技术摘要：
本发明公开了一种自交联透明质酸及其复合胶原蛋白类的水凝胶注射剂及其应用，该注射剂的结构如式Ⅰ所示，本发明将巯基改性的天然材料或合成聚合物与含有双键的化合物改性的天然材料或合成聚合物在无其他交联剂的参与下，混合蛋白质类天然高分子材料或其衍生物，负载细  全部
背景技术：
组织工程从提出到现在，已经取得了突飞猛进的发展，不仅在动物体内构建出各 种组织工程化的组织，同时在临床上也有广泛的应用，并且得到了持久的疗效。组织工程技 术能避免传统自体或者异体组织、器官移植治疗中免疫排斥反应以及供体来源不足的情 况，并且有希望实现组织、器官重建从而解决临床上的困难。组织工程的研究包括种子细 胞、支架材料以及构建组织和器官的方法和技术。支架材料作为组织工程学的重要因素之 一，在再生过程中发挥重要的作用。但早期的支架材料大多使用合成聚合物，虽然具有生物 相容性，但这些材料对细胞无益处，没有细胞粘附位点，导致细胞无法正常生长。 透明质酸作为细胞外基质，有较好的生物相容性，含水量高，但结构简单，功能单 一，同时降解速度过快，力学性能差，无法满足应用要求。水凝胶是通过单个聚合物链的物 理或化学交联形成的聚合物网络，能够吸收大量的水而在水中不溶解，它作为组织工程支 架，具有一定的力学支撑，其三维网络结构可以为细胞提供生长环境，同时一定的孔隙结构 有利于营养物质，氧气的传输以及代谢产物的排出。同时，细胞间基质具有生物诱导作用， 可以定向和诱导组织的特异性修复。例如透明质酸钠具有管理细胞粘附和迁移、调节细胞 分裂和分化等生物学功能，以此制备水凝胶在生物医药领域达到了越来越多的重视。近年 来，由于迈克尔加成反应的环境友好性、生物惰性和反应速度可控性，使其广泛的被使用在 生物体内原位交联水凝胶的应用中。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种自交联透明质酸及其复合胶原蛋白类的水凝胶注射 剂及其应用，该注射剂的基本化学原理是：在一定条件下，使巯基和马来酰亚胺基团之间的 快速化学交联反应，混合不同比例的蛋白质类天然材料及生物活性物质。本发明中的注射 剂具有生物相容性好、不产生副产物、稳定性好、使用方便、成本低廉等优点。 为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为： 一种自交联透明质酸及其复合胶原蛋白类的水凝胶注射剂，其结构如式Ⅰ所示， 5 CN 111588913 A 说　明　书 2/8 页 其中 为巯基改性的天然材料或合成聚合物， 为含有双键化合物改性的天然材料或合成聚合物, 为蛋白质类天然材料或其衍生物， 为生物活性物质。 作为优选，所述的天然材料或合成聚合物具有羧基官能团，包括但不限于透明质 酸、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠、硫酸软骨素、聚碳酸酯、聚胱胺酸中的任意一种或几种；蛋白 类天然材料或其衍生物包括但不局限于胶原、明胶、丝素蛋白中的任意一种或几种；生物活 性物质包括但不局限于细胞、药物、蛋白类活性因子中的一种或几种。 以上所述注射剂的制备方法，包括以下步骤： 将巯基改性的天然材料或合成聚合物与含有双键化合物改性的天然材料或合成 聚合物，其中混合不同比例的蛋白类高分子材料或其衍生物，负载细胞、药物、蛋白活性因 子等生物活性物质，在迈克尔加成反应作用下进行化学交联，制得所述的负载生物活性物 质的可注射双交联复合水凝胶注射剂，其反应式为： 6 CN 111588913 A 说　明　书 3/8 页 其中，所述含有双键化合物改性的天然材料或合成聚合物中的双键基团的接枝率 为1％～99％；所述巯基改性的天然材料或合成聚合物中的巯基接枝率为1％～99％。 作为优选，所述所需改性的天然材料或合成聚合物以透明质酸为例，向其中添加 的蛋白类高分子材料或其衍生物以胶原蛋白为例，负载的细胞以软骨细胞为例，具体步骤 如下： 步骤A.配液：分别配置马来酰亚胺化透明质酸溶液和巯基化透明质酸溶液； 步骤B.迈克尔加成反应：将步骤1中分别配制得到的马来酰亚胺化透明质酸溶液 和巯基化透明质酸溶液混合，再加入胶原蛋白溶液和软骨细胞悬液混合均匀，静置，使含有 胶原蛋白、软骨细胞的马来酰亚胺化透明质酸溶液与巯基化透明质酸溶液在迈克尔加成反 应的作用下形成水凝胶注射剂。 作为优选，巯基改性的透明质酸溶液、马来酰亚胺透明质酸溶液和胶原蛋白溶液 是等体积比配置。 作为优选，巯基化透明质酸和马来酰亚胺化透明质酸的用量摩尔比为：1～50:1～ 50。 所述马来酰亚胺化透明质酸的结构式如式Ⅱ所示，所述巯基化透明质酸的结构式 如式Ⅲ所示。 作为优选，所述巯基化透明质酸溶液的pH值为7 .0～8 .0，浓度为0 .1wt％～ 7 CN 111588913 A 说　明　书 4/8 页 10wt％。