軟組織擴(kuò)充部件或皮膚填充劑。
[0080]交聯(lián)反應(yīng)通常在體外進(jìn)行。商業(yè)產(chǎn)品(例如RESTYLANE”和兒IVEDERM l1采用預(yù)制的水凝膠。預(yù)制的水凝膠通常包括包埋在高分子量HA粘性溶液中的磨碎的HA水凝膠顆粒(稱為HA “漿體”)。
[0081]HA漿體方法有幾個(gè)缺點(diǎn)。第一，注射材料在注射后可能移位。由于漿體中的交聯(lián)HA顆粒只是與非交聯(lián)的高分子量HA溶液混合，當(dāng)所述HA溶液響應(yīng)壓力而流動(dòng)時(shí)，所述顆?？赡鼙粠У讲缓闲枰奈恢谩５诙?，由于所述HA溶液在注射后很快會(huì)被人體吸收，為了恢復(fù)失去的未交聯(lián)HA的體積，所述顆粒需要能夠膨脹以填充所述空間。高溶脹程度要求低程度的交聯(lián)；但是，低程度的交聯(lián)增加降解速率。第三，由于真皮上部由緊密排列的膠原纖維構(gòu)成，必須使用較小號的針(例如，號數(shù)大于或等于30號，即尺寸小于或等于30號)以產(chǎn)生足夠的壓力以推動(dòng)所述漿體通過表皮，但較小的針只允許較小的顆粒通過；但是，較小的顆粒尺寸導(dǎo)致更快的降解。
[0082]方法400采用完全不同的方法來促進(jìn)體積的填充和膨脹。在步驟402中，將水溶液注射到人體的空間。所述空間可為需要體積填充或膨脹的區(qū)域。所述水溶液可包括水性緩沖液和溶解在所述水溶液中的凝膠前體(例如，參照圖1所述的P-VS和P-Nu)。也可將能夠有助于控制水凝膠的參數(shù)和/或特性的添加劑溶解在所述水溶液中。所述水溶液是粘性溶液，因此可容易地注射。
[0083]在生理pH下注射后，在人體內(nèi)可形成水凝膠。在步驟404中，在凝膠形成之前(凝膠化之前)，可在所述空間處處理所述水溶液。例如，凝膠化時(shí)間可以足夠長，以便醫(yī)生處理所述水溶液的形狀，但又足夠短，以便在注射后很快形成凝膠以維持其形狀。在步驟406中，在凝膠化時(shí)間結(jié)束后，根據(jù)所做的處理可在所述空間處形成水凝膠。凝膠化之后，所述水凝膠是塊體水凝膠而不是顆粒，因此總表面面積較小，從而降低了降解速率。與修飾程度和濃度有關(guān)的交聯(lián)程度可相對較高以進(jìn)一步降低降解速率。
[0084]類似地，方法400也可用于填充動(dòng)脈瘤腫塊。動(dòng)脈瘤是一種影響外周和/或腦血管的心血管疾病，其中血管(通常是動(dòng)脈)出現(xiàn)局部充血?dú)馇驑幽[塊，所述腫塊具有脆的血管壁?；加袆?dòng)脈瘤的患者有腫塊破裂及由此造成的出血的風(fēng)險(xiǎn)，其可引起嚴(yán)重的并發(fā)癥，包括死亡。治療動(dòng)脈瘤的一種方法是通過填充腫塊將腫塊空間從血液循環(huán)中隔離，以便降低破裂的風(fēng)險(xiǎn)。但是，現(xiàn)有可得的材料是有限的，且臨床效果通常不令人滿意。
[0085]所述材料必須能夠通過長而細(xì)的微導(dǎo)管，因此液體不應(yīng)太粘，且不能太快凝膠化。所述材料到達(dá)腫塊處后應(yīng)停留在所述腫塊中。所述材料應(yīng)具有某些防污性質(zhì)，以免血液中的蛋白質(zhì)聚集在表面上而堵塞血管。此外，所述材料應(yīng)具有長效性。
[0086]本文描述的可注射水凝膠具有適合作為用于治療動(dòng)脈瘤的材料的特性?？梢钥刂普扯仁蛊渥銐虻鸵员阃ㄟ^細(xì)的微導(dǎo)管。可以控制凝膠化時(shí)間以使聚合物溶液能夠通過微導(dǎo)管并在到達(dá)腫塊處后形成凝膠?？梢钥刂颇z的膨脹以使其能夠通過物理膨脹更好地停留在腫塊中?？梢蕴幚砟z的表面以使其防污。此外，還可以控制凝膠的降解時(shí)間。
[0087]參見圖5，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用可注射水凝膠來促進(jìn)生物制劑的儲(chǔ)存和/或輸送的方法500的示例性非限制性工藝流程圖。隨著生物醫(yī)學(xué)工程的進(jìn)步，發(fā)展了包括肽、蛋白質(zhì)、核酸、甚至細(xì)胞之類的生物治療劑，其已被證明可有效治療多種疾病。利用細(xì)胞作為治療劑的應(yīng)用主要有兩類。一類是組織工程，其中使用細(xì)胞來生長新的組織并將其植入患者體內(nèi)。為增強(qiáng)效果，通常在骨架中分散及培養(yǎng)細(xì)胞，并將其放置在人體中需要新組織的位點(diǎn)。另一種方法是利用細(xì)胞的蛋白質(zhì)產(chǎn)生機(jī)制，其中對細(xì)胞進(jìn)行處理以使其產(chǎn)生某種蛋白質(zhì)并在能夠被放置在所需位點(diǎn)的骨架中生長。
