基于环张力促进的叠氮—炔点击化学反应的可注射HA/PEG水凝胶

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原位成型的可注射水凝胶可以通过微创的方式将凝胶前体溶液注射到体内之后再固化成形,在近些年来得到了广泛地关注。可注射水凝胶的制备方式分为物理交联和化学交联两种,对于这两种方法的选择,我们必须要考虑由它们制备出的水凝胶的机械强度和生物安全性等方面的问题。物理交联的水凝胶机械强度通常不高,化学交联的种种方案中又常有生物相容性方面的缺陷。因此,一个简单、高效、生物友好的交联反应体系至关重要。环张力促进的叠氮与环辛炔的点击化学反应(SPAAC)是一个生物友好的正交反应,因此该反应成为了制备可注射水凝胶材料最好的选择之一。理想情况下,可注射水凝胶所用的原料应该都是水溶、无毒的,而且形成的凝胶材料在疾病愈合或者组织再生完成后必须是能够降解除尽的。透明质酸(HA),一种在人体内无处不在、对细胞和组织功能至关重要且不会引起免疫反应的多糖,无毒无刺激,生物相容性好,由它作为生物材料的安全性已经经过了长期临床应用的检验。此外,HA分子链上含有大量的羟基和羧基官能团,使其易于进行化学修饰改性。因此选用HA作为水凝胶的骨架高分子。论文第一章对可注射水凝胶、SPAAC点击化学反应以及制备水凝胶的材料进行了综述。论文第二章,通过环张力促进的叠氮-炔点击化学(SPAAC)反应制备了可注射的HA/PEG复合水凝胶。首先在水相中利用氨基与羧基的高效反应,成功的将环辛炔修饰到HA分子链上,设计合成出可注射水凝胶的核心原料环辛炔修饰的透明质酸(Cyclooctyne-HA)。接着通过叠氮钠进攻-OMs基团的反应,合成出四叠氮修饰的PEG。所有目标产物结构都通过核磁、GPC等方法进行了表征。然后简单的混合两凝胶前体溶液,制备出一系列不同浓度的HA/PEG水凝胶,并采用试管倾斜法测试比较了不同浓度下的凝胶时间,同时测试了这些水凝胶的各种机械性能,探讨了凝胶前体浓度以及官能团之比对形成的凝胶性能的影响。结果显示该HA/PEG凝胶的最短凝胶时间仅需5 min,SEM扫描电镜观察到所有凝胶的内部都呈现出贯通的三维孔洞网络结构,直径在5到100 μm。此外该凝胶具备较好的抗酶降解性能,在50 U/mL透明质酸酶的PBS中需要十一天降解,抗压强度可达到185 kPa,显示出优良的机械性能。最后通过将凝胶前体溶液和COS-7细胞共混,进行凝胶内部的三维细胞培养实验。结果显示细胞生长正常,增殖率高,验证了该凝胶良好的生物相容性。因此该HA/PEG可注射水凝胶材料在药物控释、注射整形美容和组织工程等生物医用领域有潜在应用价值。
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