[发明专利]一种用于骨-软骨综合修复的原位成型可注射水凝胶

说明书

本发明公开了一种用于骨‑软骨综合修复的原位成型可注射水凝胶。它是以γ‑聚谷氨酸(γ‑PGA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为主要原料，在4‑二甲氨基吡啶(DMAP)的催化作用下生成甲基丙烯酰化γ‑聚谷氨酸(mPGA)，然后将mPGA和四臂聚乙二醇巯基(4 arm PEG SH)混合均匀后原位成型即可得到用于骨‑软骨综合修复的水凝胶。本发明的原位成型可注射水凝胶具有良好的可注射性、体内成型性、生物相容性和可降解性，在骨和软骨不规则病损修复领域具有较大的应用潜力。

技术领域

本发明属于生物医用高分子材料领域和有机化学的交叉领域，更具体地，涉及一种用于骨-软骨综合修复的原位成型可注射水凝胶。

背景技术

骨和软骨组织缺损是一种常见于骨外伤、骨结核和骨肿瘤的继发性损害，具有发病率高、病程长、并发症多等特点。通常，小范围骨和软骨组织缺损机体可以代偿性修复，大体积病损可以采用自体骨移植、异体骨移植和人造骨组织工程支架移植等方法进行结构和功能重建。自体骨移植是国际公认的骨修复金标准，在整合修复受损组织方面效果显著。但是自体骨移植可提供的骨移植物十分有限，且不可避免的对患者造成二次伤害。近年来，基于生物医用高分子的新型骨组织修复支架材料取得了较大的发展。高分子水凝胶是一类由物理或化学交联方式形成的具有三维网络结构的聚合物体系。高分子水凝胶具有与机体组织细胞外基质相似的三维网络结构，且生物相容性和生物活性良好，对骨和软骨组织再生具有潜在的促进作用。

骨科医生对接诊病人进行影像学检查时常发现骨和软骨组织缺损形态极不规则，常规骨移植物在形态、大小、塑型等方面均难以满足手术填补的需求。可注射水凝胶在解决上述问题方面具有极大的优势。可注射水凝胶前驱体溶液为非牛顿流体，在注射入骨和软骨组织缺损区域后能快速固化成型，实现缺损区域无死角填充。目前，可注射水凝胶的制备原理主要包括光引发、麦克尔加成反应和点击反应等。

γ-聚谷氨酸是由芽孢杆菌发酵制备的一种高分子聚合物。张超等证实γ-聚谷氨酸对软骨细胞无明显的细胞毒性，可用于修复骨和软骨组织缺损。聚乙二醇是一种人工合成的高分子材料，具有良好的成凝胶性能。现有技术中以γ-聚谷氨酸和聚乙二醇为主要原料制备水凝胶材料时需引入一定量的化学交联剂如戊二醛、环氧氯丙烷、京尼平、乙二醇二缩水甘油酯等，反应后残余的交联剂对机体具有潜在的毒性效应，难以满足可注射水凝胶材料生物相容性的一般要求。对γ-聚谷氨酸和聚乙二醇进行化学改性，得到甲基丙烯酰化γ-聚谷氨酸和四臂聚乙二醇巯基，有望解决上述问题，获得一种新型可注射骨修复水凝胶材料。

目前还未见到有关制备基于甲基丙烯酰化γ-聚谷氨酸和四臂聚乙二醇巯基的原位成型可注射骨修复水凝胶材料的报道。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于骨-软骨综合修复的原位成型可注射水凝胶，通过以γ-聚谷氨酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯为主要原料制备得到甲基丙烯酰化γ-聚谷氨酸，然后与四臂聚乙二醇巯基按照一定的比例溶于缓冲液中，得到可注射水凝胶前驱体溶液；该前驱体溶液可进一步原位固化成型得到用于骨-软骨综合修复的水凝胶。本发明的原位成型可注射水凝胶具有良好的可注射性、体内成型性、生物相容性和可降解性，在骨和软骨不规则病损修复领域具有较大的应用潜力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于骨或软骨修复的原位成型可注射水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将γ-聚谷氨酸(γ-PGA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、4-二甲氨基吡啶(DMAP)溶解于pH为7.0～9.0的缓冲液中，搅拌条件下使之交联得到交联溶液；

(2)将所述步骤(1)得到的交联溶液转移到透析袋中，采用去离子水透析去除分子量不满足预先设定要求的小分子物质，然后采用离心去除未溶杂质，取出上清液经冷冻干燥后得到甲基丙烯酰化γ-聚谷氨酸(mPGA)；