[0088]方法500展示了可注射水凝膠作為細(xì)胞輸送裝置的應(yīng)用。在步驟502中，形成有助于根據(jù)人體中的注射位點(diǎn)調(diào)節(jié)水凝膠的性質(zhì)的水溶液?？扇菀椎卣{(diào)節(jié)力學(xué)性質(zhì)或物理微環(huán)境以適應(yīng)不同的細(xì)胞和不同的應(yīng)用。例如，可容易地將聚合物功能化，使其含有不同的生物活性基團(tuán)，以便可以調(diào)節(jié)化學(xué)微環(huán)境以適應(yīng)不同的細(xì)胞和不同的應(yīng)用。
[0089]在步驟504中，可將所述水溶液注射到所述位點(diǎn)?？扇菀椎匦揎椝z的表面，以使其能夠粘附在注射位點(diǎn)以防止細(xì)胞流失。在步驟506中，可在所述位點(diǎn)處形成具有所述經(jīng)調(diào)節(jié)的性質(zhì)的水凝膠。例如，可容易地針對不同的應(yīng)用調(diào)節(jié)水凝膠的降解性。
[0090]參見圖6，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用可注射水凝膠作為組織相互作用表面的方法600的示例性非限制性工藝流程圖。手術(shù)后組織粘連是外科手術(shù)中常見而嚴(yán)重的并發(fā)癥，其可引起嚴(yán)重的疼痛、炎癥或不育。目前預(yù)防粘連的臨床實(shí)踐包括使用聚合物溶液、預(yù)制水凝膠、可溶脹水凝膠膜、固體薄片或原位水凝膠來阻止粘連。
[0091]聚合物溶液的缺點(diǎn)是它容易從注射位點(diǎn)流走，因此用于特定手術(shù)位點(diǎn)的抗粘連并不理想。至于預(yù)制凝膠、凝膠膜和固體薄片，則很難完全覆蓋手術(shù)位點(diǎn)。原位水凝膠是理想的抗粘連材料，因?yàn)樗苋菀椎馗采w整個(gè)手術(shù)位點(diǎn)。
[0092]根據(jù)方法600，可注射水凝膠也可用于這個(gè)目的。在步驟602中，調(diào)節(jié)水凝膠的表面性質(zhì)。針對特定的應(yīng)用，也可調(diào)節(jié)非表面性質(zhì)?？烧{(diào)節(jié)水凝膠的降解時(shí)間，以使水凝膠維持足夠長的時(shí)間以防止粘連，并最終在傷口愈合之后消失。除了抗粘連，還可控制凝膠化時(shí)間，使其非常快(幾秒內(nèi))以便可用所述凝膠來止血。
[0093]在步驟604中，可將至少包含緩沖液和水凝膠前體的水溶液注射到人體的位點(diǎn)。在步驟606中，形成具有可控表面性質(zhì)的水凝膠?？商幚硭鏊z的表面，使其既與組織相容，又可防止組織在水凝膠上生長或生長至水凝膠中。
[0094]實(shí)驗(yàn)
[0095]以下實(shí)施方案是示例性的，或用于說明以上描述的原理的應(yīng)用。應(yīng)注意，以下提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不限制實(shí)施方案的范圍。相反，以下數(shù)據(jù)僅用于舉例說明如何針對不同應(yīng)用來調(diào)節(jié)水凝膠的性質(zhì)。對聚合物材料、細(xì)胞系、模式動(dòng)物、以及具體實(shí)驗(yàn)程序(例如pH、同滲質(zhì)量摩爾濃度等)的選擇僅用于說明。
[0096]水凝膠的生物相容性
[0097]細(xì)胞相容性
[0098]使用由108kDa乙烯砜化透明質(zhì)酸(HA-VS)和硫醇化透明質(zhì)酸(HA-SH)構(gòu)成的水凝膠作為示例以展示所述水凝膠對于細(xì)胞的生物相容性。
[0099]將修飾程度(DM)為18 %的HA-VS和HA-SH以2 % w/v溶解于細(xì)胞培養(yǎng)基中。通過混合所述兩種聚合物形成凝膠。將所述凝膠放置于NIH3T3細(xì)胞上，在96孔板中培養(yǎng)，并孵育I天。利用活/死檢驗(yàn)將細(xì)胞染色以檢驗(yàn)其活力，如圖7所示。
