CN113185716B - 一种巯基化透明质酸多糖水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巯基化透明质酸多糖水凝胶及其制备方法和应用。所述巯基化透明质酸多糖水凝胶是由巯基化透明质酸衍生物中的一种或两种与水性溶剂形成的多糖水凝胶，其中，所述巯基化透明质酸衍生物的质量百分比浓度为3~6%，所述巯基化透明质酸衍生物的巯基取代度为3~20%。本发明制备的巯基化透明质酸多糖水凝胶，通过透明质酸的羟基、羧基接枝侧链基团，并控制适中的巯基取代度，增加巯基化透明质酸多糖水凝胶的分子间和分子内的支撑性，既可以增加水凝胶的柔软性又可以保持较好的回弹性，保持凝胶形态，达到用于玻璃体替代物的性能要求。本发明的水凝胶作为玻璃体替代物可以提高减震功能，良好的自愈合功能和回弹性可以保持眼球形状和顶压视网膜在原位。

Description

一种巯基化透明质酸多糖水凝胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种眼科医用生物材料，特别是涉及一种巯基化透明质酸多糖水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

玻璃体是填充于晶状体和视网膜之间的一种无色透明胶状体，占据超过2/3的眼球体积，其主要成分包括水、胶原蛋白、透明质酸、蛋白多糖等，其中水约占整个玻璃体体积的99%。透明质酸与胶原蛋白随机盘绕相互作用，并与水形成结合状态，使玻璃体处于稳定状态。玻璃体具有高度透明性，允许90%以上的可见光透射。玻璃体在保持眼球形状、调节眼内氧分压、减震缓冲、保持视网膜和晶状***置方面发挥重要作用。玻璃体切除手术是重要的眼科手术，用来治疗眼科疾病，如视网膜病变、视网膜剥离等。玻璃体切除后需要进行玻璃体腔填充，将玻璃体替代物填充在玻璃体腔内，顶压视网膜保持其在正确位置并保持眼球外形，因此玻璃体填充物成为影响手术效果的重要因素。

目前临床上使用的玻璃体替代物主要有气体、硅油、全氟化碳液体等。这些替代物适用于不同手术情况下的玻璃体填充，但仍存在诸多并发症。如气体填充时间短并可能引起晶状体浑浊等，全氟化碳液体具有较高的毒性，常用的硅油填充易发生乳化并对眼组织有一定毒性，常引起青光眼、白内障等并发症。特别是玻璃体填充后眼压升高在临床十分常见，严重的高眼压可以引起缺血而导致视力丧失，长期慢性持续性高眼压也可能损害视神经。

作为玻璃体替代物，高度透光性、良好的粘弹性和对眼组织无毒性是极为重要的。公开号为CN1964723A的发明专利申请，通过大分子化合物与交联剂交联，制备了平均大小为0.01-500µm的颗粒，将载有这些细小颗粒的液体制剂注入眼内玻璃体，利用这些小颗粒表面散射光线的特性，以提高眼透明组织的能见度，从而使除去玻璃体的眼外科手术易于进行手术视野检测。细小颗粒具有光线散射作用，透光性差，因此不能作为玻璃体替代物。公开号为CN104892962A发明专利申请，制备了巯基化透明质酸，通过调节透明质酸的巯基密度、凝胶温度、分子量等控制凝胶的成胶时间和力学特征，制备的巯基化透明质酸水凝胶在1%变形量的储能模量在3.3kPa~42.8kPa。但该水凝胶的刚性较强，硬度较高，因此不适用于作为玻璃体替代物。在对眼组织无毒性方面，天然生物大分子通常比合成高分子化合物更具有优势，天然生物大分子的生物组织相容性好，多数可体内降解吸收，降解产物无毒性。

眼睛的玻璃体是具有高度透光性的柔软胶状弹性体，作为玻璃体替代物，其主要功能在于保持眼球形状、减震缓冲、保持视网膜在其正确位置，因此替代物需要具有柔软、有压缩弹性、透光好的性能。但目前还没有发现有关于体外水凝胶以怎样的性能适用于玻璃体替代物的研究报道。从应用的角度考虑，如果水凝胶的刚性大、压缩变形小，则缓冲减震作用差，易伤及眼底组织，改变眼轴长度。

发明内容

针对上述问题，本发明的第一个目的是提供一种具有高度透光性、良好柔软性、易压缩回弹性、对眼组织无毒性的适用于作为玻璃体替代物的巯基化透明质酸多糖水凝胶，以弥补现有技术的不足。

