本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)材料、組織工程與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

心肌梗塞常常導(dǎo)致心肌組織的損傷以及心室腔的擴張，從而使得心臟的正常功能收到損傷。心肌梗塞后導(dǎo)致的心力衰竭仍然是導(dǎo)致死亡率高的主要原因。心臟衰竭的病人1-5年的死亡率大致為43％，并且其一年期的死亡率是33％。因此，許多治療手段被應(yīng)用在心肌梗塞的治療上，但是這些治療手段大多都是藥物治療或是冠狀動脈搭橋手術(shù)以及心臟移植等。然而這些治療方法常常受到諸多限制并且預(yù)后也不是十分理想，所以需要尋找新的手段去治療心肌梗塞，解決由于心肌梗塞導(dǎo)致的心肌受損的問題

海藻酸鈉水凝膠是一種天然高分子水凝膠，其在多價離子存在的條件下易成凝膠。通過控制多價離子的釋放速度和釋放總量，可以有效的控制海藻酸鈉的凝膠速度和得到凝膠的硬度。從而能夠?qū)τ谛募p傷部位起到一定的填充作用，在一定程度上防止心室腔擴張。并且水凝膠凝固后呈現(xiàn)多孔隙結(jié)構(gòu)，這些空隙能夠為細(xì)胞的生長提供有效的空間。

生物活性玻璃是一種含有鈣(ca)、硅(si)的陶瓷材料，具有可控的機械性能和降解速率、良好的生物活性、能在體內(nèi)抑制炎癥并促進(jìn)成血管分化。其釋放的離子能夠刺激細(xì)胞分泌血管內(nèi)皮生長因子(vegf),堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bfgf)等生長因子來刺激內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)胞等增殖和分化，從而促進(jìn)血管再生，對于改善心肌梗塞部位的狀況具有良好的效果。

葡萄糖酸內(nèi)酯是一種凝固劑，可作為藥劑添加劑，具有無毒，可內(nèi)服，固化效果佳等特點，可應(yīng)用于多種藥物制劑中。

目前在生物材料及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，心肌梗塞導(dǎo)致的心肌受損仍然是一個需要解決的問題，科技人員也在不斷地尋找新的思路與方法。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠及其制備與應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠及其制備與應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠。

在一個優(yōu)選的實施例中，該用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠主要成分為海藻酸鈉，生物活性玻璃和藥物添加劑

進(jìn)一步地，上述用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠中的藥物添加劑是葡萄糖酸內(nèi)酯。

進(jìn)一步地，上述用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠中海藻酸鈉、生物活性玻璃和葡萄糖酸內(nèi)酯的質(zhì)量比(克)包括但不限于1:1:1到4:2:1。

進(jìn)一步地，上述用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠中海藻酸鈉、生物活性玻璃和添加劑(葡萄糖酸內(nèi)酯)在水凝膠中的質(zhì)量體積(克/毫升)百分比各自獨立為1％～2％。進(jìn)一步地，上述用于心肌修復(fù)的可注射水凝膠中含有海藻酸鈉、生物活性玻璃、葡萄糖酸內(nèi)酯，葡萄糖酸內(nèi)酯會使水凝膠中形成弱酸性環(huán)境，從而使得生物活性玻璃持續(xù)緩慢的釋放出在有效濃度之上的鈣離子、硅離子，可注射水凝膠以液態(tài)注入體內(nèi)后，能夠填充任意創(chuàng)面，同時凝膠后呈現(xiàn)多孔隙結(jié)構(gòu)，可供細(xì)胞生長，促進(jìn)血管再生，改善心肌梗塞。

