一种用于内镜粘膜下剥离术的光敏水凝胶

本发明属于医疗器械生物医用材料，具体涉及用于内镜粘膜下剥离术的光敏水凝胶。

背景技术：

1、内镜下粘膜剥离术（endoscopic submucosal dessection, esd）是目前消化道常用的早期肿瘤微创治疗方法，但由于消化道空间和视野的局限性，如果操作不当则会造成术中和术后出血、穿孔或延迟出血等风险。然而，通过黏膜下注射建立充分的黏膜下空间，可以减少并发症的发生及内镜手术操作时间。黏膜下注射的目的是使黏膜层与肌层组织分离，便于esd手术操作并完整一次性切除病灶。生理盐水是目前临床最常用的黏膜下注射剂，但其在黏膜下易扩散，对病灶的抬举效果不佳，此外，其维持时间较短，术中需多次补充注射，易造成患者组织损伤。据报道，透明质酸钠、羟丙基甲基纤维素、纤维蛋白原以及自体血等可增加凝胶体系黏度以延长垫层维持时间。然而，透明质酸钠可能会刺激残余肿瘤组织增生，不适合广泛应用。羟丙基甲基纤维素黏度较大，需要特殊的18g粘膜下注射针以减少其注射阻力。纤维蛋白原和自体血等是生物制剂，除了经济性上的问题，也可能会增加感染的风险。

2、水凝胶，由于其具有良好的组织相容性及优异的机械性能，在医药行业中引起了广泛的关注。因水凝胶体系可以原位成凝胶，或者说，以流动态的前体形式储运，而通过一定的环境条件响应在需要的位置成凝胶，其在esd术中的应用获得了广泛的关注。水凝胶的前体流体液可以通过长而细的注射针在消化道深部进行局部注射，之后的成凝胶过程能够保证有效的抬举与分离，在切除癌块之后，残留的凝胶尚可能起到一定的保护作用，这均催生了智能响应性水凝胶在esd术中应用的探索热情。在这些环境相应性水凝胶中，比较受关注的是温敏水凝胶，这些水凝胶的前体液可以在低温下储运以保证其流动性，而在实际应用时，因消化道深部的体温条件而成凝胶，以达到方便esd操作及保护创面的目的。目前，温敏水凝胶体系包括甲基纤维素基温敏水凝胶、聚n-异丙基丙烯酰胺温敏水凝胶、聚氨基酸/糖胺聚糖温敏水凝胶等均有报道。壳聚糖基的温敏水凝胶也被研究用于esd，包括zl202010995015.1及zl202110938410.0均涉及利用壳聚糖及甘油磷酸钠体系构建的用于esd术中的温敏水凝胶。然而，温敏水凝胶也有其固有的缺点。首先，温敏水凝胶注射前的前体液保存需要低温环境，这明显增加了成本及对体系可靠性的要求。另外，消化道esd往往会面临体内较深的位置，而这种情况下因为体温的影响，注射针会形成温度梯度，而温敏凝胶的前体液在有温升时已经可能开始凝胶化过程，这可能对可注射性带来不利影响。然后，温敏成凝胶虽然实际上是可靠的，但依靠人体的37度体温，获取优良的组织粘附及足够强度的原位凝胶相对较困难，且难于利用医师的内镜下视野对其成凝胶位置与程度进行调整，这制约了esd术中用凝胶体系的进一步发展。

3、寻找注射性能佳、黏膜层抬举效果优、维持时间长，具有可调节性且能原位实时成胶的凝胶体系是目前仍需解决的问题。相比温敏，其他一些响应条件也具有潜力。尤其是，伴随内镜技术的发展，一些新的，本用于其他目的的手段，可能能够变成优秀且可用的响应条件。比如，当前各家内镜生产商均在其某些内镜系统上配备了光源。其初始目的多为通过光学方式辅助对内镜下黏膜状态的进一步诊断。但是，光也是能量。光敏水凝胶本来也是生物医用材料研究中比较重视的条件相应性水凝胶体系之一。比如，基于甲基丙烯酰化明胶（gelma）构建的光敏水凝胶已经在涉及载药，注射充填，创面覆盖等领域有许多报道。但是，将甲基丙烯酰化明胶应用于esd术中用仍存在着不少严重的问题。比如，其虽不必储运保存问题，但其相对较高的粘度对通过内镜下注射针进行黏膜下注射过程带来了困扰。甲基丙烯酰化明胶本质上还是明胶，在消化道强大的消化能力下，其凝胶后可靠性比较令人怀疑。如上所述，esd术后会形成人工溃疡面，以水凝胶进行创面覆盖，是希望能够有效隔绝消化道的损伤性因素对创面的影响，促进创面尽快修复，而甲基丙烯酰化明胶的隔离能力与促修复能力，也有有进一步提升的需要以适应消化道的严苛环境。