本发明的另一个目的是提供一种巯基化透明质酸多糖水凝胶的制备方法，以及所述巯基化透明质酸多糖水凝胶用于制备玻璃体替代物的应用。

本发明的原理：已报道的巯基化透明质酸水凝胶的应用更多的是考虑其成胶性能。其中，巯基取代度越高，其自交联成胶性就越好，但同时水凝胶的刚性也就越大，导致其柔软性就越差；但巯基化透明质酸的巯基取代度过低，则自交联成胶性不好，凝胶易碎，导致其回弹性差。

本发明的技术方案同时考虑到作为玻璃体替代物的水凝胶的柔软性和回弹性的平衡，以接枝了侧链基团的透明质酸衍生物为原料进行巯基化，通过控制适中的巯基取代度，增加巯基化透明质酸多糖水凝胶的分子间和分子内的支撑性，从而增加柔软性和压缩回弹性，并保持凝胶形态特性。所选择的透明质酸衍生物是在透明质酸分子的羟基、羧基等基团上接枝了侧链的衍生物，与没有接枝侧链基团的透明质酸相比，侧链基团的存在增加了透明质酸分子之间和分子内的相互支撑，再将透明质酸衍生物进行适度巯基化，从而制备出巯基化透明质酸多糖水凝胶。水凝胶由于透明质酸衍生物的侧链基团的存在和适度的巯基取代度，增加了分子之间和分子内的相互作用，既可以增加水凝胶的柔软性又可以保持较好的回弹性，保持凝胶形态，达到适用于作为玻璃体替代物的目的。

本发明的具体技术方案如下：

一种巯基化透明质酸多糖水凝胶，其特征是由巯基化透明质酸衍生物中的一种或两种与水性溶剂形成的多糖水凝胶，其中，所述巯基化透明质酸衍生物的质量百分比浓度为3~6%，所述巯基化透明质酸衍生物的巯基取代度为3~20%；所述巯基化透明质酸衍生物，是将羟乙基透明质酸、羟丙基透明质酸、乙酰基透明质酸、丁酰基透明质酸、氨基乙酸透明质酸、氨基丙酸透明质酸、氨基丁酸透明质酸、酰肼透明质酸或其它透明质酸衍生物进行巯基化反应制备而成。

上述巯基化透明质酸多糖水凝胶的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）将透明质酸衍生物搅拌溶解于溶剂水或DMSO中；（2）向上述透明质酸衍生物的溶液中加入羧基活化试剂1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）和 N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），调节反应体系pH为4~6，搅拌0.5~3h，然后加入巯基试剂，调节反应体系pH为3.5~6，避光搅拌反应；（3）反应物经酸性水溶液避光透析、冷冻干燥，或经乙醇沉淀、洗涤、乙醇沉淀、脱水，真空干燥，得巯基化透明质酸衍生物，低温避光密封保存；（4）将制备的巯基化透明质酸衍生物溶解于水性溶剂，配制成3~6%的胶液，调pH为7.2~8.5，胶液发生自交联，得到巯基化透明质酸多糖水凝胶。

所述步骤（2）中，透明质酸衍生物与EDC、NHS、巯基试剂的摩尔比为1﹕1~6﹕1~6﹕1~5。

步骤（2）中，所述巯基试剂是半胱氨酸及其盐酸盐、巯基乙胺及其盐酸盐、巯基乙酸、巯基丙酸或巯基乙醇。

步骤（4）中，所述的水性溶剂是水、生理盐水、磷酸缓冲液、生理平衡液或葡萄糖液。

上述巯基化透明质酸多糖水凝胶用于制备眼内玻璃体替代物的应用。

本发明的优点：

本发明制备的巯基化透明质酸多糖水凝胶，通过透明质酸的羟基、羧基接枝侧链基团，并控制适中的巯基取代度，增加巯基化透明质酸多糖水凝胶的分子间和分子内的支撑性，既可以增加水凝胶的柔软性又可以保持较好的回弹性，保持凝胶形态，达到用于玻璃体替代物的性能要求。本发明的水凝胶作为玻璃体替代物可以提高减震功能，良好的自愈合功能和回弹性可以保持眼球形状和顶压视网膜在原位。

同时，由于透明质酸衍生物增加了侧链基团，降低了机体内生物酶对透明质酸的结合力，从而提高了水凝胶的抗降解性。

附图说明

图1是术眼角膜HE染色观察图。

图2是术眼视网膜HE染色观察图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例来进一步详细说明本发明。

