一种治疗骨关节炎的注射型水凝胶及其制备方法和用途与流程

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种治疗骨关节炎的注射型水凝胶及其制备方法和用途。

背景技术：

1、骨关节炎(osteoarthritis，oa)是影响人类健康最常见的退行性的关节疾病之一，临床表现为关节软骨破坏并最终导致残疾，甚至会引起死亡。随着人口老龄化与肥胖的加剧，oa已成为全球第四大致残性疾病。据统计，我国50岁以上人群中50％患骨关节炎，65岁以上人群中90％女性和80％男性患骨关节炎，患病率极高。然而，不断增加的oa发病率与缺乏针对性药物使得oa治疗药物存在巨大的市场空缺。此外，目前oa的治疗策略侧重于通过开发侵入性较小的手术或在疾病发作早期应用干预措施来预防或延缓疾病进展，或是用药物来缓解疼痛，减轻症状等，而疾病一旦恶化，全关节置换手术是唯一的选择。近几年有关膝关节关节内注射的非手术治疗干预在临床试验中取得了一定进展，包括透明质酸(ha)、皮质类固醇、非甾体抗炎药(nsaid)等。然而，该治疗方案并不能完全阻止oa病情的进一步发展，也不能逆转现有损害。此外，传统的oa治疗需要大剂量和重复给药来刺激治疗效果，这导致了对整体疗效和病人依从性的抑制，并可能导致严重的副作用。因此，急需寻找一种安全、精准治疗oa的治疗手段。

2、富血小板血浆(platelet-rich plasma，prp)是通过分离自体静脉血制备的含有高浓度血小板的血浆，含有大量的生长因子，如血管内皮生长因子(vegf)、表皮生长因子(egf)、血小板源性生长因子(pdgf)、胰岛素样生长因子1(igf-1)和转化生长因子-β1(tgf-β1)等，这些生长因子可直接在关节内调节无菌性炎性反应，有助于减轻炎症因子对关节软骨和软骨基质的破坏，也可促进关节软骨和软骨基质的修复。

3、prp在体内前10分钟内即释放了约90％的生长因子，并在1小时内即可释放完毕。由于生长因子半衰期短的特征，目前临床上为了保证生长因子对oa的长期疗效，需要每月进行prp的注射。如何延长prp中生长因子的有效作用时间，确保促骨再生作用以及抗炎作用是目前亟需解决的技术难点。因此，需要构建一种针对oa的生长因子长效精准控释治疗，将为临床治疗oa提供有效的治疗手段。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种治疗骨关节炎的注射型水凝胶及其制备方法和用途。

2、本发明提供了一种治疗骨关节炎的注射型水凝胶，它由水凝胶基质溶液、金属多酚蛋白复合物和交联剂混合后交联凝固而成；

3、所述金属多酚蛋白复合物由如下重量配比的原料制备而成：

4、植物多酚1～20份、生长因子0.0001～0.1份、金属离子0.1～1份。

5、进一步地，所述金属多酚蛋白复合物由如下重量配比的原料制备而成：

6、植物多酚2～15份、生长因子0.0006～0.0007份、金属离子0.4～0.5份；

7、优选地，所述金属多酚蛋白复合物由如下重量配比的原料制备而成：

8、植物多酚10～15份、生长因子0.0006～0.0007份、金属离子0.4～0.5份。

9、进一步地，所述金属多酚蛋白复合物的制备方法包括如下步骤：

10、(1)将植物多酚溶于水中，得植物多酚水溶液；

11、(2)将生长因子溶于水中，得生长因子水溶液；

12、(3)将金属离子的溶于水中，得金属离子水溶液；

13、(4)将植物多酚水溶液和生长因子水溶液混合均匀后，调节ph值至7～7.5，然后加入金属离子水溶液混合均匀后静置，使植物多酚水溶液和金属离子离子络合自组装完成，得到金属多酚蛋白复合物。

14、进一步地，

15、步骤(1)中，所述植物多酚水溶液的浓度为10～200mg/ml；

16、和/或，步骤(2)中，所述生长因子水溶液的浓度为0.001～1mg/ml；

17、和/或，步骤(3)中，所述金属离子水溶液的浓度为1～10mg/ml；

18、和/或，步骤(4)中，所述植物多酚水溶液、生长因子水溶液和金属离子水溶液的体积比为1：(1～5)：(1～5)；

19、优选地，

20、步骤(1)中，所述植物多酚水溶液的浓度为20～150mg/ml；

21、和/或，步骤(2)中，所述生长因子水溶液的浓度为0.006～0.007mg/ml；

22、和/或，步骤(3)中，所述金属离子水溶液的浓度为4～5mg/ml；

23、和/或，步骤(4)中，所述植物多酚水溶液、生长因子水溶液和金属离子水溶液的体积比为1：1：1；

24、更优选地，

25、步骤(1)中，所述植物多酚水溶液的浓度为100～150mg/ml。

26、进一步地，所述植物多酚为表没食子儿茶素没食子酸酯、单宁酸、杨梅单宁、茶单宁、花青素、儿茶素、栎精、没食子酸、鞣花酸、熊果苷中的任意一种或多种混合；

27、和/或，所述生长因子为成纤细胞生长因子、血管内皮生长因子、表皮生长因子、血小板源性生长因子、胰岛素样生长因子、神经生长因子、转化生长因子、红细胞生长素和集落刺激因子中的任意几种以不同的比例构成的混合物；