其中，凝膠的時間為30sec到3min。

本發(fā)明第二方面提供了上述可注射水凝膠的制備方法，在一個優(yōu)選的實施例中，該制備方法的步驟如下：

1)將海藻酸鈉配置成海藻酸鈉水溶液；

2)將葡萄糖酸內(nèi)酯與所述海藻酸鈉水溶液混勻；

3)將生物活性玻璃加入步驟2)中的獲得的溶液中，混合均勻，獲得所述可注射水凝膠。

優(yōu)選地，該方法中：

(1)將海藻酸鈉溶液吸入注射器內(nèi)；

(2)利用三通管將葡萄糖酸內(nèi)酯均勻地混合在海藻酸鈉溶液中；

(3)按比例在混合有葡萄糖酸內(nèi)酯的海藻酸鈉溶液中加入生物活性玻璃，并借助三通管將生物活性玻璃均勻的分散在海藻酸鈉溶液中；

進(jìn)一步地，上述可注射水凝膠混合均勻后為液態(tài)，通過注射器注射進(jìn)入心肌缺損部位，液態(tài)水凝膠會凝膠形成固體，防止被心臟排出

進(jìn)一步地，上述可注射水凝膠的制備方法中，步驟(1)中海藻酸鈉溶液的質(zhì)量體積(克/毫升)百分比為1％～2％；

進(jìn)一步地，上述可注射水凝膠的制備方法中，步驟(2)中海藻酸鈉、生物活性玻璃、添加劑的混合溶液，其中海藻酸鈉、生物活性玻璃、藥物添加劑的質(zhì)量體積(克/毫升)百分比包括但不限于為1％～2％；

進(jìn)一步地，上述可注射水凝膠的制備方法中，步驟(2)、步驟(3)中使用三通管進(jìn)行混勻。

本發(fā)明的第三個方面提供了上述可注射水凝膠在修復(fù)心肌損傷上的應(yīng)用。

上述可注射水凝膠具有促進(jìn)血管再生，改善心肌梗塞，防止心室腔進(jìn)一步擴大的作用。水凝膠中的生物活性玻璃在葡萄糖酸內(nèi)酯的弱酸性環(huán)境下能夠不斷產(chǎn)生鈣、硅等離子，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的血管化，從而改善心肌損傷的情況。

本發(fā)明的可注射水凝膠可以通過控制不同的配比來控制凝膠的時間，從而保證以液體狀態(tài)注射進(jìn)入心臟的水凝膠能夠充分的貼合創(chuàng)面，并形成支撐和保護(hù)，從而在一定程度上避免了心室腔的進(jìn)一步擴張。同時，可注射水凝膠的多孔隙結(jié)構(gòu)能夠為細(xì)胞的生長提供充足的空間和支撐。

在實際應(yīng)用中，利用本發(fā)明的可注射水凝膠能夠在保護(hù)心肌受損的心室腔不進(jìn)一步擴張的同時，通過生物活性玻璃在弱酸性的環(huán)境下分解產(chǎn)生的鈣、硅等離子來促進(jìn)vegf,bfgf等生長因子的分泌來促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)胞等成血管作用，從而在很大程度上改善受損心肌部位的病理生理情況，同時水凝膠內(nèi)大量的空隙為細(xì)胞提供了良好的生長條件。

本發(fā)明中的可注射水凝膠制備方法簡單，易操作，成本低。臨床上可單獨或是配合藥物或手術(shù)來改善受損心肌。相較于目前已有的手術(shù)治療和藥物治療，本發(fā)明的可注射水凝膠可以用來填充心肌缺損的部位并起到支撐的作用，從而防止心肌損傷的進(jìn)一步擴大，有效阻止心室腔的進(jìn)一步擴張，同時原材料價格低廉，易于滅菌，通過刺激人體本身的細(xì)胞來改善心肌梗塞后的心臟。本發(fā)明中的可注射水凝膠操作簡便，可以用于微創(chuàng)注射使用，減少病患在治療過程中的痛苦以及避免二次傷害，減少醫(yī)護(hù)人員的工作強度，并且對于病患無特殊的要求，應(yīng)用廣泛且實用性高。