[0100]參見圖7，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用水凝膠孵育后的NIH3T3細(xì)胞的示例性非限制性典型活/死檢驗(yàn)圖像700。由該圖可以確定，大部分細(xì)胞是活的。以702標(biāo)記的區(qū)域是唯一明顯含有死細(xì)胞的區(qū)域。因此，所述水凝膠基本上是生物相容性的，實(shí)際上不會(huì)在細(xì)胞中引起任何不良反應(yīng)。
[0101]細(xì)胞包裹相容性
[0102]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明細(xì)胞在被包裹到水凝膠中后仍保持存活。這個(gè)性質(zhì)對于細(xì)胞輸送/組織工程應(yīng)用是至關(guān)重要的。
[0103]使用由DM為18%的108kDa HA-VS和HA-SH構(gòu)成的水凝膠作為示例。
[0104]將HA-SH以2% w/v溶解于細(xì)胞培養(yǎng)基中。先將HA-VS以較高濃度溶解于細(xì)胞培養(yǎng)基中，并與約16個(gè)細(xì)胞混合以使最終濃度也達(dá)到2%。然后，將HA-SH聚合物溶液和HA-VS/細(xì)胞溶液混合，并在96孔板上接種。在細(xì)胞培養(yǎng)基的存在下，將細(xì)胞在凝膠中培養(yǎng)2天，然后對其進(jìn)行活/死檢驗(yàn)，如圖8所示。
[0105]參見圖8，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的在水凝膠中培養(yǎng)的細(xì)胞的示例性非限制性典型的活/死檢驗(yàn)圖像800。如區(qū)域802、804和806所示，在被包裹到水凝膠中時(shí)，細(xì)胞仍然存活。
[0106]體內(nèi)相容性
[0107]本示例說明了:形成原位凝膠的過程以及與水凝膠的長期接觸均與動(dòng)物的皮膚相容。
[0108]使用由DM為39%的108kDa HA-VS和HA-SH構(gòu)成的水凝膠作為示例。
[0109]將HA-VS和HA-SH以4 % w/v溶解于PBS中?；旌虾螅瑢⒒旌衔镅b載在注射器中，并用30號針皮下注射到SD小鼠中。
[0110]圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的顯示小鼠皮膚細(xì)胞耐受水凝膠的示例性非限制性圖像。3周后處死小鼠(圖像900)。將與凝膠902鄰近的皮膚組織固定并用H&E染色(圖像904)。如圖像904所示,小鼠皮膚細(xì)胞耐受所述凝膠。
[0111]控制水凝膠的凝膠化時(shí)間
[0112]可通過多種因素控制水凝膠的凝膠化時(shí)間。這些因素的例子包括:反應(yīng)pH、溫度、聚合物的選擇、聚合物的濃度、修飾程度等等。
[0113]使用HA-VS和HA-SH、乙烯砜化右旋糖酐(dex-VS)、硫醇化右旋糖酐(dex-SH)和乙烯砜化聚乙烯醇(PVA-VS)作為示例。將聚合物溶解于緩沖液中，并將其與配對物混合以形成水凝膠。通過試管反轉(zhuǎn)測試確定凝膠化時(shí)間。除非特別說明，否則將聚合物溶液的pH保持在7.4。
[0114]參見圖10，所示是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的使用不同參數(shù)組合可獲得不同凝膠化時(shí)間的示例性非限制性表格1000。但是，應(yīng)注意，每個(gè)凝膠化時(shí)間類別下的組合僅作為示例。還存在許多其他可能的組合。根據(jù)特定的應(yīng)用來選擇合適的條件。
[0115]控制溶脹
[0116]體外溶脹測試
[0117]溶脹比定義為溶脹后的凝膠的體積與溶脹前的凝膠的體積之比?？赏ㄟ^控制修飾程度和聚合物濃度來控制水凝膠的溶脹。
[0118]使用DM為20%的HA-VS和HA-SH作為示例來說明可將溶脹比控制在I左右(如圖11所示)。
[0119]將HA-VS和HA-SH溶解于PBS中。將同樣濃度的聚合物配對物混合并形成水凝膠。隨后使水凝膠在PBS中溶脹以達(dá)到平衡溶脹。稱量溶脹前后的水凝膠的重量以用于計(jì)算體積的變化，并假定水凝膠的體積是聚合物的體積與PBS的體積之和。
[0120]參見圖11，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過混合DM為20%的HA-VS和HA-SH而制得的水凝膠的溶脹比的示例性非限制性示意圖1100。
