[发明专利]一种POSS-PEG杂化水凝胶、其制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种POSS‑PEG杂化水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将4‑arm‑PEG‑MAL与POSS‑SH进行Michael加成反应得到POSS‑PEG预聚物；使用基质金属蛋白酶底物肽作为交联剂与POSS‑PEG预聚物通过Micheal加成反应交联成胶，得到POSS‑PEG杂化水凝胶。本发明的POSS‑PEG杂化水凝胶机械强度好，且其机械强度可通过改变4‑arm‑PEG‑MAL分子量、POSS‑SH与4‑arm‑PEG‑MAL的摩尔比例进行精细调控，同时只需在低浓度的三乙醇胺缓冲液中制备而成，成胶时间很快，在保证基本的理化性质的前提下尽可能地降低了对其上搭载的种子细胞或药物的损害或损失。

技术领域

本发明涉及涉及组织工程领域，更特别地，涉及一种POSS-PEG杂化水凝胶及其制备方法以及用其制备的组织工程支架。

背景技术

组织工程技术在生物医学应用中拥有巨大的潜力，如修复、替换受损或患病组织的生物功能。组织工程技术成功的关键因素之一是选择一个合适的支架材料。为了实现组织重建，支架材料应当具备以下条件：(1)良好生物相容性；(2)较强的机械性能；(3)较高的孔隙率和足够的孔径；(4)生物可降解性以及合适的降解速率。

聚乙二醇(PEG)水凝胶是一类非常有吸引力的组织工程支架材料，其生物相容性好、无毒、免疫原性低、对蛋白质抗吸附，可通过肾排出体外，在体内不会有积累。PEG水凝胶的结构、力学行为及降解性可通过PEG的化学和加工条件来控制；其生物功能则可通过在PEG水凝胶内部嵌入生物活性分子来获取，例如嵌入基质金属蛋白酶(MMP)底物肽(MMP(W)_X)，使PEG水凝胶具有酶敏感性，利用种子细胞自身分泌的蛋白酶(尤其是MMPs)，促进细胞外基质降解，促使活性分子释放，有利于种子细胞在支架的生长、粘附。然而，PEG水凝胶的机械强度差，其机械强度远小于生物组织。

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种分子水平上的纳米杂化材料，分子尺寸在1-3nm之间，由核心的Si-O-Si键组成的无机骨架和外围的有机取代基组成有机-无机杂化结构，外围的有机取代基赋予了POSS良好的分子可设计。POSS纳米粒子能增强聚合物韧性、耐温性能、力学性能，且其无毒无味，具有良好的生物相容性，被认为是新一代生物医用材料。目前所研究的POSS杂化水凝胶都是通过光聚合或使用的六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等作为交联剂进行缩合反应制备得到。这些制备方法的主要缺点是所用的光引发剂、HDI、MDI等具有毒性，且反应需要在有机溶剂中进行，对材料的体外生物相容性研究只能局限于2D细胞培养中。

因此，需要开发出具有更好力学性能的水凝胶，并且在制备过程中不使用有机溶剂成胶，从而使细胞在保持最大活性的同时被封装到材料中。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种POSS-PEG杂化水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1：将马来酰亚氨基功能化的四臂聚乙二醇(4-arm-PEG-MAL)与POSS-SH进行Michael加成反应得到POSS-PEG预聚物；

S2：使用酶敏感的基质金属蛋白酶底物肽(MMP(W)_X)作为交联剂与所述POSS-PEG预聚物通过Micheal加成反应交联成胶，得到所述POSS-PEG杂化水凝胶。具体反应过程如图10的反应式所示。

在一个优选实施方案中，MMP(W)_X肽的序列为：Ac-GCRD-GPQG↓IWGQ-DGCG-NH₂。

在一个优选实施方案中，所述4-arm-PEG-MAL的分子量为10kDa～40kDa。

在一个实施方案中，S1中所述4-arm-PEG-MAL与所述POSS-SH之间的Michael加成反应在四氢呋喃中进行。