顯然，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更。

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

下面將結(jié)合具體附圖對本發(fā)明可注射水凝膠及其的制備方法作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是可注射水凝膠用于心肌修復(fù)的示意圖；

圖2是可注射水凝膠通過注射器的示意圖；

圖3是可注射水凝膠凝膠后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是水凝膠內(nèi)的生物活性玻璃尺寸分布的示意圖；

圖5是凝膠后內(nèi)部生物活性玻璃降解比例的示意圖；

圖6是人內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)試驗對照組細(xì)胞血管化的示意圖；

圖7是人內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)試驗水凝膠試驗組細(xì)胞血管化的示意圖；

圖8是人內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)試驗水凝膠試驗組和對照組細(xì)胞血管化指數(shù)對比的示意圖；

圖9是防止心室腔擴張試驗he染色和manson染色對比的示意圖；

圖10是防止心室腔擴張試驗相對疤痕厚度及梗死擴展指數(shù)對比的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明具體實施方式中使用的原料、設(shè)備若無特殊說明，為已知產(chǎn)品，通過購買市售產(chǎn)品獲得。以下所述sa即海藻酸鈉，bg即生物活性玻璃，gdl即葡萄糖酸內(nèi)酯。

實施例1

可注射水凝膠的制備：

(1)將2g海藻酸鈉(sa)粉體溶于100ml去離子水中不斷攪拌制備得到2％中黏度海藻酸鈉溶液；

(2)將2％的sa溶液與萄糖酸內(nèi)脂(gdl)粉末研磨混合均勻，其中，gdl的最終質(zhì)量體積(克/毫升)百分比為2％；

(3)將生物活性玻璃(bg)粉末加入步驟(2)中制得的混合溶液中，混合均勻，其中，bg的最終質(zhì)量體積(克/毫升)百分比為2％。最終，配制成海藻酸鈉、葡萄糖酸內(nèi)脂、生物活性玻璃質(zhì)量體積(克/毫升)百分比均為2％的可注射水凝膠。

上述制備方式中，可以通過任何方式進(jìn)行混合，比如借助三通管將葡萄糖酸內(nèi)酯均勻地混合在海藻酸鈉溶液中，借助三通管將生物活性玻璃均勻的分散在混合了葡萄糖酸內(nèi)酯的海藻酸鈉溶液中。

可注射水凝膠轉(zhuǎn)移到注射器中，以液體的形式注射進(jìn)入心肌損傷處，從而填充滿整個創(chuàng)面，而后水凝膠會在30s到3min的時間內(nèi)在創(chuàng)面凝固。

如圖1所示，可注射水凝膠通過注射進(jìn)入心臟受損部位后，形成凝膠，同時凝膠釋放的鈣離子、硅離子可以刺激血管內(nèi)皮生長因子、堿性成纖維細(xì)胞生長因子的釋放，促進(jìn)血管生成，進(jìn)而達(dá)到減少心肌梗死面積，促進(jìn)心臟受損部位再生的目的。

實施例2

可注射水凝膠的外觀和微觀結(jié)構(gòu)分析。

圖2所示的是實施例1中制備的可注射水凝膠通過注射器的示意圖。將實施例1中制備的可注射水凝膠冷凍干燥后，用光學(xué)顯微鏡觀察水凝膠及其連接界面，如圖3所示，可注射水凝膠中顯示有大量空隙可均勻分布有生物活性玻璃顆粒。

對分布于水凝膠內(nèi)的生物活性玻璃進(jìn)行sem掃描電鏡測量其尺寸分布，如圖4所示，生物活性玻璃粒直徑為正態(tài)分布，主要集中于30微米。

將含有生物活性玻璃的水凝膠按體積比1:4浸泡在杜氏改良伊格爾(dmem)培養(yǎng)液中，測量含有生物活性玻璃的水凝膠在培養(yǎng)液中釋放出的離子濃度，以生物活性玻璃的離子比例推算其降解速率，推算方法為測量培養(yǎng)液內(nèi)離子的濃度，換算成離子的量，通過元素守恒換算為生物活性玻璃降解的量。如圖5所示，水凝膠中生物活性玻璃5到15天的時間內(nèi)能夠緩慢降解并釋放有效離子。，且其中硅離子的濃度一直穩(wěn)定在0.5ug/ml～1.06ug/ml，大致處在有效濃度內(nèi)。

