温敏型可注射水凝胶的制备及其性能研究

摘要

可注射水凝胶在声带组织工程中有着诸多优势。它能为细胞新陈代谢提供良好的传输通道与丰富水环境,与组织嵌合好,能实现原位注射。透明质酸(hyaluronan,HA)是细胞外基质中广泛存在的一种主要蛋白多糖,具有良好的理化性能与生物相容性,有望成为声带组织工程的支架材料,然而,纯HA在组织中易降解,停留时间短,所以需要接受化学交联修饰,以增大HA分子量,延缓降解,提高稳定性。另外,作为组织工程支架材料,可注射水凝胶的热力学可逆性至关重要。N-异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide,NIPAAm)交联后形成的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(Poly(N-isopropylacrylamide),PNIPAAm)是一种典型的不可降解性反向温敏型材料且证实其转变温度大约为32℃,具备良好的生物相容性；甲基纤维素(methylcellulose,MC)是一种可降解性的反向温敏型材料,具有高含水量、与组织相似的弹性和较好的生物相容性等许多优越性能。本文探讨了HA的交联条件,并将交联后的HA(cross-linkedHA,XLHA)与两种降解性能不同的温敏型材料共混制备成温敏型可注射水凝胶XLHA-PNIPAAm与XLHA-MC,并对其进行了理化性能表征与生物学初步评价。
　　 (1)HA交联碱性条件下,采用交联剂1,4-丁二醇缩水甘油醚(1,4-Butanediol diglycidyl ether,BDDE),水浴控温,调节HA初始浓度(体系pH)、交联剂含量、反应温度和反应时间对HA进行交联改性。根据凝胶的平衡溶胀率来表征交联凝胶的交联度,得到交联度较理想的交联HA的制备条件为:HA初始浓度为10％(0.2MNaOH溶液配制)；BDDE/HA(M/M)=1；反应温度为50℃；反应时间为6h。在这一条件下所得到的XLHA凝胶以相邻交联点间的数均分子量Mc表征交联度,Mc=1.749x106Da。
　　 (2)采用C060γ辐射法制备PNIPAAm不同单体浓度,不同交联剂含量,不同辐射剂量条件下合成一系列不同交联程度的PNIPAAm凝胶,并测定不同温度下凝胶的溶胀率。通过可注射实验筛选出具备可注射性的PNIPAAm组别与XLHA共混制备XLHA-PNIPAAm复合水凝胶。
　　 (3)XLHA-PNIPAAm与XLHA-MC可注射水凝胶的理化性能表征将交联HA分别与降解性能不同的两种温敏型材料PNIPAAm和MC物理共混制备XLHA-PNIPAAm与XLHA-MC可注射水凝胶,分析XLHA-PNIPAAm与XLHA-MC水凝胶的可注射性能、耐酶解性能、温敏性能和化学结构。
　　 结果：表明,将不可降解材料PNIPAAm与可降解材料MC和HA共混均能有效延缓HA的降解,且PNIPAAm延缓HA降解的效果更为显著。辐照剂量为5kGy,MBAAm/NIPAAm(M/M)=0.015,NIPAAm单体浓度为3％制备的PNIPAAm与XLHA共混制备的XLHA-PNIPAAm可注射水凝胶的耐酶解性能最佳；DSC检测显示,PNIPAAm的LCST为32℃左右,MC的LCST为67.5℃左右。DSC图谱显示,HA(XLHA)的加入并不会对PNIPAAm的LCST产生显著的影响,而XLHA的加入导致MC一定温度范围内LCST的消失,进一步进行的可注射实验表明,XLHA-MC是具备温敏性的；红外光谱显示,两种复合凝胶的两组分并未观察到结构上的明显变化。
　　 (4)XLHA-PNIPAAm与XLHA-MC可注射水凝胶的生物学评价采用细胞毒性试验与溶血试验对可注射水凝胶进行了初步的生物学评价。结果表明,XLHA-PNIPAAm与XLHA-MC可注射水凝胶的细胞毒性试验与溶血试验据相关标准规定均合格,且XLHA-PNIPAAm的生物相容性要优于XLHA-MC。