实施例1：巯基化透明质酸衍生物水凝胶（SH-HP-HA）的制备

称取2.3g 羟丙基透明质酸（HP-HA），搅拌溶于100ml二甲基亚砜（DMSO）中，制备成2.3%的溶液，加入5.76g 1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）和3.45g N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），搅拌溶解，用0.2mol/L NaOH溶液、0.2mol/L HCl 溶液调pH为4.5，室温避光搅拌2h。称取2.83g巯基乙胺盐酸盐加入到反应体系中，调pH为4.5，继续避光反应24h。反应结束后，反应物乙醇沉淀、水溶解洗涤、乙醇沉淀、乙醇脱水，45℃真空干燥，得巯基化羟丙基透明质酸（SH-HP-HA），4~10℃低温避光密封保存。本反应中HP-HA﹕EDC﹕NHS﹕巯基乙胺盐酸盐的摩尔比为1：6：6：5，用Ellman's比色法测得巯基化率为18.8%。

称取制备的巯基化羟丙基透明质酸0.25g，置于洁净的玻璃小烧杯中，加入10mlpH为7.6的磷酸缓冲液（0.2mol/L），室温下搅拌溶解，配制成质量百分比浓度为2.5%的胶液，静置，35分钟自交联成胶，得巯基化羟丙基透明质酸衍生物水凝胶，记为SH-HP-HA水凝胶。

实施例2：巯基化羟乙基透明质酸衍生物（SH-HE-HA）水凝胶的制备

称取2.35g 羟乙基透明质酸（HE-HA），搅拌溶于100ml去离子水中，制备成2.4%的溶液，加入3.84g EDC和2.3g NHS，搅拌溶解，调pH为4.5，室温避光搅拌2h。称取2.36g半胱氨酸盐酸盐加入到反应体系中，调pH为4.5，继续避光反应24h。反应结束后，将反应物装入透析袋中，用调节pH为4.5的酸性水溶液避光透析，透析后冷冻干燥，得巯基化羟乙基透明质酸（SH-HE-HA），低温避光密封保存。本反应中HE-HA﹕EDC﹕NHS﹕半胱氨酸盐酸盐的摩尔比为1﹕4﹕4﹕3，测得巯基化率为12.26%。

称取制备的巯基化羟乙基透明质酸0.35g，置于洁净的玻璃小烧杯中，加入10mlpH为7.8的磷酸缓冲液（0.2mol/L），室温下搅拌溶解，配制成质量百分比浓度为3.5%的胶液，静置，15分钟自交联成胶，得巯基化羟乙基透明质酸衍生物水凝胶，记为SH-HE-HA水凝胶。

实施例3：巯基化透明质酸衍生物水凝胶（SH-AB-HA）的制备

称取2.44g 氨基丁酸透明质酸（AB-HA），搅拌溶于100ml去离子水中，制备成2.4%的溶液，加入1.92g EDC和1.15g NHS，搅拌溶解，调pH为5.5，室温避光搅拌1h。称取1.57g半胱氨酸盐酸盐加入到反应体系中，调pH为5.0，继续避光反应24h。反应结束后，将反应物装入透析袋中，用调节pH为4.5的酸性水溶液避光透析，透析后冷冻干燥，得巯基化氨基丁酸透明质酸（SH-AB-HA），低温避光密封保存。本反应中AB-HA﹕EDC﹕NHS﹕半胱氨酸盐酸盐的摩尔比为1﹕2﹕2﹕2，测得巯基化率为7.58%。

称取制备的巯基化氨基丁酸透明质酸0.45g，置于洁净的玻璃小烧杯中，加入10ml去离子水，室温下搅拌溶解，用0.1mol/L的NaOH溶液调pH为7.4~7.8，配制成质量百分比浓度为4.5%的胶液，静置，14分钟自交联成胶，得巯基化氨基丁酸透明质酸衍生物水凝胶，记为SH-AB-HA水凝胶。

