光交聯(lián)材料、光交聯(lián)材料形成的水凝膠及制備方法和用圖
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光交聯(lián)材料、該光交聯(lián)材料形成的水凝膠及其制備方法和用途。
【背景技術】
[0002] 由于創(chuàng)傷及病變造成的人體內(nèi)組織缺損，需要生物材料提供組織生長的支持，同 時這些生物材料也能夠作為細胞及再生因子的運輸載體。然而，體內(nèi)的創(chuàng)傷形狀往往是不 規(guī)則的，通過對材料的修剪可以部分解決這個問題，但是依然存在宿主組織與移植材料不 吻合的部位，這就大大降低了移植材料與宿主組織的整合及隨后的修復效果。
[0003] 實體無形構(gòu)建（SolidFreeformFabrication)技術能夠有效解決這個問題，用于 此類技術的材料最初以粉末或者溶液狀態(tài)存在，這樣可以無需復雜的處理即可非常完美地 無縫覆蓋無規(guī)則的損傷區(qū)域，接著通過不同的聚合方法使這些粉末或者溶液形成固體或者 凝膠組織，這樣就能產(chǎn)生出與損傷組織在形狀上完全互補的支架。
[0004] 在不同的此類材料中，水凝膠因其能夠獨立提供細胞生長的液態(tài)環(huán)境而受到特別 的關注。目前，已發(fā)展出多種不同條件激活的水凝膠成型技術，包括溫度敏感型、PH敏感型 等等。溫度敏感型材料多為合成材料，選擇有限且存在材料特性不均勻的問題。而PH敏感 材料則由于條件過于劇烈，不利于細胞運輸。
[0005] 光敏感型水凝膠技術，因其能夠?qū)υS多材料進行簡單的修飾以達到聚合的目的并 且激活條件相對溫和，近來受到特別重視。但其應用目前也存在一些問題，如：大部分光敏 感水凝膠材料都是化學合成的，細胞相容性存在問題，而且由于缺乏細胞黏附基團，造成細 胞無法貼附及生長，大大影響細胞功能。另外，目前用于光交聯(lián)的交聯(lián)劑只對紫外光敏感， 而紫外光的使用則潛在地對包含在凝膠中的細胞以及周邊宿主組織有突變作用，無法在臨 床上應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] -方面，本發(fā)明提供一種光交聯(lián)材料，由甲基丙烯酸化的含有-OH和-NH2基團的 材料構(gòu)成。
[0007] 在實施方式中，含有-OH和-NH2基團的材料可以是明膠、透明質(zhì)酸、殼聚糖等。根 據(jù)所選擇的光啟動劑的類型，本發(fā)明的光交聯(lián)材料可以在紫外光、可見光或紅外光的照射 下形成水凝膠。
[0008] -方面，本發(fā)明提供一種制備光交聯(lián)材料的方法，包括以下步驟：
[0009] 1)使含有-OH和-NH2基團的材料溶解；
[0010] 2)使所得溶液與甲基丙烯酸酐反應至少約16個小時。
[0011] 在實施方式中，含有-OH和-NH2基團的材料可以是明膠、透明質(zhì)酸、殼聚糖等。
[0012] 在實施方式中，含有-OH和-NH2基團的材料可以溶解于任何合適的溶劑和溶液 中，溶劑可以是例如水、DMSO等；溶液可以是例如PBS緩沖液、培養(yǎng)基等。
[0013] 在實施方式中，所得溶液與甲基丙烯酸酐反應約16小時以上，一般反應約16~48 個小時，優(yōu)選在攪拌中反應約16~48個小時。攪拌的方式可以是置于搖床上，或是使用攪 拌器。反應的溫度可以是約50°C以下，特別是約4°C~50°C，例如室溫條件下，優(yōu)選能夠保 持材料處于液態(tài)的溫度，例如約30°C~50°C，特別優(yōu)選約37°C。
[0014] 在實施方式中，根據(jù)材料的不同，反應時含有-OH和-NH2基團的材料與甲基丙烯 酸酐的摩爾比也不同。含有-OH和-NH2基團的材料是明膠時，步驟（2)中其與甲基丙烯酸酐 的摩爾比為約1:10~1:50,例如可以是約1:10~1:40、1:10~1:30、1:10~1:20、1:20~ 1:50、1:20 ~1:40、1:20 ~1:30、1:30 ~1:50、1:30 ~1:40、1:40 ~1:50,例如 1:10、1:20、 1:30、1:40或1:50,優(yōu)選為約1:20。含有-OH和-NH2基團的材料是透明質(zhì)酸時，步驟（2)中 其與甲基丙烯酸酐的摩爾比可以是約2:1~1:2,例如可以是約2:1~1:1、1:1~1:2,例 如約2:1、1:1或1:2，優(yōu)選為約1:1。含有-OH和-NH2基團的材料是殼聚糖時，步驟（2)中 其與甲基丙烯酸酐的摩爾比可以是約2:1~1:2,例如可以是約2:1~1:1、1:1~1:2,例 如約2:1、1:1或1:2,優(yōu)選為約1:1。
