[发明专利]一种用作医用植入材料的互穿网络水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用作医用植入材料的互穿网络水凝胶及其制备方法和应用，涉及水凝胶材料领域。互穿网络水凝胶由主网络和次网络于水性介质中交互穿插形成，主网络由聚乙烯醇反复冻融交联而成，次网络由含氨基的天然高分子聚合物与醛基多糖交联形成。本申请制备的互穿网络凝胶交联效果更稳定，且无毒性，两重凝胶网络之间以静电作用、氢键作用等物理交联形成，力学强度大，水凝胶的多孔结构也为细胞粘附提供条件，具有良好生物相容性、低溶胀和抗凝血功能，可以作为人体组织/器官的损伤修复的有效生物材料，用于如骨修复、软骨修复、促血管修复、人造血管等植入材料领域。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料领域，尤其涉及一种用作医用植入材料的互穿网络水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

实现人体组织/器官的损伤修复是临床医学中的关键难题。目前临床上治疗人体组织/器官的修复手段仍以自体组织、同种异体组织或异种组织为主。以血管通道修复为例，针对重症患者常见的治疗方式主要有：(1)服用抗血栓药物，但只能起到缓解作用；(2)搭建血管支架，但再闭塞几率较大；(3)血管移植。自体血管移植是血管修复的“黄金”治疗手段，但自体血管获取难度大，同种异体血管移植和异种血管移植都易出现免疫原性，需要在移植后对患者的免疫系统进行药物压制，常出现并发症和其它器官损伤等情况。

近年来，组织工程作为再生医学的分支飞速发展，组织工程技术是一种结合人工生物材料、生物活性因子(生长因子、细胞因子等)、以及多分化功能的干细胞或特定组织分化的功能性细胞，通过工程方法结合并构建具有功能性组织/器官的交叉学科新兴技术。利用组织工程技术搭建人工组织/器官修复成为可能，且其临床应用效果有较高的预期性，然而作为只发展了三十多年的新兴技术，其在临床应用上仍存在诸多问题。其中关键技术难关包括：(1)缺乏全面替代人体组织细胞外基质、仿生细胞外微环境的人工生物材料体系；(2)生活活性因子量产困难，且缺乏可缓释控制的载体材料；(3)细胞来源有限、干细胞体内分化的控制难度大、细胞提取扩增到移植治疗周期和临床质量控制体系难建立。

显而易见，生物材料是组织工程的基础，其既要满足作为替代胞外基质性能、还要作为生物信号分子的载体。而水凝胶作为一种含有丰富三维网络结构的“软物质”生物材料，在水中能保持一定形状而不被水溶解，同时，其多孔结构也能允许生物大分子通过网络扩散传播。典型的水凝胶可通过高分子间键合形成稳定的宏观结构和强度，形成微米/纳米多孔网络将细胞包裹其中，并为细胞提供可粘附、铺展、迁移和增殖的平台。对于化学交联水凝胶，细胞还能与水凝胶预聚体溶液共混，再引发化学交联/聚合实现细胞三维固载。

然而问题依然存在：(1)物理交联水凝胶是基于弱的氢键形成，其力学性能较差；(2)化学交联水凝胶需通过化学反应实现凝胶化，通常具有细胞毒性，影响细胞包埋后的存活率；(3)水凝胶常会引入交联剂，但大多数交联剂都是小分子，且一样具有较大的细胞毒性；(4)单一组分的凝胶网络难以控制交联度，孔隙率和力学性能往往没办法达到医用移植材料的要求。因此，开发良好生物相容性、高力学强度的新型水凝胶体系对临床人体组织/器官的损伤修复具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种用作医用植入材料的互穿网络水凝胶及其制备方法和应用，以解决水凝胶生物相容性差、力学性能差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种用作医用植入材料的互穿网络水凝胶，所述互穿网络水凝胶由主网络和次网络于水性介质中交互穿插形成，所述主网络由聚乙烯醇反复冻融交联而成，所述次网络由含氨基的天然高分子聚合物与醛基多糖交联形成，所述含氨基的天然高分子聚合物为羧甲基壳聚糖、壳聚糖、壳寡糖和聚赖氨酸中的一种或多种，所述醛基多糖为醛基葡聚糖、醛基普鲁兰多糖、醛基环糊精、醛基羧甲基纤维素、醛基羟乙基淀粉、醛基羟乙基纤维素、醛基海藻酸钠和醛基硫酸软骨素中的一种或多种。

作为优选方案，所述水性介质为去离子水、生理盐水、缓冲溶液或低浓度乙酸溶液。

作为优选方案，所述醛基多糖的醛基取代度在0.8mol/mol以上。