实施例4：巯基化碳酰肼透明质酸衍生物水凝胶（SH-CH-HA）的制备

称取2.38g 碳酰肼透明质酸（CH-HA），搅拌溶于100ml去离子水中，制备成2.4%的溶液，加入0.96g EDC和0.57g NHS，搅拌溶解，调pH为4.5，室温避光搅拌2h。称取0.57g巯基乙胺盐酸盐加入到反应体系中，调pH为4.5，继续避光反应24h。反应结束后，将反应物装入透析袋中，用调节pH为4.5的酸性水溶液避光透析，透析后冷冻干燥，得巯基化碳酰肼透明质酸（SH-CH-HA），低温避光密封保存。本反应中CH-HA﹕EDC﹕NHS﹕巯基乙胺盐酸盐的摩尔比为1：1：1：1，测得巯基化率为4.68%。

称取制备的巯基化碳酰肼透明质酸0.55g，置于洁净的玻璃小烧杯中，加入10ml去离子水，室温下搅拌溶解，用0.1mol/L的NaOH溶液调pH为7.8~8.0，配制成质量百分比浓度为5.5%的胶液，静置，48分钟自交联成胶，得巯基化碳酰肼透明质酸衍生物水凝胶，记为SH-CH-HA水凝胶。

对比例1：对照巯基化透明质酸水凝胶的制备

称取2.0g透明质酸（HA），搅拌溶于100ml去离子水中，制备成2%的溶液，加入3.84gEDC和2.3g NHS，搅拌溶解，调pH为5.5，室温避光搅拌2h。称取2.4g半胱氨酸盐酸盐加入到反应体系中，调pH为5.0，继续避光反应24h。反应结束后，将反应物装入透析袋中，用调节pH为4.5的酸性水溶液避光透析，透析后冷冻干燥，得巯基化透明质酸（SH-HA），低温避光密封保存。本反应中HA﹕EDC﹕NHS﹕半胱氨酸盐酸盐的摩尔比为1﹕4﹕4﹕3，测得巯基化率为12.48%。

称取制备的巯基化透明质酸0.35g，置于洁净的玻璃小烧杯中，加入10ml去离子水，室温下搅拌溶解，用0.1mol/L的NaOH溶液调pH为7.4~7.8，配制成质量百分比浓度为3.5%的胶液，静置，12分钟自交联成胶，得对照巯基化透明质酸水凝胶，记为SH-HA水凝胶。

实施例5：水凝胶透光率测定

分别取实施例1~4和对比例1制备的水凝胶适量，置于磷酸盐缓冲液（pH7.4）中充分溶胀达平衡后，置于玻璃比色皿中，在可见光400-800 nm波长范围内测定吸光值（A），按公式

计算水凝胶透光率（%）。结果显示，水凝胶的透光率与波长和凝胶浓度有关，各水凝胶的透光率随着波长的增大而逐渐提高，趋势一致，在400 nm波长是各水凝胶的透光率均大于87%；在波长大于600 nm时，各水凝胶的透光率均大于90%；低浓度水凝胶的透光率大于高浓度水凝胶的透光率。

实施例6：水凝胶压缩性能测定

分别取实施例1~4和对比例1制备的水凝胶，制成直径8 mm、高度10 mm的圆柱体，在万能材料测试仪上测定各水凝胶的压缩性能，结果显示，与对比实施例1巯基化透明质酸水凝胶比较，实施例1~4制备的巯基化透明质酸衍生物水凝胶的断裂应变均大于70%，显著大于对照水凝胶，表明巯基化透明质酸衍生物水凝胶的柔软性明显好于巯基化透明质酸水凝胶，同时水凝胶均匀良好的自愈合功能，解除压缩后均能回弹恢复测试前的初始形态，见下表。

表1 巯基化透明质酸多糖水凝胶的压缩性能测试结果

多糖水凝胶	SH-HP-HA	SH-AB-HA	SH-HE-HA	SH-CH-HA	对照SH-HA
						断裂应变，%	80.5%	74.2%	70.8%	72.5%	59.3%
断裂应力，kPa	520	550	610	580	600

上述实施例1~4使用接枝有侧链基团的透明质酸衍生物制备的巯基化透明质酸衍生物水凝胶具有很好的透光性，水凝胶的可压缩性能显著大于使用没有接枝侧链基团的透明质酸制备的巯基化透明质酸水凝胶，表明巯基化透明质酸衍生物水凝胶的柔软性更好，具有良好的自愈合功能和回弹性能，柔软的水凝胶作为玻璃体替代物可以提高减震功能，良好的自愈合功能和回弹性可以保持眼球形状和顶压视网膜在原位。

