乙醇酸接枝壳聚糖共聚物及其制备方法以及作为巩膜扣带材料的应用

摘要

本发明公开了一种乙醇酸接枝壳聚糖共聚物及其制备方法以及作为巩膜扣带材料的应用，在没有使用任何催化剂的前提下，通过利用低温加热和低真空度的反应条件，利用接枝共聚的方法将聚乙醇酸接枝到壳聚糖分子链上，通过利用两者的优点在性能上相互改进，弥补各自的不足。所得产品具有良好的生物相容性、生物可降解性、生物力学性能和表面活性，能够有效的作为巩膜外植入物用于治疗孔源性视网膜脱离。

说明书

技术领域

本发明涉及医药化工和医疗器械领域，特别涉及一种乙醇酸接枝壳聚糖共聚物及其制备方法以及作为巩膜扣带材料的应用。

背景技术

孔源性视网膜脱离( rhegmatogenous retinal detachment，RRD)是严重的致盲性眼病，一旦确诊后需尽早手术。巩膜扣带术和玻璃体手术是目前临床上治疗RRD的主要手术方式，玻璃体手术主要用于复杂的RRD，而巩膜扣带术是单纯的RRD最常用也是首选的手术方式。巩膜扣带术(scleral buckling)包括巩膜外加压术、环扎术和巩膜缩短术，其目的是在眼球壁上造成巩膜的向内凹陷以顶压裂孔，缓解或消除玻璃体的牵拉，缩小玻璃体腔，促使脱离的视网膜神经上皮层与色素上皮层接触。该手术需要使用可以使得巩膜向内压陷的巩膜外植入物，并提供机械性的支持直到视网膜裂孔处形成牢固的脉络膜视网膜瘢痕。目前临床上普遍使用的植入物材料是硅胶，包括硬硅胶块和硅胶海绵。硅胶是一种不可吸收的材料，一旦植入，将终身留在体内，从而带来一系列并发症，如感染、脱出、侵蚀眼球壁、巩膜软化、坏死、屈光不正等，有的甚至需要再次手术处理，给患者带来了很大的痛苦。实际上，当视网膜脉络膜瘢痕粘连形成后，巩膜外填充物的加压作用就不再需要了。基于此，生物可降解性巩膜外植入物的研究具有广阔的应用前景。

近年来，国内外关于巩膜外植入物的研究重点主要集中在寻找新的生物材料。目前国内外研究的替代硅胶的巩膜扣带材料主要是人工合成的可降解性高分子材料：如聚乳酸(PLA)，聚乙醇酸(PGA)，磷酸酯−碳酸酯共聚物或者是天然的生物可降解材料：如胶原−氨基葡聚糖共聚物。这些材料都存在不同程度的缺陷：如PLA降解的产物是乳酸，在局部组织堆积后可以导致炎症反应的加重，且降解太慢；PGA和胶原−氨基葡聚糖共聚物降解过快，有效巩膜嵴维持时间太短，而且PGA中有大量的酯键，亲水性差，降低了它与其它物质的生物相容性；磷酸酯−碳酸酯共聚物生物相容性较差，降解慢；此外，以上各种新型的扣带材料在力学性能上与目前临床使用的硅胶材料有明显差距，因而难以推广应用。

壳聚糖(chitosan)是天然的唯一带正电荷的碱性多糖，是甲壳素(Chitin)经N−脱乙酰基化而得到，由N−乙酰−2−氨基−2−脱氧−D−葡萄糖以β−1, 4−糖苷键连接而成。因其无毒、无刺激性，且具有良好的生物相容性和生物可降解性，是一种用途广泛的生物材料，已经被应用于人工皮肤、人工神经、手术防粘连膜等产品。然而，壳聚糖制成的材料降解较慢，植入动物体内一年以上未见明显降解（Zhang M, Li XH, Gong YD, et al. Properties and biocompatibility of chitosan films modified by blending with PEG. Biomaterials, 2002, 23(13): 2641−2648）。因此，单独将壳聚糖应用于巩膜外植入物是不合适的。

聚乙醇酸(Poly glycolic acid，PGA )，又称聚羟基乙酸或聚乙交酯，聚乙醇酸是乙醇酸二聚体经聚合反应而成的聚合物, 抗原性小, 在生物体内可逐渐降解吸收，是生物可降解高分子材料中结构最简单的一个。聚乙醇酸是由乙醇酸聚合而成，由于人体正常新陈代谢过程中也会产生乙醇酸，所以聚乙醇酸在体内是能够完全降解的，降解后的产物可在体内被吸收和代谢，最终经肺及肾脏排出。PGA作为手术缝合线、人工骨、人工血管、组织工程材料已经被广泛应用于临床。以往研究结果也表明，聚乙醇酸可以应用于巩膜外植入物的材料（邱庆华, 曾水清, 柯天一等，一种新型可吸收性巩膜外加压弹性体的研究，眼视光学杂志, 2005, 7(4): 266–268.）但与其他生物材料相比，聚乙醇酸降解速率较快，局部环境过酸,不能够完全符合伤口实际情况的需要。

发明内容

本发明目的是提供一种乙醇酸接枝壳聚糖共聚物及其制备方法以及作为巩膜扣带材料在巩膜扣带术中的应用。

本发明的技术方案为：

一种乙醇酸接枝壳聚糖共聚物，其主链为壳聚糖，支链由聚乙醇酸构成，所述壳聚糖主链粘均分子量为50,000-1,000,000，构成壳聚糖主链的N−乙酰−2−氨基−2−脱氧−D−葡萄糖重复单元与构成聚乙醇酸支链的乙醇酸重复单元的摩尔比为1:0.5-1:10。