28、和/或，所述金属离子为cu、al、fe、zn、mn、ni、co阳离子中的任意一种或多种混合；

29、优选地，所述植物多酚为表没食子儿茶素没食子酸酯；

30、和/或，所述金属离子为zn阳离子。

31、进一步地，所述生长因子由血管内皮生长因子、表皮生长因子、血小板源生生长因子、胰岛素样生长因子和转化生长因子组成的混合物；

32、优选地，所述生长因子由血管内皮生长因子、表皮生长因子、血小板源性生长因子、胰岛素样生长因子和转化生长因子的质量比为1500：1000：200：2000：1500；

33、更优选地，

34、所述胰岛素样生长因子为胰岛素样生长因子-1；

35、和/或，所述转化生长因子为转化生长因子-β1。

36、进一步地，所述水凝胶基质溶液、金属多酚蛋白复合物和交联剂的体积比为(1～5)：(1～5)：(1～5)；

37、和/或，所述交联凝固的温度为30～40℃，交联凝固的时间为1～30min；

38、优选地，所述水凝胶基质溶液、金属多酚蛋白复合物和交联剂的体积比为4：3：3。

39、进一步地，所述水凝胶基质溶液中水凝胶基质为羧甲基纤维素、透明质酸、明胶、海藻酸钠中的一种；

40、和/或，所述交联剂由碳酸钙水分散液和葡萄糖酸内脂水溶液组成；

41、优选地，

42、所述水凝胶基质溶液的溶剂为水；

43、和/或，所述碳酸钙水分散液的浓度为40～50mg/ml；所述葡萄糖酸内脂水溶液的浓度为140～160mg/ml；

44、和/或，所述碳酸钙水分散液和葡萄糖酸内脂水溶液的体积比为(1～5)：1；

45、更优选地，

46、所述水凝胶基质溶液为海藻酸钠水溶液；

47、和/或，所述碳酸钙水分散液的浓度为45mg/ml；所述葡萄糖酸内脂水溶液的浓度为150mg/ml；

48、和/或，所述碳酸钙水分散液和葡萄糖酸内脂水溶液的体积比为2：1；

49、进一步地优选地，所述海藻酸钠水溶液的浓度为1～5％；优选为4.5％。

50、本发明还提供了前述的治疗骨关节炎的注射型水凝胶的制备方法，它包括如下步骤：

51、(a)将水凝胶基质溶于水中，得水凝胶基质溶液；

52、(b)将水凝胶基质溶液加入金属多酚蛋白复合物中混匀；

53、(c)再加入交联剂混匀，然后交联凝固，即得；

54、优选地，

55、所述水凝胶基质溶液、金属多酚蛋白复合物和交联剂的体积比为(1～5)：(1～5)：(1～5)；

56、和/或，所述交联凝固的温度为30～40℃，交联凝固的时间为1～30min；

57、优选地，所述水凝胶基质溶液、金属多酚蛋白复合物和交联剂的体积比为4：3：3。

58、本发明还提供了前述的治疗骨关节炎的注射型水凝胶在制备治疗骨关节炎的药物中的用途。

59、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

60、(1)本发明在水凝胶中原位形成基于植物多酚的超分子网络配合物，将容易快速释放的多种生长因子利用分子间相互作用力进行优化，用于调节其释放速率，此超分子配合物由天然植物多酚构成，成本低廉，且无毒副作用。

61、(2)本发明制备得到的基于天然植物多酚的水凝胶药物缓释系统，其中装载的药物能够完全避免前24h内的药物爆发释放，平均每天的药物累积释放量低于5％。

62、(3)本发明提供的基于天然植物多酚的超分子网络配合物，在水凝胶中能够形成多级尺度的孔隙结构，包括此网络配合物本身的微孔结构，与纳米颗粒之间的中孔结构，以及与水凝胶网络结构之间的大孔结构，多级孔隙结构给不同分子量的药物分子提供了相应的扩散通道，提供了能够同时控释不同分子量的药物体系。

63、(4)本发明基于天然植物多酚网络配合物在水凝胶结构中形成的多级尺度的孔隙结构能够极大的增加水凝胶内部网络的曲折度和复杂程度，从而提高药物分子在水凝胶内部扩散时所需要的扩散路径，从而控制药物分子的释放速率。

64、(5)这些相互作用主要是通过这一类基于天然植物多酚网络配合物上的酚羟基与水凝胶分子链的多重相互作用实现的，这些相互作用包括亲水相互作用，氢键，π-π堆叠，静电相互作用，金属络合等。

65、(6)本发明提供的基于天然植物多酚网络配合物与药物分子之间形成π-π相互作用，氢键，静电相互作用，疏水相互作用等多重相互作用，从而通过化学键结合，降低药物分子的释放速率，达到控制药物释放的效果。

66、(7)本发明制备方法简单，有利于实现低成本的工业生产，所用材料为天然植物多酚，具有很高的安全性，所得到的水凝胶能在运输和储层过程中维持结构稳定，适合用于水凝胶药物递送领域。

67、综上，本发明提供了一种治疗骨关节炎的注射型水凝胶，该水凝胶可注射性能好，且具有优异的药物缓释效果，治疗骨关节炎效果优异。同时该水凝胶所用原料安全性好，用于临床治疗骨关节炎具有良好的应用前景。

68、显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

69、以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。