4、laponite是一种合成的层状硅酸盐 clay矿物，化学名称通常为钠蒙脱石或锂蒙脱石的衍生物，或称锂皂石。它属于2:1型粘土矿物，意味着它的结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成。laponite的特点是具有良好的分散性、高比表面积和特殊的胶凝性能。在水中，laponite颗粒能迅速分散并形成稳定的溶胶，这种溶胶在适当条件下可以转化为具有一定机械强度的凝胶。laponite具有良好的生物相容性，并因此已在如生物增材制造等领域被广泛研究，且展现出了一些非常有趣的性质。无论是改变体系力学特性，促组织修复，增强抗侵蚀能力等，均有报道。

技术实现思路

1、基于现有技术的缺陷，本发明利用甲基丙烯酰化明胶（gelma）和laponite（锂皂石）构建了可凭借内镜系统自带光源，能够有效满足esd术中需求的光明水凝胶。本发明还优选了构建此光敏水凝胶的各组分的相应特征，并提供了优化的制备与应用方法，拓展了其于消化内镜治疗领域的应用范围。本发明旨在解决用于esd术中的光敏水凝胶的注射阻力大、维持时间短、促组织修复能力弱的问题。

2、本发明采用如下技术方案：本发明提供了一种用于内镜黏膜下剥离术的光敏凝胶，具体成分包含直径为20-30nm，厚度为1nm的laponite（锂皂石）和甲基丙烯酰化明胶（gelma）。

3、优选地，所述光敏水凝胶中锂皂石的浓度为10mg/ml-20mg/ml，甲基丙烯酰化明胶的质量浓度为10-15%。

4、优选地，所述光敏水凝胶的制备步骤如下：

5、1：将锂皂石粉末置入玻璃瓶中，加入去离子水充分溶解，并在15-25℃下快速搅拌18至22分钟，得到均匀分散的锂皂石粉末悬浮液；

6、2：将甲基丙烯酰化明胶溶液加入至锂皂石粉末悬浮液中，于35-55℃下充分搅拌15-25分钟使其混匀形成水凝胶前体溶液，搅拌条件为500-1000rpm，然后置于4℃下避光保存。

7、优选地，所述水凝胶前体溶液在37℃条件下具有可注射性，无需引入紫外光源，经内镜系统自带的蓝光光源（405nm-473nm）照射1-5分钟后固化为可靠水凝胶，从而达到原位实时成胶；并且该水凝胶在优选条件下是无色的，不影响esd手术操作。

8、优选地，所述光敏水凝胶冻干后具有致密连接的海绵状多孔网络结构，孔径为20-100μm；水凝胶具有的此多孔结构，提示在体状况下其可以吸附创面渗出物，在机械封堵之外发挥有效止血作用。

9、优选地，所述光敏水凝胶具有高抗压强度（230-270 kpa），此高抗压强度来源于laponite的优选加入，且明显高于普通的gelma水凝胶。

10、优选地，所述光敏水凝胶用长为2米，且内径为1.0mm的内镜注射针推注此光敏水凝胶前体溶液于消化道创面，并用光源将其凝胶化，应用于临床诊断的消化道顽固创面的处理。

11、优选地，所述光敏水凝胶，在37℃条件下，其储能模量（g’）高于损耗模量（g’’），表明在人体体温条件下，水凝胶处于可靠的凝胶状态，以保证其维持抬举，分离，附着及保护效果。

12、优选地，所述光敏水凝胶具有剪切变稀特性，随剪切速率的增加，其黏度降低，注射阻力减小；这是作为刚性质点的laponite加入后带来的非牛顿流体的典型性质；本发明优选的体系构建，为此性质的充分发挥，提供了充分的基础。