[0015] 在實施方式中，在步驟2)之后，可以對得到的光交聯(lián)材料進行純化，以除去雜質(zhì)。 例如可以采用透析的方式進行純化，以除去小分子。
[0016] 在實施方式中，反應混合物可以直接以溶液形式存在，也可以凍干成固體以備后 用。
[0017] 一方面，本發(fā)明提供一種水凝膠，由上述光交聯(lián)材料形成。
[0018] 在實施方式中，由光交聯(lián)材料溶液到水凝膠的過程不可逆。形成的水凝膠在 約-20°C~60°C下不溶解。
[0019] 一方面，本發(fā)明提供由上述光交聯(lián)材料制備水凝膠的方法，包括以下步驟：
[0020] 1)將光啟動劑在避光下溶解于上述光交聯(lián)材料的透明溶液中；
[0021] 2 )對所得溶液進行光照。
[0022] 在實施方式中，光交聯(lián)材料的透明溶液可以是光交聯(lián)材料的水溶液、PBS溶液、培 養(yǎng)基溶液等。該透明溶液可以是如上所述直接制備得到的光交聯(lián)材料溶液，也可以是將光 交聯(lián)材料凍干固體再次溶解而得到的溶液。當光交聯(lián)材料為甲基丙烯酸化的明膠時，其在 透明溶液中的濃度可以為約6% (w/v)以上，優(yōu)選為約6%~20% (w/v)，例如可以是約6%、 8%、10%、12%、14%、16%、18%或20%等。當光交聯(lián)材料為甲基丙烯酸化的透明質(zhì)酸時，其在透 明溶液中的濃度可以為約1% (w/v)以上，優(yōu)選為約1%~3% (w/v)，例如可以是約1%、1. 5%、 2%、2. 5%或3%等。當光交聯(lián)材料為甲基丙烯酸化的殼聚糖時，其在透明溶液中的濃度可以 為約1% (w/v)以上，優(yōu)選為約1%~10% (w/v)，例如可以是約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、 9%或10%等。
[0023] 在實施方式中，光啟動劑可以是任何合適的光啟動劑，例如可見光啟動劑、紫外光 啟動劑、紅外光啟動劑或敏感波長跨越可見光、紫外光和紅外光中的兩者或三者的光啟動 齊U。其中，光啟動子劑的實例可以是苯基_2, 4, 6-三甲基苯甲酰亞膦酸鋰（lithiumphenyl -2, 4, 6-trimethylbenzoylphophinate，LAP)或 2-羥基-4- (2-輕乙氧基）-2-甲基苯丙酮 (12959)。光啟動劑的加入量可以是光交聯(lián)材料透明溶液的0.1~1% (w/v)。
[0024] 在實施方式中，光啟動劑與光交聯(lián)材料透明溶液混合的溫度可以是室溫以上，例 如 37。。。
[0025] 在實施方式中，水凝膠的形成是不可逆的，并且可以通過調(diào)整光照時間來控制水 凝膠的強度。
[0026] 在實施方式中，如果要在所得的水凝膠中包裹細胞或其他作用因子，則將光交聯(lián) 材料透明溶液的pH調(diào)節(jié)為6. 5~8,優(yōu)選為7. 4。
[0027] 在實施方式中，在步驟2)之前，可以將細胞或其他作用因子加入溶液中。此處，其
[0028] 在實施方式中，在步驟2)之前，將光交聯(lián)材料的透明溶液注射到損傷組織或模子 中。
[0029] 在實施方式中，用于照射光交聯(lián)材料的光可以是可見光、紫外光或紅外光。
[0030]另一方面，本發(fā)明提供光交聯(lián)材料及其形成的水凝膠作為組織修復材料的用途。
[0031] 在實施方式中，組織包括皮膚、軟骨、骨、外周神經(jīng)、腦、脊髓、肌腱等。
[0032] 本發(fā)明提供的光交聯(lián)材料由常見材料通過簡單步驟制得，在光啟動劑的存在下， 這種光交聯(lián)材料可以方便地在光照下瞬時形成水凝膠。本發(fā)明的水凝膠具有良好的組織整 合功能和極佳的生物相容性，并且能使干細胞在其中快速增殖并高效表達自身基因。當應 用于組織修復時，可以選用可見光光啟動劑來形成水凝膠，則整個過程對于細胞和組織沒 有損傷。而且本發(fā)明中光交聯(lián)材料形成水凝膠的過程是不可逆的，在損傷組織中不會因體 溫而溶解。因此，由本發(fā)明光交聯(lián)材料制得的水凝膠可