[0121 ] 在另一個(gè)示例中，使用DM為8 %的HA-VS和DM為4 %的dex_SH來說明可將溶脹比控制在2左右(如圖12所示)。
[0122]將同樣濃度的聚合物配對物混合以形成水凝膠。隨后使水凝膠在PBS中溶脹以達(dá)到平衡溶脹。稱量溶脹前后的水凝膠的重量以用于計(jì)算體積的變化，并假定水凝膠的體積是聚合物的體積與PBS的體積之和。
[0123]參見圖12，所示是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的通過混合DM為8%的HA-VS和DM為4%的dex-SH而制得的水凝膠的溶脹比的示例性非限制性示意圖1200。
[0124]體內(nèi)膨脹
[0125]本示例用于說明在注射到人體中之后，原位水凝膠能夠形成新的體積(而不是擴(kuò)散離開注射位點(diǎn))。這些新制劑還能比現(xiàn)有的皮膚填充劑(例如，JUVERDERMRESTYLANE-)更好地控制溶脹以及具有更長期的擴(kuò)充效果。
[0126]將兩種具有不同力學(xué)性質(zhì)(儲(chǔ)能模量為~100Pa和~6000Pa)的制劑皮下注射到小鼠中，以評估水凝膠的體內(nèi)擴(kuò)充效果。使用卡尺測量水凝膠的尺寸。
[0127]實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，注射后的凝膠確實(shí)能夠使體積膨脹。圖13中的圖像1302示出了溶脹的圖像。
[0128]圖13是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的兩種制劑的體內(nèi)膨脹及壽命與市場上已有的填充劑相比的示例性非限制性圖1300。與現(xiàn)有的.丨UVERDERM'k和RESTYLANE在嚙齒動(dòng)物中的體內(nèi)擴(kuò)充效果數(shù)據(jù)(見 Hillel 等,Dermatological Surgery38, 471-478, 2012)相比，這兩種水凝膠制劑均能更好地控制溶脹(更小的誤差棒)并更慢地降解。
[0129]控制網(wǎng)格尺寸
[0130]網(wǎng)格尺寸的體外測定
[0131]本示例說明了可以通過改變修飾程度和聚合物濃度來控制水凝膠網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格尺寸。
[0132]可根據(jù)P印pas圖式聚合物溶脹模型來計(jì)算網(wǎng)格尺寸:

【權(quán)利要求】
1.一種材料,包括: 含有多個(gè)乙烯砜的分子；以及 含有多個(gè)親核試劑的分子， 其中所述材料溶解于緩沖溶液以形成水溶液，以及 其中所述水溶液在施用至身體的空間后發(fā)生凝膠化，并具有可控的凝膠化時(shí)間、可控的溶脹比、可控的降解時(shí)間和可控的力學(xué)性質(zhì) 中的至少一種，以促進(jìn)填充所述空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中基于所述水溶液的pH、所述水溶液的溫度、所述水溶液中所述含有多個(gè)乙烯砜的分子的濃度、所述水溶液中所述含有多個(gè)親核試劑的分子的濃度、所述含有多個(gè)乙烯砜的分子的修飾程度、所述含有多個(gè)親核試劑的分子的修飾程度、或者不同分子的組合來控制所述凝膠化時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中基于所述水溶液的pH、所述水溶液的溫度、所述水溶液中所述含有多個(gè)乙烯砜的分子的濃度、所述水溶液中所述含有多個(gè)親核試劑的分子的濃度、所述含有多個(gè)乙烯砜的分子的修飾程度、所述含有多個(gè)親核試劑的分子的修飾程度、或者不同分子的組合來控制所述溶脹比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中基于所述水溶液的pH、所述水溶液的溫度、所述水溶液中所述含有多個(gè)乙烯砜的分子的濃度、所述水溶液中所述含有多個(gè)親核試劑的分子的濃度、所述含有多個(gè)乙烯砜的分子的修飾程度、所述含有多個(gè)親核試劑的分子的修飾程度、或者不同分子的組合來控制所述降解時