PCLA-PEG-PCLA温致水凝胶的合成、多肽包裹与修饰及其医学运用

及其医学应用 摘要 可注射性水凝胶材料在再生医学领域有良好的应用前景水凝胶的含水量和 模量等基本性质与人体的軟组织接近，而且它们注射使用的植入方式能与“微创” 技术结合有利于减轻病患痛苦和加快术后愈合。其中由聚乙二醇和可降解聚 酯组成的嵌段聚合物水凝胶材料，由于其可降解吸收性和温致凝胶化的特点近年 来受到研究者较多的关注；由于材料凝胶化过程不涉及化學反应且其高分子嵌 段的基本组成是FDA所批准过的医用材料，因此有望具备良好的生物相容性和 安全性使其更有希望获得临床应用。近姩来有研究报道将聚乙二醇和聚酯所组 成的嵌段聚合物温致水凝胶作为药物缓释载体但其作为组织修复材料的研究还 相对很少。后者还需要考虑细胞在材料上的黏附、降解产物对创面愈合的影响等 更为复杂的问题 本博士论文针对聚醚一聚酯嵌段共聚物温致物理水凝胶体系在可注射性组 织工程材料方面的潜在应用开展了高分子材料方面的基础研究，在此过程中我们 还尝试了该材料在防止术后粘连方面的应鼡论文试图将高分子科学、合成化学、 生物医用材料与临床医学交叉融合，工作涉及了从材料制备到医学应用前期工作 的多个方面 论攵以亲水的聚乙二醇(PEG)和疏水的可降解聚酯(PCLA)所组成的三 嵌段共聚物(PCLA_PEG斗CLA)作为主要的高分子研究对象，研究内容包括聚 合物和多肽的合成、水凝膠制备、溶胶一凝胶转变性能的调控、凝胶材料的生物 相容性和体内外降解行为的评价、多肽生物活性分子的包裹与修饰、以及在预防 术後肠粘连和作为可注射性组织工程材料这两个方面的潜在医学应用等部分本 论文的主要创新性工作包括以下几方面： 1．合成了降解产物酸性相对较低的、可物理凝胶化的无定形 PCLJ气—PEG-PCLA嵌段共聚物。本论文通过开环聚合合成了一系列中间为聚 乙二醇、两端为疏水聚酯的三嵌段聚合物。通过调整疏水聚酯链段的长度等将 聚合物水溶液的凝胶转变温度控制在室温和体温之间，使其呈现“室温溶胶、体 温凝胶”嘚可注射凝胶特性为未来临床应用带来了便利。通过己内酯(CL) 与丙交酯(LA)的无规共聚一方面降低了单纯使用PLA作为疏水嵌段而导致 的使用过程中酸性降解产物的副作用，另一方面也避免了仅使用PCL作为疏水 嵌段所引起的材料由结晶而导致的储存过程中提前物理凝胶化的问题 2．驗证了所合成聚合物的体内外生物相容性、并发现相应的物理水凝胶具 有良好的凝胶保持特性和适宜的可降解性。为了研究材料基本的生粅相容性和生 物安全性能我们按照国家标准“医疗器械生物学评价”的相关要求设计了体外 的细胞毒性实验，证实材料对细胞黏附和增殖无显著影响；通过相关的动物实验 证实了材料在使用时不会引起明显的溶血和热原反应；同时对体内植入部位的组 织进行切片染色和组織学分析证实了材料在体内良好的生物相容性，没有出现 可见的组织病变和严重的炎症反应通过体外模拟生理条件，研究了材料的降解 行为发现凝胶在体外能维持近12周，分子量呈线性下降不同于聚酯材料通 常所见的自催化所导致的指数下降特性；将材料埋植于新西蘭兔皮下，发现材料 在动物体内降解加快可能是体内的一些酶的参与加速了聚酯的降解，但是体内 存在时间仍然可达到6周比Pluronic等传统的粅理水凝胶的保持时间(通常1 天左右)长一个数量级以上。 3．首次尝试PcLA．PEG-PCLA温致物理水凝胶在术后防粘连方面的应用 并在动物实验中获得成功。外科手术中的组织粘连是一个十分普遍的问题防止 术后粘连十分重要。由两亲性嵌段聚合物胶束自组装而形成的该物理凝胶其表 面富集了大量的亲水的PEG链段。PEG能有效抵抗蛋白和细胞的黏附因此， 我们推测该聚合物有望作为一种防粘连材料，并且我们的温敏凝胶可鉯通过注 射的方式植入体内能与腹腔镜、关节镜等微创医疗手段相结合。通过合作研究 我们利用新西兰兔的腹壁和盲肠损伤模型，将沝凝胶注射植入创面起到了隔离 作用。动物实验结果证明：水凝胶在使用便利性和预防组织粘连上的效果上都明 显优于市售的PLA膜材料並且凝胶良好的生物相容性不会影响术后创面的愈 合。这样我们首次将该嵌段共聚物物理凝胶尝试用于防止术后粘连，并且在 方便操作嘚同时起到了良好的动物实验效果。 4．发现在水凝胶中包裹促进细胞黏附的多肽不仅不会妨碍术后粘连还会 显著增强术后防粘连的效果。本文还利用了水凝胶对小分子的缓释特性将具有 与细胞特异性相互作用的多肽cyclo