[发明专利]一种高强度超分子水凝胶及其制备方法和应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种生物医用材料领域，具体涉及一种可用做基因载体的高强度超分子水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

基因治疗是指将外源基因导入细胞以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病以达到治疗目的，是目前用于癌症以及先天性免疫系统疾病治疗的一种有效方法。该技术实施的关键是选择合适的基因载体及基因导入方法，进而使基因能够在细胞中获得安全、高效、可控且稳定的表达。水凝胶作为一类可用作药物或基因载体的生物医用材料，具有负载率高、可保护大分子药物免受生物体的降解或清除、以及对药物分子的可持续释放等特性，近年来已被广泛用于基因的负载和控释研究。例如，Hu等首先将DNA与PEI复合得到纳米复合物，然后再将该纳米复合物负载于葡聚糖基水凝胶基质中。由于凝胶基质的控释作用，该材料具有持续转染的效果，且在血清中仍保持了良好的基因传递能力（Journal of Materials Chemistry 2009, 19: 3189-3197）。然而，这些水凝胶基因载体的形成通常离不开高温、化学交联剂或光引发剂的使用，不利于保持被包埋基因的生物活性以及材料的生物相容性。

以α-环糊精为主体、通过主客体相互作用形成的超分子水凝胶，因其制备方便、不设计化学交联剂和引发剂、生物相容性好等优势，在基因载体领域有望得到广泛的应用。中国发明专利（专利号为：ZL200910213939.5）公开了一种新型超分子水凝胶基因载体，以Pluronic F-68为引发剂合成得到线性聚乙二醇—聚赖氨酸嵌段聚合物，然后再与α-环糊精组装得到水凝胶载体材料。但是该凝胶材料的基因转染效率很低，其最高实施例不超过20%，实际应用价值不大；且材料的设计较繁琐，合成步骤较多。中国发明专利（公开号：CN102634043A）利用聚乙二醇修饰阳离子聚合物，然后将所得共聚物与α-环糊精组装得到一类水凝胶载体材料。虽然该材料的基因转染效率得到了提高，但其降解太快，难以满足长时间持续释放基因药物的目的。

综上所述，如何在温和条件下方便地构建一类高强度、高效水凝胶基因载体材料用于持续的基因治疗，便成为当前生物医学工程领域亟待解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种高强度超分子水凝胶的制备方法，本发明还提供由该方法制得的高强度超分子水凝胶及其应用。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种高强度超分子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1）聚乙二醇—聚己内酯—聚阳离子共聚物的合成；

2）将浓度为0.5～2.0 μg/mL（微克每毫升）的核酸溶液与质量百分比浓度为6～20%的聚乙二醇—聚己内酯—聚阳离子共聚物溶液混合均匀，室温条件下静置，得到共聚物/核酸复合物溶液；

3）向步骤2）所得的共聚物/核酸复合物溶液中加入等体积质量浓度为10～20%的α-环糊精溶液，搅拌混合均匀，室温条件下静置，得到超分子水凝胶基因载体材料。

本发明中，优选的方案为所述核酸溶液的浓度为1.0μg/mL。

本发明中，优选的方案为步骤1）中聚乙二醇—聚己内酯—聚阳离子共聚物的合成方法为：

a、聚乙二醇—聚己内酯嵌段聚合物的合成

将干燥的聚乙二醇类聚合物、己内酯单体、辛酸亚锡加入到反应装置中，利用油泵在室温条件下抽真空20-40分钟；然后将反应装置密闭，油浴或电加热至100—130摄氏度，反应12-24小时；反应结束后，将产物冷却至室温，用二氯甲烷/石油醚重结晶，40-60摄氏度真空干燥，得到聚乙二醇—聚己内酯嵌段聚合物；

b、聚乙二醇—聚己内酯嵌段聚合物的活化（即聚乙二醇—聚己内酯—对甲苯磺酸酯的合成）

将干燥的聚乙二醇—聚己内酯嵌段聚合物溶解于干燥的二氯甲烷与吡啶的混合溶液中，加入对甲基苯磺酰氯，室温条件下避光反应，反应结束后，反应液用等体积的氯化氢溶液进行萃取，有机层用碱进行中和、过滤，旋转蒸发除去二氯甲烷后得到聚乙二醇—聚己内酯-对甲苯磺酸酯；

c、聚乙烯亚胺接枝聚乙二醇—聚己内酯共聚物的合成

将聚乙二醇—聚己内酯-对甲苯磺酸酯与聚乙烯亚胺溶解于去离子水中，于40～60 ℃条件下进行反应，反应结束后将混合物冷却至室温，在纯水中透析3天，得到聚乙烯亚胺接枝聚乙二醇—聚己内酯共聚物的合成，即聚乙二醇—聚己内酯—聚阳离子共聚物。