上述乙醇酸接枝壳聚糖共聚物的壳聚糖脱乙酰度为75%-95%。

本发明还公开了一种乙醇酸接枝壳聚糖共聚物的制备方法，包括如下步骤：

（1）向壳聚糖中加入乙醇酸进行接枝共聚，反应温度为20-90℃，优选80℃，真空度为0.01-0.5大气压，优选0.1大气压，反应时间为3-24小时，优选12小时；

（2）将步骤（1）得到的反应产物用0.01-0.1mol/L的有机弱酸充分溶解，加入乙醇酸，将溶液真空干燥，干燥后用去离子水冲洗，再进行冻干，得到乙醇酸接枝壳聚糖共聚物。

步骤（1）中所述壳聚糖与乙醇酸的摩尔比为1:0.5～1:10，优选1:6。

步骤（2）所述有机弱酸为醋酸，草酸，苯甲酸，柠檬酸中的任意一种或几种。

本发明所述乙醇酸接枝壳聚糖共聚物可以制成巩膜扣带作为巩膜外植入物用于治疗孔源性视网膜脱离。

本发明所述乙醇酸接枝壳聚糖共聚物还可以作为组织工程材料用于人工骨、人工软骨、人工皮肤、人工肌腱或人工神经产品。

本发明为了改善壳聚糖与聚乙醇酸的性能，在没有使用任何催化剂的前提下，通过利用低温加热和低真空度的反应条件，利用接枝共聚的方法将聚乙醇酸接枝到壳聚糖分子链上，通过利用两者的优点在性能上相互改进，弥补各自的不足。通过改变壳聚糖的分子量、脱乙酰度、空间结构等，并按一定比例与乙醇酸单体接枝共聚，可以方便的调控共聚物的降解速度。

本发明所述产品具有以下优点：① 良好的生物相容性，无明显的毒性及排斥反应；② 生物可降解性：材料能被完全降解吸收，降解速度能根据伤口的恢复情况进行调整，且降解产物无毒副作用；③ 良好的生物力学性能：具备一定的强度和良好的弹性，可以压陷巩膜形成有效的加压嵴；④ 良好的表面活性：有利于细胞粘附，并为细胞的生长、增殖提供良好的微环境。

具体实施方式

在本发明中所使用的术语，除非另有说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。

下面结合具体实施例并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。

实施例1 乙醇酸接枝壳聚糖共聚物的制备

（1）向壳聚糖中加入乙醇酸进行接枝共聚，反应温度、真空度、壳聚糖与乙醇酸的摩尔比和反应时间如表1所示；

（2）将步骤（1）得到的反应物用0.01mol/L醋酸或0.02mol/L苯甲酸充分溶解，将溶液加入乙醇酸，将溶液真空干燥，干燥后用去离子水冲洗，再进行冻干，得到乙醇酸接枝壳聚糖共聚物。通过水杨醛法，用紫外光谱方法测定共聚物的取代度。结果见表1。

表1 反应条件及结果

壳聚糖:乙醇酸（摩尔比）温度真空度时间（h）取代度产率1 1:0.5 25 0.016 7.5% 44%2 1:2 50 0.08 18 12.7% 57%3 1:6 80 0.1 12 19.1%68%4 1:10 90 0.5 24 25.4% 73%

实施例2 乙醇酸接枝壳聚糖共聚物巩膜扣带的制备

向1.5g的壳聚糖中加入10mg乙醇酸进行接枝共聚，反应温度90℃、真空度0.01大气压、反应时间20小时，得到的反应物用0.01mol/L醋酸充分溶解，将溶液加入乙醇酸，将溶液注入巩膜扣带模具，真空干燥，干燥后用去离子水冲洗，再进行冻干，得到乙醇酸接枝壳聚糖共聚物巩膜扣带。

实施例3 乙醇酸接枝壳聚糖共聚物巩膜扣带有效性和安全性研究

取40只新西兰大耳白兔子植入聚乙醇酸接枝壳聚糖巩膜扣带材料，20只植入硅海绵作为对照，植入聚乙醇酸接枝壳聚糖巩膜扣带材料的40只兔子中的20只用作测量降解率。另外20只与硅海绵组的20只作对照，于术后2周，1月，3月，6月进行以下检查：用B超测量巩膜加压嵴高度及其下降的程度以检测其有效性和降解速率；并于以上时间点进行兔眼前节照相观察植入物是否有感染、脱出等并发症；对术后的兔眼进行视网膜电流图检查，检测材料是否影响到视网膜功能；同时摘除兔眼球做病理切片，做上直肌Masson三色染色，对植入物周围组织做HE染色，检测植入物是否影响到肌肉纤维的形态和密度，并检测移植局部免疫学水平及炎症反应检测；分别于以上时间点取出植入物用胶原酶处理后真空干燥称重，定量分析该材料的降解率。

实验结果表明乙醇酸接枝壳聚糖共聚物巩膜扣带具有良好的生物安全性和生物相容性，能够有效的作为巩膜外植入物用于治疗孔源性视网膜脱离，对组织无刺激性，不会引起感染、脱出等并发症，对视网膜功能没有影响，且对肌肉纤维的形态和密度也无影响，在6个月时即可完全降解。