[发明专利]琼脂糖-明胶接枝物温敏水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种琼脂糖‑明胶接枝物温敏水凝胶及其制备方法与应用。本发明利用可溶性N,N‑羰基二咪唑将降解琼脂糖的羟基活化，然后再与明胶上的氨基反应形成酰胺键，利用明胶在37℃下可溶的特性将未反应的明胶去除，利用明胶改善琼脂糖的生物活性和降解性能，同时采用琼脂糖赋予明胶体温(37℃)下成胶的特性，且降低了材料的免疫原性，得到的琼脂糖‑明胶接枝物温敏水凝胶可将细胞包埋并为细胞提供适合生长环境的三维水凝胶支架，同时也可作为控释系统将基因蛋白药物负载其中，用于组织修复或疾病诊疗。本发明的琼脂糖‑明胶接枝物温敏水凝胶制备方法简单，无需交联剂，制备得到的温敏水凝胶具有免疫原性低，易降解，生物活性好。

技术领域

本发明涉及于医用技术领域，特别涉及一种琼脂糖-明胶接枝物温敏水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

水凝胶操作方便，能为组织修复携带细胞、生长因子等功能组分。水凝胶具有以下优点：一、提供类似于软组织的高度水合环境，在植入后，其柔韧的特性可减少周围组织的摩擦或机械刺激；二、具有孔互连的半透膜，允许物质的运输，包括为负载的细胞提供营养物和运输代谢废物；三、可以保护包裹的细胞免受宿主免疫系统的免疫攻击；四、可以很容易地进行功能化或携带功能组分，以增强细胞-材料的相互作用，通过促进细胞活力或特异性地将细胞分化来加强细胞的治疗功效(Choe G,Park J,Park H,et al.HydrogelBiomaterials for Stem Cell Microencapsulation[J].Polymers,2018,10(9).)。

琼脂糖是由1,4-连接的3,6-脱水-1-半乳糖和1,3-连接的-D-半乳糖组成的衍生物。琼脂糖水凝胶是一种可逆的凝胶，可在冷却或加热时固化或液化，因此，不需要特殊的离子或添加剂来引起凝胶化。琼脂糖常用于生物医学研究，特别是在分子生物学中，因为它价格低廉且无免疫原性，具有优异的凝胶特性，在体外3D培养研究中，已经证明水凝胶具有维持细胞表型的作用。然而，纯琼脂糖凝胶的缺点是它们具有极低的细胞黏附能力和难降解的特点(Shin S,Ikram M,Subhan F,et al.Alginate/marine collagen/agarosecomposite hydrogels as matrices for biomimetic 3D cell spheroid formation[J].RSC Advances,2016,6(52):46952-46965.)，因此，常使用具有生物活性或加快其降解的材料将其改性。

明胶是胶原蛋白不可逆水解得到的产物，具有良好的生物相容性，生物降解性等，目前在生物材料领域应用非常广泛。明胶在生理温度(37℃)下溶解为溶液，当温度降低(<29℃)时形成凝胶，因此，经常将明胶改性以确保其在体温下处于稳定的凝胶状态。使用化学交联剂如戊二醛对明胶进行交联，所得水凝胶虽然有很好的稳定性，但交联剂的毒性会对细胞或所负载的生物活性物质造成不利影响(王杨.明胶接枝改性及其复合水凝胶支架的研究[D].北京化工大学，2014)。目前也有一些产品使用明胶和一些具有成胶性能的材料共混，但不能克服明胶在37℃大量损失以及混合均匀度欠缺的问题。将明胶甲基丙烯酸酯(GelMA)水凝胶暴露于UV光使其链间形成共价交联来获得稳定的结构是最常用的方法。但也有研究称使用UV光固化交联负载细胞的水凝胶的关键问题是UV或UV诱导的自由基对细胞和DNA的损害(Mellati A,Fan C M,Tamayol A,et al.Microengineered 3D cell-ladenthermoresponsive hydrogels for mimicking cell morphology and orientation incartilage tissue engineering.[J].Biotechnology&Bioengineering,2017,114(1):217-231.)。使用物理交联法制备含明胶的水凝胶可以避免化学交联剂的使用，更加受到青睐。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种琼脂糖-明胶接枝物温敏水凝胶的制备方法。