[发明专利]一种可注射型软骨修复超分子水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水凝胶技术领域，尤其涉及一种可注射型软骨修复超分子水凝 胶及其制备方法。

背景技术

软骨缺损为骨科临床常见病，关节镜检发现约60％关节有软骨缺损。如不 及时治疗，60％-75％的病变可进行性发展为骨性关节炎，严重影响患者的运动 功能，甚至终结其职业生涯。由于关节软骨没有血管神经支配，其再生能力非 常有限。因此，在生物材料及医学领域，软骨缺损修复一直是研究的热点。迄 今为止，软骨缺损修复仍未得到有效解决。自体软骨细胞移植术作为治疗关节 软骨缺损的金标准，已得到学者的公认，但存在种子细胞来源有限及二次手术 等问题，限制了该项技术在临床的广泛应用。

组织工程学的发展为修复软骨缺损开辟了新的途径。水凝胶由于其保水性 极高、细胞亲和性强等独特性质，广泛应用在软骨组织工程领域。目前临床应 用的组织工程支架如I型胶原凝胶、透明质酸凝胶、纤维蛋白凝胶等，存在如 力学性能不佳、自修复性能差、不可注射或不易固定而从缺损部位流失等缺陷， 限制了水凝胶的进一步发展。最近，有研究者利用藻朊酸盐和聚丙烯酰胺研发 出一种高弹性和高韧性的水凝胶(SunJY,Nature,2012.489:133-6)、利用带 UV固化系统的3D打印机打印出的维增强水凝胶(BakarichSE,Applied Materials&Interfaces,2014.6(18):15998-6006)，上述水凝胶均显示较好的性能， 然而由于其不具备可注射性，导致其用于临床时需体外预成型，这在临床上应 用将无法避免外科手术给病人带来的额外创伤。因此，研制一种新型的可注射 水凝胶解决上述缺陷成为近年来医学和生物材料学领域的一项重要课题。

明胶是胶原水解的产物，保留了胶原的化学结构组成，是由多种氨基酸组 成的聚合物，具有良好的吸水保水性和降解性，而且具有良好的组织粘附性， 在生物医学领域有着广泛的用途，是一种理想的组织工程材料。但明胶力学性 能不佳，降解速率难以控制，限制了其在软骨组织工程方面的应用。因此，通 过对明胶进行改性，从而增加材料的稳定性及可操作性，可为利用组织工程化 软骨治疗关节软骨缺损提供良好的细胞移植支架。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可注射型软骨修复超分子水凝胶，旨在同时解 决现有水凝胶自修复性能不佳、不可注射、不易固定而从缺损部位流失的问题。

本发明的另一目的在于提供一种超分子水凝胶的制备方法。

本发明是这样实现的，一种超分子水凝胶，包括丙烯酰化β-环糊精、明胶 和硫酸软骨素，其中，所述明胶和所述硫酸软骨素以酰胺键相连；所述丙烯酰 化β-环糊精与所述明胶中的苯环通过疏水性作用主客体结合，所述丙烯酰化β- 环糊精的丙烯酰基之间形成双键交联。

以及，一种超分子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

提供硫酸软骨素，将所述硫酸软骨素溶于水中得到硫酸软骨素溶液；

在所述硫酸软骨素溶液中添加酸液，形成酸性硫酸软骨素溶液；

在所述酸性硫酸软骨素溶液中加入交联剂进行混合处理后，加入明胶进行 第一交联反应，得到硫酸软骨素-明胶溶液；

在所述硫酸软骨素-明胶溶液中加入丙烯酰化β-环糊精，混匀处理后加入光 引发剂，得到β-环糊精/明胶/硫酸软骨素预聚液；

将所述β-环糊精/明胶/硫酸软骨素预聚液进行紫外光照射处理，得到β-环 糊精/明胶/硫酸软骨素超分子水凝胶。

本发明提供的超分子水凝胶，含有硫酸软骨素，因此，能够提高软骨修复 的效果。更重要的是，由于超分子水凝胶中所述明胶和所述硫酸软骨素以酰胺 键相连、所述丙烯酰化β-环糊精与所述明胶中的苯环通过疏水性作用主客体结 合，且所述丙烯酰化β-环糊精的丙烯酰基之间形成双键交联，得到的新型可降 解软骨修复超分子水凝胶形成超分子网状结构，具有自我修复性能、超强组织 粘附性以及可注射性能，为组织工程化软骨治疗关节软骨缺损开辟了新途径， 具有很强的创新性和临床意义。具体的，所述超分子水凝胶以下优点：

1.由于超分子水凝胶中，所述丙烯酰化β-环糊精与所述明胶苯环之间通 过疏水性作用的主客体结合为物理性结合，该物理性主客体结合的交联点具有 可逆性，在拉伸或者压缩的过程中，部分交联点被破坏的同时，会有新的交联 点产生，从而使得所述超分子水凝胶具有优异的拉伸/压缩性能。