13、优选地，所述光敏水凝胶具有较强抵抗强酸侵蚀的特性，当ph值为1.0至3.0的条件下时，在7天后仍可粘附于组织，而此优势同样来源于laponite的加入。

14、与现有技术相比，本发明包括以下优点：

15、本发明提供的用于内镜黏膜下剥离术的光敏水凝胶，具体成分包括锂皂石和甲基丙烯酰化明胶。甲基丙烯酰化明胶是近些年来兴起的光固化凝胶，具有高含水量、可调性、低抗原性、安全等性质。由于单纯的甲基丙烯酰化明胶具低机械强度、低热稳定性、降解率快等缺点。因此，本发明在基本的甲基丙烯酰化明胶的基础上，优选添加了人工合成的锂皂石，按照一定比例混合形成锂皂石-甲基丙烯酰化明胶水凝胶。锂皂石是由四面体硅酸盐片和氢氧化镁片以2:1的比例合成的层状硅酸盐，厚度约1nm，直径为20~30nm，拥有巨大的表面积（>350 m2/g），表现为无色、无味的粉末状，具有较高的纯度，其化学结构为na0.7+[(si8mg5.5li0.3)o20(oh)4]0.7-。锂皂石的掺入可有效的增加凝胶体系的可注射性，机械强度，稳定性，抗消化液侵蚀能力，创面保护及促进创面愈合能力。优选条件下，光敏凝胶本身透明，可有效的在需要凝胶化的局部光敏成凝胶，有利于维持病灶黏膜层抬举高度和时间，保持良好的手术视野，给esd手术操作带来了极大的便利，降低了手术的难度，优化了内镜医师的学习曲线。而在病灶切除之后，可靠的创面粘附保护可有效的降低如出血、穿孔等并发症的发生，而对创面修复的促进，则既便利了esd术本身，也为消化道创面处理提供了新的可能性。

16、本发明提供的用于内镜黏膜下剥离术的光敏水凝胶，其中，锂皂石的浓度为10mg/ml-20mg/ml，甲基丙烯酰化明胶的质量浓度为10-15%。以该浓度制备的光敏水凝胶，没有添加任何化学交联剂和有机溶剂，并已通过细胞毒性实验验证，不抑制细胞增殖，每组细胞存活率均超过70%，具有良好的生物相容性和安全性，在存在ph值异常的环境下对细胞有更明显的保护作用。

17、本发明提供的用于内镜黏膜下剥离术的光敏水凝胶，具有较低的注射阻力，可注射性强。用长为2米，且内径为1.0mm的内镜注射针抽吸此凝胶前体液，推挤速度为0.25ml/s时，可方便的注射于创面上并光敏成凝胶。因此，本发明提供的水凝胶体系可应用于临床诊断的消化道顽固创面的处理，且在注射时该水凝胶堵塞内镜注射针道的可能性低。

18、本发明提供的用于内镜黏膜下剥离术的光敏水凝胶的制备方法简单易操作，只需要将锂皂石粉末和去离子水混匀得到锂皂石粉末悬浮液，然后再向锂皂石粉末悬浮液中加入甲基丙烯酰化明胶溶液，再次混匀，即可获得水凝胶前体溶液，内镜医生进行内镜手术操作时该水凝胶前体溶液可根据其需要，在光源照射的局部实时转变成水凝胶。此外，该光敏水凝胶易保存且对储运温度要求不高。

19、本发明提供的用于内镜黏膜下剥离术的光敏水凝胶具有较强抵抗胃酸侵蚀的特性，当ph为1.0至3.0条件下时，所述光敏水凝胶在7天后仍具有稳定组织粘附性，可粘附于胃壁组织，以维持其在体内的存在时间，起到更好的黏膜层抬举效果。

20、本发明提供的水凝胶在术中无需引入外界光源，凭借内镜系统自带的蓝光即可。这一优势，可以充分发挥内镜医师的技巧，在需要的位置将水凝胶前体溶液固化为可靠的水凝胶，不需要进行重复注射。因此，使用非常方便，减少了配比与重复进器械的麻烦；另一方面，也缩短了esd手术的操作时间，减轻了患者的痛苦。