所述马来酰亚胺化透明质酸溶液的pH值为7.0～8.0浓度为0.1wt％～10wt％。所述 添加的胶原蛋白溶液的pH值为7.0～8.0浓度为0.1wt％～10wt％。所述软骨细胞悬液的浓 度为5×102～5×1010cells/mL。 作为优选，所述透明质酸衍生物溶液与胶原蛋白的体积比控制在1:0.1～0.1:1。 作为优选，所述透明质酸的分子量均为1-6000KDa，胶原蛋白为Ι或者Ⅱ型胶原蛋 白。 作为优选，在室温条件下进行迈克尔加成反应。 作为优选，所述巯基化透明质酸的制备方法为：将透明质酸溶解于Mes缓冲溶液 中，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化1～2h， 然后加入半胱胺盐酸盐在室温下反应10～15h，透析，得到巯基化透明质酸；透明质酸钠、N- 羟基琥珀酰亚胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐与半胱胺盐酸盐的摩尔 比按需求调控。 作为优选，所述马来酰亚胺化透明质酸的制备方法为：将透明质酸溶解于Mes缓冲 溶液中，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化1～ 2h，然后加入N-(2-氨基乙基)马来酰亚胺盐酸盐，在室温下反应10～15h，透析，得到马来酰 亚胺化透明质酸；透明质酸钠、N-羟基琥珀酰亚胺、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚 胺盐酸盐与N-(2-氨基乙基)马来酰亚胺盐酸盐的摩尔比按需求调控。 作为优选，该水凝胶注射剂可作为促进软骨/骨再生修复的注射剂，也可作为药 物/蛋白/基因的载体、或/和生物支架材料的应用。 更进一步优选，所述生物材料为组织工程三维细胞支架。 作为优选，所述组织工程三维细胞支架的制备方法为： 步骤A.将结构式如式Ⅱ所示且马来酰亚胺基团的接枝率为8％～50％的马来酰亚 胺化透明质酸用培养基溶解形成浓度为1wt％～5wt％的马来酰亚胺化透明质酸溶液； 将结构式如式Ⅲ所示且巯基含量为10％～70％的巯基化透明质酸用培养基溶解 形成浓度为1wt％～5wt％的巯基化透明质酸溶液； 将Ι型胶原蛋白用过完生物滤头的稀醋酸溶解形成浓度为1wt％～5wt％的Ι型胶 原蛋白溶液。 步骤B.分别向制得的巯基化透明质酸溶液和马来酰亚胺化透明质酸溶液中加入 等体积的Ι型胶原蛋白溶液后混匀，调节pH值至7.0～8.0，然后向其中加入细胞悬液并混合 均匀。 进一步地，将调节pH值后的混合溶液立即注射至生物体内的待修复部位形成水凝 胶，得到组织工程三维支架；或者注入模具中，静置成胶，而后将所得水凝胶从模具中取出 并浸没于培养基中，置于培养箱中在37℃、5％的CO2的条件下培养至少1天，得到组织工程 三维细胞支架，培养期间定期更换培养基。 所述培养基是在α-MEM基础培养基的基础上加入青霉素和链霉素混合液、抗坏血 酸以及胎牛血清得到，α-MEM培养基中青霉素和链霉素混合液的浓度为0.8％～1.2％，抗坏 血酸的浓度为0.15％～0.25％，胎牛血清的浓度为8％～12％。 其中，作为优选，细胞悬液的加入量为：按照5×105～5×106cells/mL的比例向基 于天然材料透明质酸的可注射双交联复合水凝胶混合液中加入细胞悬液。 8 CN 111588913 A 说　明　书 5/8 页 与现有技术相比，本发明的积极效果体现在： (一)、本发明制备得到的注射剂设计科学，操作简便，有良好的可注射性、生物相 容性、并且可降解、不产生副产物、稳定性好、成本低廉等，是理想的组织工程生物填充及修 复材料。 (二)、本发明的可注射双交联复合水凝胶，以透明质酸为原材料，进行功能化改 性，由巯基化透明质酸和马来酰亚胺化透明质酸混合胶原蛋白且在迈克尔加成反应作用下 而成。透明质酸和胶原都是细胞外基质的主要成分，该材料具有良好的生物相容性并且可 降解。将细胞包裹在水凝胶前驱体溶液中，其可注射性能够填充任意形状的组织缺损部位， 同时快速成胶可以防止细胞流失，使手术操作更加简便，可控性强，在组织缺损修复领域和 填充中具有重要的应用价值。 附图说明 图1为测定六组可注射双交联透明质酸基水凝胶的注射挤推力图； 图2为测定六组可注射双交联透明质酸基水凝胶的流变测试曲线图； 图3为六组可注射双交联透明质酸基水凝胶的溶胀性能测试图； 图4为六组可注射双交联透明质酸基水凝胶的降解性能测试图； 图5为六组可注射双交联透明质酸基水凝胶的力学性能测试图； 图6为六组可注射双交联透明质酸基水凝胶内细胞增殖图； 图7为三组水凝胶/细胞复合物的表观形貌变化图； 图8为三组水凝胶/细胞复合物内细胞的FDA/PI和骨架染色图； 图9为三组水凝胶/细胞复合物内细胞CCK-8检测图；