[发明专利]一种用于纤维环修复的复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种用于纤维环修复的复合水凝胶及其制备方法和应用。本申请用于纤维环修复的复合水凝胶，包括采用由末端为琥珀酰酯基团的四臂聚乙二醇、氧化透明质酸和末端为氨基的四臂聚乙二醇复合而成。本申请用于纤维环修复的复合水凝胶，由基团改性的四臂聚乙二醇和透明质酸通过活性酯交换和席夫碱反应构筑而成，对纤维环具有高效粘结和修补作用。本申请复合水凝胶具有较高的机械强度和良好的生物相容性，可促进干细胞在表面的粘附、增殖和分化，具有可控的生物降解性；为纤维环修复提供了一种新的高效、安全、机械强度高且生物相容性好的水凝胶材料。

技术领域

本申请涉及纤维环修复领域，特别是涉及一种用于纤维环修复的复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

椎间盘是一种由髓核、纤维环及上下软骨终版组成的骨组织。当纤维环出现部分缺损使髓核脱位并挤压相邻的脊神经时，会引起身体颈肩和腰腿疼痛，从而诱发椎间盘退变性疾病的产生，不仅给患者带来巨大的精神困扰，且加重其经济负担。目前，针对这类疾病的治疗方法主要分为保守治疗和手术治疗。手术治疗如椎间盘部分切除术虽能在一定程度上改善由神经压迫带来的疼痛症状，但术后愈合缓慢，且复发率较高，导致远期治疗效果欠佳。近年来，临床上尝试在椎间盘切除术后采用缝线缝合纤维环，但该方法仅能满足对纤维环缺损的物理缝合，无法实现对纤维环力学性能和生物学功能的恢复，因此亟需探索一种纤维环的生物学再生修复方法。

随着组织工程学的飞速发展，基于纤维环的组织工程技术日益受到关注，且基于纤维环修复的生物水凝胶材料也不断得以报道。水凝胶由于具有高含水量和类细胞质基质的结构与特性，成为支持细胞生长的三维组织工程水凝胶的理想材料之一。然而，传统水凝胶往往存在力学强度差，难以满足相应骨组织的机械性能要求，这导致其应用受限。因此，如何提高水凝胶力学性能的同时增强其生物相容性，最终实现对纤维环的生物学再生修复，是纤维环修复领域亟待解决的重要课题。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的用于纤维环修复的复合水凝胶及其制备方法和应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的第一方面公开了一种用于纤维环修复的复合水凝胶，其包括采用末端为琥珀酰酯基团的四臂聚乙二醇、氧化透明质酸和末端为氨基的四臂聚乙二醇(缩写Tetra-PEG-NH₂)复合而成。可以理解，本申请的复合水凝胶其关键在于末端为琥珀酰酯基团的四臂聚乙二醇、氧化透明质酸和末端为氨基的四臂聚乙二醇三者复合形成水凝胶；但是，不排除还可以在水凝胶中添加其它利于纤维环修复或者干细胞生长、粘附、增殖和分化的试剂；在此不作具体限定。

需要说明的是，本申请的复合水凝胶创造性的采用具有良好生物相容性的四臂聚乙二醇和透明质酸作为原料，通过对两者进行基团改性并借助活性酯交换和席夫碱反应来构筑氧化透明质酸(缩写OHA)和四臂聚乙二醇的复合水凝胶(缩写OHA/PEG复合水凝胶)。本申请的OHA/PEG复合水凝胶能够实现对纤维环的高效粘结和修补；并且具有较高的机械强度和良好的生物相容性，可促进干细胞在表面的粘附、增殖和分化，具有可控的生物降解性；为纤维环修复提供了一种新的高效、安全、机械强度高且生物相容性好的水凝胶材料。

本申请的一种实现方式中，复合水凝胶由含有末端为琥珀酰酯基团的四臂聚乙二醇和氧化透明质酸的第一溶液，和含有末端为氨基的四臂聚乙二醇的第二溶液复合而成。可以理解，第一溶液和第二溶液所采用的溶剂均为能够有效溶解以上各组分的溶剂，并且具有生物安全性；本申请的一种实现方式中具体采用的是PBS缓冲液作为第一溶液和第二溶液的溶剂，更具体的采用的是浓度10mM、pH＝7.4的PBS缓冲液。

本申请的一种实现方式中，第一溶液中末端为琥珀酰酯基团的四臂聚乙二醇和氧化透明质酸的浓度分别为5～25％(w/v)；第二溶液中末端为氨基的四臂聚乙二醇的浓度为5～30％(w/v)；第一溶液和第二溶液的体积比为1:1～1:5。

本申请的一种实现方式中，氧化透明质酸的分子量为10～1000KDa，氧化开环程度为10％～50％。