[发明专利]一种可注射软骨修复水凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可注射软骨修复水凝胶，所述水凝胶包含如下重量份的组分：甲基丙烯酸酯化明胶5～15份、甲基丙烯酸酯化透明质酸1～10份、纳米纤维素1～2份、负载2‑([1,1‑联苯]‑4‑基氨基甲酰)苯甲酸的黑色素纳米粒子0.1～0.5份。本发明的水凝胶以邻苯二酚官能化网络充当顺磁性金属离子螯合的支架，合成的黑色素基材料具有出色的生物相容性和协调孤立的顺磁性金属中心的能力，负载促软骨修复小分子化合物载2‑([1,1‑联苯]‑4‑基氨基甲酰)苯甲酸，将纳米粒分散到可注射水凝胶中，能够显著诱导骨髓间充质干细胞向软骨分化，具有极强的促进软骨形成作用，同时实现MRI、光声和光热多种成像模式检测软骨修复情况，从而增强在医学临床中的应用。

技术领域

本发明涉及一种可注射软骨修复水凝胶及其制备方法，属于生物医学工程材料领域。

背景技术

近年来，随着人口老龄化加速，越来越多的人为关节软骨损伤而烦恼。关节软骨可能会因为运动时受到挫伤，或是车祸等意外事件造成机械性伤害，使关节软骨破损掉落。由于软骨本身自行修护的能力非常弱，是一种无壁和无血管的组织，它的再生常因其天生缺乏足够的愈合反应能力而受到损害。一旦受到损害，就无法自行复原，渐渐地磨损，等腐蚀到软骨下方的骨头时，就会有疼痛、肿胀等现象产生，限制了病人的运动能力。如果关节软骨损伤过度，到了不堪使用时，只有进行全膝关节置换手术，将破损不堪的关节锯下，以其他材料取代。

临床上膝关节软骨修复有多种方法可供选择，如关节镜下清创术、微骨折术、自体或异体软骨移植、软骨细胞移植、干细胞、组织工程化软骨修复及基因治疗技术。然而，获得具有正常解剖结构和功能的天然透明软骨在临床应用中仍具有挑战性。修复后的软骨缺乏完整软骨应有的力学性能和带状组织，可能导致进一步的退化。

现有的软骨修复的方式大多是通过手术移植治疗受损关节。常见的异体移植是置换金属关节，但是金属关节会出现异体排斥，寿命短，仅有十五到二十年，届时其与骨头相接的界面就会不堪使用，患者可能需再次手术置换，增大患者的痛苦。而自体软骨虽然不会出现排斥反应，但是自体移植依赖于充分的整合和具有额外的缺陷的缺点。所以寻找一种通过恢复透明软骨来修复软骨的治疗方式迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种可注射软骨修复水凝胶及其制备方法，，该水凝胶能够显著诱导BMSCs(骨髓间充质干细胞)向软骨分化，具有极强的促进软骨形成和腱-骨愈合作用，同时该水凝胶还能能够通过MRI实时检测软骨的修复情况。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种可注射软骨修复水凝胶，所述水凝胶包含如下重量份的组分：甲基丙烯酸酯化明胶(Gel-MA)5～15份、甲基丙烯酸酯化透明质酸(HA-MA)1～10份、纳米纤维素(CNC)1～2份、负载2-([1,1-联苯]-4-基氨基甲酰)苯甲酸的黑色素纳米粒子(SMNP-KGN)0.01～0.05份。

黑色素是结构单元含有酚羟基、氨基和亚氨基的一类大分子，广泛存在于动植物体内，具有特殊的化学结构和许多优异的生物功能，如光保护特性、自由基捕获、光热转换功能等。由于类黑色素聚多巴胺中含有大量的酚羟基、氨基和亚氨基等反应活性官能团，可以作为结合点固定目标分子，例如通过氧化还原性或螯合作用与过渡金属离子结合。

小分子化合物2-([1,1-联苯]-4-基氨基甲酰)苯甲酸(kartogenin，KGN)在关节软骨治疗中对抑制软骨退变及促进软骨再生。研究发现，加入KGN后软骨细胞相关的基因产物明显增加，聚集蛋白聚糖、Ⅱ型胶原、lubricin蛋白、盘状结构域受体均增加，而骨钙蛋白表达降低，金属蛋白酶Ⅰ的抑制剂、Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖含量均增多，可以保持软骨表型并阻止基质金属蛋白酶对细胞外基质的进一步破坏。

纤维素作为地球上最丰富的可再生生物资源，具有价格低廉、产量丰富的特点，以天然纤维素为原料来获得纳米纤维素的各种制备手段已经非常成熟。纳米纤维素(CNC)是纤维素经过酸水解得到的一种纳米级纤维素结晶体。纳米纤维素作为生物高聚物增强相，具有其他增强相无可比拟的特点。