温敏性可降解甲壳素水凝胶

产品介绍:

由于水凝胶具有良好的亲水性及细胞相容性,非常类似于天然的细胞外基质,有利于细胞的生长。温敏性聚合物水凝胶是指在低温下为液态可流动,高温(体温)时物理交联形成含有大量水分的交联网络聚合物水凝胶,这种状态的变化随温度可逆。这种水凝胶广泛运用于医药生命科学等多种领域,包括但不仅限于三维细胞培养、组织工程原位修复和药物传送系统。如研究得较早的温敏性可注射水凝胶是聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的三嵌段共聚物(Pluronics®,poloxamers,PEO-b-PPO-PEO,泊洛沙姆F127),它价格便宜,不需要任何交联剂即可以在体温下形成固体形态的可逆凝胶,但其缺点是不可降解,由于高浓度(>16%,W/W)才能成水凝胶,有一些毒性,并且容易被稀释溶解在注射部位。研究得最为广泛的温敏性可注射水凝胶是聚N-异丙基丙烯酰胺和聚乙二醇的嵌段共聚物,不过其包含了不可降解的C-C骨架,这一点限制了它们在临床的应用;脂肪族聚酯类共聚物如聚乳酸乙醇酸-聚乙二醇(PEG-PLGA),虽然可以在体内生物降解,但降解时会引起局部pH下降,从而导致炎症发生,另一个缺点是该类材料也需要高浓度(>15%,W/W)才能成水凝胶,并且应用时常常要使用有毒的有机溶剂。温敏性可注射天然高分子,如改性的甲基纤维素和羟丙基纤维素,但这些改性的纤维素的凝胶化温度均高于体温37oC,凝胶化浓度也较高。温敏性壳聚糖水凝胶也得到广泛研究,但其需要在较低pH水溶液中溶解,需要加入多羟基化合物如甘油磷酸酯,导致水凝胶成胶性能不稳定等。*的已商业化基质胶(Matrigel,科研用)来源于老鼠肿瘤组织,在低温4oC保持成液态,在22-35℃温度环境下快速成胶,广泛用于细胞的三维培养材料研究,该胶的*Kleinman博士都希望有更好的超越该胶的材料出现,科学家利用该类基质胶在体外培养出了多种类器官如肠、肝和*等,是体外制备器官的关键组分。但该类基质胶凝胶由于是来源于老鼠肿瘤组织,有致癌的风险,不可能用于人类临床治疗。

根据我们*的专利技术利用均相碱水溶液体系合成的改性甲壳素(结构示意如图1)具有很好的水溶性和温敏性,在低温溶解,体温时能快速形成透明水凝胶,并且聚合物凝胶浓度较低(0.5-5%,W/W),如图2。与已商业化基质胶Matrigel(科研用)性能类似,但却没有基质胶的动物来源致癌风险及不可反复成胶使用的不足。而采用传统的非均相反应体系制得的改性甲壳素则没有上述的温敏性。我们经过长期的实验研究制备的体内可降解的温敏性可注射改性甲壳素水凝胶(SafeGel,安胶)可用于各类细胞包括干细胞的三维培养,可根据需要加入不同细胞因子和生长因子研究各种因子的功能,可部分替代现有材料美国的Corning公司的Matrigel,我们的产品有Matrigel的可降解性和温敏可注射性,但没有Matrigel的致癌风险性(只能体外研究,不可能进入临床应用),我们的水凝胶使用良好后可以进入临床试验和应用,具有更广泛的应用范围和市场,可用于蛋白和细胞载体,三维活性细胞打印材料,体外培养活性组织和器官,用于细胞疗法和组织工程微创原位修复等。

图1 改性甲壳素结构示意图(R1为H或者乙酰基COCH3,R2为H或改性基团)

图2 改性甲壳素安胶(SafeGel)的温敏可逆凝胶化转变。

我们提供的温敏性可降解改性甲壳素安胶(SafeGel)水凝胶经过武汉大学口腔医院的龙星教授团队、华中科大协和医院的王琳教授课题组、武汉大学中南医院的熊斌教授、上海交通大学医学院附属第九人民医院整形外科(组织工程国家工程研究中心)周广东教授的体内外试验效果很好,周广东教授已经使用该水凝胶装载细胞注入小鼠皮下组织,2个月后已发育长出软骨组织。清华大学孙伟教授利用我们的水凝胶作为生物墨水装载活细胞开展3D组织器官打印研究。