[发明专利]一种鱿鱼II型明胶双网络水凝胶的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种鱿鱼II型明胶双网络水凝胶的制备方法及应用，包括以下步骤：(1)将HAMA溶解于生物相容性介质，再向其中依次加入光敏剂I2959和鱿鱼II型明胶，得到混合液A；(2)将4‑Arm PEG‑SS溶解于生物相容性介质得到PEG溶液；(3)将PEG溶液与混合液A混合，在室温下完成双网络水凝胶中第一道网络的交联反应；(4)通过光照使水凝胶的第二道网络完成交联，得到鱿鱼II型明胶双网络水凝胶。本发明制备的双网络水凝胶具有接近人体肋软骨的高压缩强度，有利于避免胸廓的塌陷；具有可降解性，能在不添加成软骨诱导剂情况下，诱导肋软骨膜来源的软骨干/前体细胞向软骨细胞分化，提高软骨基质的表达水平，继而促进缺损肋软骨的再生修复，实现对于因创伤或整形手术等各种原因导致的肋软骨缺损的修复。

技术领域

本发明属于生物材料领域，更具体地说，涉及一种可用于修复肋软骨缺损的鱿鱼II型明胶-[4-Arm PEG-SS]-HAMA双网络水凝胶材料及其制备方法。

背景技术

自体肋软骨在临床上经常被用于畸形耳的修复、鼻部整形美容，以及颞下颌关节的再造等。通常，临床上在实施肋软骨移植术后，对供区肋软骨的缺损没有相应的修复处理。软骨的再生能力差，肋软骨缺损后难以自行修复，会导致胸廓塌陷、畸形等并发症，不仅影响了躯体外形的美观，而且使胸廓在一定程度上失去了保护内部脏器的能力，严重者还会引起患者的不适感。因此，自体肋软骨移植术供区肋软骨的修复问题应当受到足够的重视。

目前，现有的病例报道或临床研究中，对供区肋软骨缺损部位的处理措施包括：缝合保留的肋软骨膜，配合或不配合应用脂肪、自体肋软骨碎屑或者经辐照的尸体肋软骨充填缺损区的处理。但上述方法均无法真正实现肋软骨的再生，并且采用自体肋软骨碎屑或经辐照的尸体肋软骨充填的方法存在着一定的安全隐患。因此，有必要寻找一种更理想、更安全的修复材料，以期既能从机械性能上尽可能达到肋软骨的要求(有研究表明，人肋软骨的能承受的最大应力可达15MPa左右[张桂彬.正常人肋骨形态与力学特点及两种固定方式的生物力学研究.硕士,河北医科大学,2013.])，发挥维持胸廓形态、保护内脏的功能；同时，材料本身还能有一定的生物学活性，诱导肋软骨的再生修复(如诱导肋软骨膜中的软骨干/前体细胞的成软骨分化)。

水凝胶因其含水量高、具有黏弹性，能在一定程度上仿生软骨，常被用于修复关节软骨缺损的研究，但目前尚未见水凝胶用于修复供区肋软骨缺损的报道；更重要的是，修复关节区软骨缺损和肋软骨缺损时对材料的机械性能及生物性能的要求并不相同。传统的水凝胶主要是基于物理或者化学原理交联而成的单网络水凝胶，形成的水凝胶机械性能较差，特别是采用天然来源的生物材料，如胶原、明胶、海藻酸钠等制备而成的水凝胶抗压强度低，虽然可以尝试用于关节软骨表面缺损的修复研究，但通常难以满足修复替代肋软骨的机械性能要求。双网络水凝胶(double network hydrogel，DN hydrogel)的出现很好的解决了水凝胶强度差的问题。DN hydrogel是由具有很强的结构非对称性的两种聚合物形成的特殊的聚合物互穿网络，相比单一聚合物网络水凝胶在机械强度和韧性上都有了极大的提高。Jianping Gong曾报道，应用聚N,N-二甲基丙烯酰胺(PDMAAm)可与聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)(PAMPS)形成高强度DN hydrogel，其中PAMPS-1-4/PAAm-2-0.1能够承受的压缩强度高达17.2MPa。但这类水凝胶的原料是化学合成的聚合物，其存在着降解时间长、降解产物可能引起机体炎症反应等风险。应用鱼鳔I型胶原替代PAMPS也能与PDMAAm形成DN hydrogel，该水凝胶的90％压缩应力约为1.87～6.81MPa，其在兔膝关节的骨软骨缺模型中初步显示了一定的修复效果。但该水凝胶的强度仍不适于肋软骨的修复，且I型胶原不是透明软骨的主要组成成分，其参与修复的软骨常常是纤维软骨而非透明软骨(肋软骨为透明软骨)，因此，该水凝胶亦不适合修复肋软骨的缺损。