实施例7：巯基化透明质酸衍生物水凝胶在眼内玻璃体替代物中的应用

实验动物新西兰兔6只，雌性，体重2.5～3kg，分为SH-HP-HA水凝胶组和SH-AB-HA水凝胶组，每组各3只，兔左眼为术眼，右眼为对照眼。

分别按照实施例1和实施例3的方法，在无菌条件下，将经辐照灭菌的巯基化羟丙基透明质酸和巯基化氨基丁酸透明质酸，使用无菌器皿和液体，制备2.5%的巯基化羟丙基透明质酸胶液（SH-HP-HA），4.5%的巯基化氨基丁酸透明质酸胶液（SH-AB-HA）。

实验动物按常规进行动物麻醉、皮肤消毒，进行玻璃体切除手术，按组别分别将2.5%的SH-HP-HA胶液、4.5%SH-AB-HA胶液注入实验兔的左眼玻璃体腔内，原位形成凝胶，闭合巩膜切口，实验兔术后护理，正常饲养。术后90d进行眼部裂隙灯检测，B超检查，取眼球进行病例切片HE染色观察（如图1和2），评价水凝胶在玻璃体腔内的填充情况。

术后裂隙灯观察，实验兔术眼炎症反应轻微，眼底清晰可见；90 d时，角膜正常无水肿，玻璃体保持透明，眼底血管清晰。B超检查，没有检测到玻璃体异物、混浊和出血、视网膜脱离等声像，与正常眼相比无明显差异。术后90 d，摘取术眼与正常眼，对眼球进行石蜡切片HE染色观察，从正常眼与术眼的对比中，术眼角膜无明显病理改变，结构完整正常，视网膜各层结构完整，视锥细胞和视杆细胞排列层次紧密。实验结果表明，制备的巯基化透明质酸衍生物水凝胶眼内无刺激作用，具有良好的眼组织相容性，具有很好的玻璃体替代效果，能够顶压视网膜并保持眼球外形，光学性能好，可在眼内降解吸收，巯基化透明质酸多糖水凝胶作为眼内玻璃体替代物应用具有很大的应用潜力。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的基本原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种巯基化透明质酸多糖水凝胶用于制备眼内玻璃体替代物的应用，其特征是，所述巯基化透明质酸多糖水凝胶是由巯基化透明质酸衍生物中的一种或两种与水性溶剂形成的多糖水凝胶；其中，所述巯基化透明质酸衍生物的质量百分比浓度为3~6%，所述巯基化透明质酸衍生物的巯基取代度为4.68~20%；所述巯基化透明质酸衍生物，是将羟乙基透明质酸、羟丙基透明质酸、乙酰基透明质酸、丁酰基透明质酸、氨基乙酸透明质酸、氨基丙酸透明质酸、氨基丁酸透明质酸、酰肼透明质酸进行巯基化反应制备而成。

2.如权利要求1所述巯基化透明质酸多糖水凝胶用于制备眼内玻璃体替代物的应用，其特征是所述的水性溶剂是水、生理盐水、磷酸缓冲液、生理平衡液或葡萄糖液。

3.如权利要求1所述巯基化透明质酸多糖水凝胶用于制备眼内玻璃体替代物的应用，其特征是，所述巯基化透明质酸多糖水凝胶的制备方法包括以下步骤：（1）将透明质酸衍生物搅拌溶解于溶剂水或DMSO中；（2）向上述透明质酸衍生物的溶液中加入羧基活化试剂1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和 N-羟基琥珀酰亚胺，调节反应体系pH为4~6，搅拌0.5~3h，然后加入巯基试剂，调节反应体系pH为3.5~6，避光搅拌反应；（3）反应物经酸性水溶液避光透析、冷冻干燥，或经乙醇沉淀、洗涤、乙醇沉淀、脱水，真空干燥，得巯基化透明质酸衍生物，低温避光密封保存；（4）将制备的巯基化透明质酸衍生物溶解于水性溶剂，配制成3~6%的胶液，调pH为7.2~8.5，胶液发生自交联，得到巯基化透明质酸多糖水凝胶。

4.如权利要求3所述巯基化透明质酸多糖水凝胶用于制备眼内玻璃体替代物的应用，其特征是所述透明质酸衍生物与1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、巯基试剂的摩尔比为1﹕1~6﹕1~6﹕1~5。

5.如权利要求3所述巯基化透明质酸多糖水凝胶用于制备眼内玻璃体替代物的应用，其特征是所述的巯基试剂，是半胱氨酸及其盐酸盐、巯基乙胺及其盐酸盐、巯基乙酸、巯基丙酸或巯基乙醇。

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