[发明专利]具有自愈合特性的硅基生物活性玻璃复合水凝胶及其制备方法与其在心肌修复中的应用

说明书

本发明提供一种具有自愈合特性的硅基生物活性玻璃复合水凝胶及其制备方法与其在心肌修复中的应用。所述硅基生物活性玻璃复合水凝胶具有由含有醛基的高分子材料和含有氨基的高分子材料通过醛基与氨基发生席夫碱反应形成亚胺键进而构成的交联凝胶网络、以及硅基生物活性玻璃均匀分散在所述凝胶网络的复合凝胶结构；所述硅基生物活性玻璃复合水凝胶中，含有醛基的高分子材料、含有氨基的高分子材料和硅基生物活性玻璃的质量百分比分别为1~10%、1~10%和0.1~1.0%。

技术领域

本发明涉及生物医学、材料技术、心肌修复以及医疗器械领域，具体涉及一种用于治疗心肌损伤的硅基生物活性玻璃复合水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

心血管疾病是目前全球范围人类死亡的最主要疾病之一。世界卫生组织(WHO)报道，尽管近年来医疗技术和医疗质量已得到明显的提升，2012年全球仍有1750万人死于心血管疾病，占死亡总人数的31％，远超过其它单病种死亡人数，甚至超过各类癌症的死亡人数总和。根据国家心血管系统疾病研究中心发布的《中国心血管系统疾病报告2014》，2013年仅急性心肌梗死患者的住院总费用高达114.7亿元。心血管系统疾病消耗巨大的医疗资源并给社会带来的负担日益加重，已成为一项重大的公共卫生问题。因此，探索有效的新方法以修复受损心血管和心肌组织并重建心脏功能已成为亟待解决的难题。

干细胞疗法被认为是治疗心梗的一种有效方法。干细胞对心梗之后的心肌细胞修复主要通过以下两种机理进行：一种机理认为干细胞可以直接分化为心肌细胞；另一种机理认为，干细胞通过旁分泌作用分泌对治疗心梗有益的分子从而对心肌细胞进行修复。干细胞心肌表型的提高，可以改善干细胞疗法治疗心梗的疗效。此外，干细胞可以分泌多种有益的旁分泌因子，来提高受损的心脏修复效果。众多研究表明，提高干细胞的旁分泌作用，可以显著提高干细胞疗法治疗心梗的疗效。但是，由于干细胞与心肌细胞的相互作用较弱，缺乏足够细胞间的交流，导致干细胞的心肌表型发展和旁分泌作用不足，限制了干细胞疗法的效果。

为了提高干细胞疗法治疗心梗的效率，多种生物材料被用来向心梗部位传输干细胞。水凝胶作为一种含水量高的高分子材料在心肌干细胞疗法中具有广泛应用，它能够在干细胞注射到目标组织以后对其进行保护。考虑到心脏是一个不断跳动的器官，具有自愈合功能的水凝胶可以在心脏频繁振动的环境当中具有更长的使用寿命。

硅基生物活性玻璃具有良好的生物活性，能在体内抑制炎症并促进成血管分化，其释放的离子能够刺激细胞分泌血管内皮生长因子(VEGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)等生长因子来刺激内皮细胞等细胞增殖和分化，从而促进血管再生，并且可以显著促进干细胞在体外的增殖和迁移，提高缺血性心肌组织中心肌细胞的活力以及细胞间的相互交流，对于改善心肌梗塞部位的状况具有良好的效果。

中国发明专利CN107115562A公布了一种可用于心肌修复的可注射水凝胶，主要成分为生物活性玻璃、海藻酸钠和葡萄糖酸内酯。该水凝胶是基于葡萄糖酸内酯促使生物活性玻璃释放钙离子与海藻酸中的羧基络合成胶，且水凝胶通过物理的静电结合因而不具有自愈合性。另外，该专利仅验证了上述复合水凝胶可用来填充心肌缺损的部位起到支撑作用并促进受损心肌成血管化，在受损心肌部位未验证其在干细胞疗法中的效果。

中国发明专利CN106267364A公布了一种海藻酸/PEDOT导电多孔支架，可以通过电刺激促进棕色脂肪干细胞向心肌细胞方向分化，但是这种方法需要额外施加电刺激，操作复杂，不利于临床实际操作。

中国专利CN109503863A公布了一种壳聚糖基温敏水凝胶负载脐带间充质干细胞(UCMSCs)应用于心肌梗塞的心脏损伤修复，但是这种水凝胶具有温敏特性，需要在冰浴混合，体温成胶，操作复杂，并且成胶时间相对太短(约3分钟)，不利于用于心肌修复的可注射水凝胶的临床使用。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于心肌修复的可注射水凝胶，该水凝胶可以提高细胞活性，改善其负载的干细胞与心肌细胞的相互作用，从而促进心肌梗死部位的心肌修复。