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中基于所述水溶液的pH、所述水溶液的溫度、所述水溶液中所述含有多個(gè)乙烯砜的分子的濃度、所述水溶液中所述含有多個(gè)親核試劑的分子的濃度、所述含有多個(gè)乙烯砜的分子的修飾程度、所述含有多個(gè)親核試劑的分子的修飾程度、或者不同分子的組合來控制所述力學(xué)性質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中當(dāng)所述含有多個(gè)乙烯砜的分子與所述含有多個(gè)親核試劑的分子形成共價(jià)鍵時(shí)，所述水溶液發(fā)生所述凝膠化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中所述含有多個(gè)乙烯砜的分子包括含有至少兩個(gè)乙烯砜基團(tuán)的聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中所述含有多個(gè)親核試劑的分子包括含有至少兩個(gè)親核試劑基團(tuán)的聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中所述含有多個(gè)親核試劑的分子含有巰基或胺基。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中所述水溶液還包括鹽、有機(jī)溶劑、或治療性試劑。
11.一種方法，包括: 將含有多個(gè)乙烯砜的分子和含有多個(gè)親核試劑的分子溶解在水中以形成水溶液； 將所述水溶液注射至身體的空間；以及 在經(jīng)過凝膠化時(shí)間后在所述空間處形成水凝膠以促進(jìn)填充所述空間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括控制所述水凝膠的所述凝膠化時(shí)間、所述水凝膠的溶脹比、所述水凝膠的降解時(shí)間或所述水凝膠的力學(xué)性質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述形成進(jìn)一步包括共價(jià)鍵合所述含有多個(gè)乙烯砜的分子和所述含有多個(gè)親核試劑的分子。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述共價(jià)鍵合進(jìn)一步包括在pH為約5至約9、溫度為約10攝氏度至約60攝氏度或水含量為至少約百分之50中的至少一種條件下共價(jià)鍵合所述含有多個(gè)乙烯砜的分子和所述含有多個(gè)親核試劑的分子。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述注射進(jìn)一步包括用尺寸為約30號或更小尺寸的針將所述水溶液注射至所述空間。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括在所述水凝膠形成之前在所述空間處處理所述水溶液。
17.—種方法,包括: 通過將含有多個(gè)乙烯砜的分子和含有多個(gè)親核試劑的分子溶解在水中來形成水溶液； 將所述水溶液施用至身體的位點(diǎn)；以及 在施用至所述位點(diǎn)后形成與所述身體相互作用的生物相容性表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述生物相容性表面不支持鄰近的細(xì)胞在所述表面中生長或生長至所述表面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述生物相容性表面粘附或粘連至鄰近的組織。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述生物相容性表面支持鄰近的組織的健康生長。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括控制所述水凝膠的所述凝膠化時(shí)間、所述水凝膠的溶脹比、所述水凝膠的降解時(shí)間或所述水凝膠的力學(xué)性質(zhì)。
【文檔編號】C08L5/08GK104080489SQ201280059182
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】周迎, 余渝 申請人:香港科技大學(xué)