[发明专利]一种pH葡萄糖双敏感水凝胶的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种基于亚胺和苯硼酸酯两种动态共价键交联的具有pH/葡萄糖双响应性、可注射性和自修复性的壳聚糖基水凝胶的制备方法，以及该水凝胶作为药物载体和组织工程支架材料的应用。

背景技术

水凝胶是由水溶性或亲水性高分子通过化学交联(共价键、离子键)或者物理交联(氢键、范德华力、物理缠绕)形成的三维网络结构，性质柔软，能在水中溶胀，吸收大量水的同时能保持一定的形状，具有柔软性和弹性，类似于活体组织，在生物医药领域有广泛的应用(Adv.Drug Delivery Rev.2001，53，19；Drug Discovery Today 2002，7，569.)。

水凝胶可作为双目标载体，即组织再生中细胞的支撑材料和药物控制释放载体，实现细胞和药物双效治疗。本着微创医疗和可注射组织工程的目的，原位凝胶体系受到了广泛的关注。凝胶基体在注射前将生物分子或者细胞混合在溶液中，经注射可以将负载了生物分子或细胞的支架材料植入到需要部位，凝胶化后，便成为药物制剂中的药物释放基点或组织再生的细胞生长基点，避免了手术植入的痛苦和繁琐，且原位细胞固定也有利于填充一个不规则的组织缺陷(Chem.Soc.Rev.2008，37，1473.)。

自修复水凝胶在破损后能够自动修复，具有类似于某些生物系统的性质。作为一种新型功能材料，在生物医药如药物释放和组织工程领域引起了广泛的兴趣。与传统凝胶不同，在注射后破损的自修复凝胶碎块能再生成一个整体的网络，停留在目标位点，提高药物释放的效率。

向高分子主链引入具有环境响应性的官能基团可以构筑环境响应性水凝胶，即智能水凝胶。智能水凝胶能对环境刺激做出响应，如pH、温度、离子强度、生化信号和磁场等，实现对药物的控制释放。针对不同生理微环境中的刺激信号设计具有环境响应性的智能药物释放载体，能够有效提高药物的生物利用度，降低毒副作用，增强治疗效果。具有pH/葡萄糖响应性的水凝胶在糖尿病药物和抗肿瘤药物释放体系具有十分重要的意义和应用前景。

使用动态共价键构筑的水凝胶(即动态键凝胶)在具有较高机械强度的同时还具有可注射性和自修复性能，且由于敏感基团是化学键，从而极大的拓宽了可选择高分子材料的范围，可构筑具有多重响应性的水凝胶。到目前为止，酰腙键、烷氧胺键、双硫键、三硫酯、DA反应等均已应用于动态材料的合成中。

随着生物医药技术的迅速发展，对于水凝胶材料提出了更新更高的要求：(1)具有良好的生物相容性和生物降解性，不引起细胞坏死和炎症反应，不需手术取出；(2)能原位形成凝胶，可通过注射方式植入体内，避免手术植入的痛苦和繁琐；(3)具有较好的环境响应性，设计精细结构，能够根据生理微环境的差别调节所包覆分子的释放速度，实现可控释放；(4)具有一定的机械强度和自修复能力，能够承受体内和外界的挤压和摩擦，破损后能够自动修复。目前的报道中，很少同时考虑这些性能，尤其是关于集多重环境响应性、可注射性和自修复性能三效合一的水凝胶材料的制备及其在药物载体中的应用探索还未见报道。因此，制备集多重环境响应性、可注射性和自修复性能三效合一的水凝胶材料，研究其在生物医学领域中的应用具有是十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的之一是提供一种pH葡萄糖双敏感水凝胶的制备方法，目的之二是提供该水凝胶在生物医学领域中的应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种pH葡萄糖双敏感水凝胶的制备，包括以下步骤：A.将苯硼酸改性的壳聚糖及其衍生物溶于水，得到溶液a；B.将含有多羟基和醛基官能团的交联剂溶于水，得到溶液b；C.将上述溶液a与溶液b混合，搅拌后，形成水凝胶；所述步骤A中的苯硼酸改性的壳聚糖及其衍生物的结构式为：

其中，R为H或CH2OH；R’为HNC＝O)或R”为甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、卤素、羟基、羟甲基、酯基中的一种；n＝9～200。

在人体内，正常组织和病变部位的生理微环境存在差别，如糖尿病人体内的葡萄糖浓度偏高；而在肿瘤部位，由于肿瘤细胞的代谢比正常细胞旺盛，其摄取葡萄糖能力是正常细胞的10倍左右，细胞内葡萄糖浓度高于正常细胞。糖酵解最终产物为乳酸，肿瘤细胞内pH值低于正常生理pH值。