[发明专利]声学细胞外基质水凝胶及其用途

说明书

本文中公开了制造哺乳动物声学细胞外基质(ECM)水凝胶的方法。在另外的实施方案中，公开了使用所公开的方法制造的哺乳动物声学ECM水凝胶。还公开了哺乳动物声学ECM水凝胶，其中所述水凝胶是热致可逆的。还公开了使用这些声学ECM水凝胶的方法。

相关申请的交叉引用

本发明要求2019年3月13日提交的美国临时申请62/817,787和2019年12月19日提交的美国临时申请62/950,565的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及水凝胶领域，具体地涉及使用超声从哺乳动物细胞外基质(ECM)制造的声学ECM水凝胶及其用途。

背景技术

由纯化的ECM组分例如胶原、透明质酸、丝纤蛋白、层粘连蛋白和纤连蛋白组成的水凝胶已广泛用于组织工程应用。然而，这些纯化的单组分ECM生物材料缺乏天然组织ECM的复杂生物化学。整个组织或器官的脱细胞化(decellularization)提供了另一种采集ECM的方法，该方法保留了天然组织ECM的生物化学。ECM应用的主要进步是形成水凝胶的能力，从而扩展了ECM的临床适应性。由ECM制造水凝胶的已知技术主要专注于用酸性溶液中的酸蛋白酶消化ECM材料；使用α-淀粉酶消化以制造ECM泡沫；或使用离液提取缓冲液和长透析程序。根据这种技术制得的ECM水凝胶不可避免地发生蛋白质降解和变性，从而减弱ECM分子的全部补体(full complement)和组织特异性ECM组分的生物活性。此外，制造ECM水凝胶的基于酶的方法需要24-72小时的长孵育时间以实现ECM组分的充分溶解。需要在不使用酸性或碱性溶液和蛋白酶消化的情况下形成ECM水凝胶的方法。

发明内容

本文公开了用于制造生物相容的哺乳动物声学细胞外基质(ECM)水凝胶的方法。这些方法包括在30至43℃的温度下，用频率为约20kHz至约100kHz的超声将浓度为25毫克/毫升至600毫克/毫升在液体中的哺乳动物ECM溶解在液体如缓冲盐水溶液中足够长的时间以制造液相中的声学ECM水凝胶。在一些实施方案中，所述方法包括将液相中的声学ECM水凝胶冷却至37℃或更低的温度以制造凝胶相中的声学ECM水凝胶。在另外的实施方案中，公开了使用所公开的方法制造的声学ECM水凝胶。

还公开了热致可逆的声学ECM水凝胶。在一些非限制性实例中，声学ECM水凝胶在低于约37℃的温度处于固相，并且在高于约37℃的温度处于液相。这些水凝胶由哺乳动物ECM制造。

还公开了使用这些声学ECM水凝胶的方法。

从参考附图进行的数个实施方案的以下详细描述中，本发明的前述和其它特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1A-1D：使用声处理制备声学ECM水凝胶。(A)在15毫升锥形管中粉碎的真皮ECM。(B)将ECM粉末再悬浮于PBS中后，将锥形管置于冰水浴中，并将声波仪探针插入管中。(C，D)在通过声处理脉冲溶解ECM之后，将预凝胶溶液移液至3D模具中或在特氟龙片上薄薄地铺展，并在≤37℃的温度孵育以诱导胶凝。

图2A-2D：声学ECM水凝胶、冻干凝胶、超薄ECM片和ECM油灰(putty)的典型图像。(A)浇铸为圆柱体的声学ECM水凝胶。(B)冻干的声学ECM水凝胶保持其3D形态。(C)通过将ECM凝胶浇铸在特氟龙片上制备的超薄声学ECM片。(D)通过声处理浓度低于25毫克/毫升的ECM制备的ECM油灰。

图3：扫描电子显微照片(SEM)。通过声处理制备的ECM水凝胶显示出有纹理的和纤维状的表面。

图4A-4B：流动扫描(flow sweep)。在(A)25℃，(B)4至37℃和37至4℃，在声学ECM凝胶上进行稳态流动扫描测试。将恒定应力施加到凝胶上，并测量所产生的变形。数据显示凝胶的粘度随着更大的应力而降低，这暗示剪切稀化材料。