實施例3

可注射水凝膠對于血管再生的促進(jìn)作用。

將實施例1中制備的可注射水凝膠與人的內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)，培養(yǎng)方法：采用的水凝膠其配比為2％質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)的海藻酸鈉溶液1ml，0.02g葡萄糖酸內(nèi)酯，0.02g生物活性玻璃以實施例1中的方式制備成水凝膠，將其浸泡在4ml內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)液中，將浸泡1d、3d、5d的培養(yǎng)液取出，過濾后留待備用。將內(nèi)皮細(xì)胞以600000個/ml的密度接種在24孔板內(nèi)，設(shè)置對照組和實驗組，對照組始終以內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)基(ecm)培養(yǎng)，結(jié)果如圖6所示。實驗組待細(xì)胞貼壁后，將培養(yǎng)液更換為之前提取的水凝膠浸提液與正常培養(yǎng)液1:1用以培養(yǎng)，可注射水凝膠試驗組培養(yǎng)結(jié)果如圖7所示，可注射水凝膠能夠很大程度上促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的血管化，如圖8所示，與對照組相比較，可注射水凝膠試驗組分別在環(huán)形面積、節(jié)點面積和血管面積三方面顯著促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞的血管化。環(huán)形面積指的是在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞血管化的過程中，形成的細(xì)胞首尾相連形成特定環(huán)狀的面積。節(jié)點面積則是指在血管化過程中，形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中相交的節(jié)點面積，而血管面積則是指的是形成封閉的環(huán)狀初步呈現(xiàn)血管狀結(jié)構(gòu)的面積。

實施例4

可注射水凝膠對于防止心室腔擴張的作用。

首先制備大鼠心梗模型。采用sprague-dawley(sd)大鼠，雄性，體重200g左右，按體重3％腹腔注射戊巴比妥鈉，以仰臥的姿勢將大鼠放置在手術(shù)臺中心位置處，采用外置光源照射氣管，聲門開啟時插入自制的導(dǎo)管，然后使氣管插管與小動物呼吸機相連，肉眼可見的心臟搏動最強烈的地區(qū)進(jìn)行開胸手術(shù)，通常位于胸骨左側(cè)的第三條肋骨和第四條肋骨之間。用準(zhǔn)備好的適度大小的紗布置于大鼠切口周圍；然后用小鑷子輕輕提起心包膜。在左心耳與肺動脈圓錐之間預(yù)判左前降支并其走向，用7-0手術(shù)線活結(jié)結(jié)扎左前降支冠狀動脈。進(jìn)針深度為1～1.5mm，寬2～3mm。將實施例1中制備好的可注射水凝膠，通過注射器注射進(jìn)入心肌梗塞部位，分別與未進(jìn)行水凝膠注射正常對照組的大鼠，僅注射海藻酸鈉溶液的大鼠，僅注射生物活性玻璃的大鼠進(jìn)行對比。實驗結(jié)束后對大鼠進(jìn)行縫合并給青霉素預(yù)防感染。如圖9所示，通過he染色和masson染色檢測，可注射水凝膠可明顯減少心肌損傷部位心室腔的進(jìn)一步擴大。如圖10所示，使用圖像分析軟件imagej測量以下指標(biāo)：室間隔厚度(mm)，心梗瘢痕厚度(mm)，左室腔面積(mm²)，左室面積(mm²)。每個指標(biāo)測量三次算平均值。然后計算一下指標(biāo)：心梗瘢痕厚度比值＝心梗瘢痕厚度/室間隔厚度。心梗擴張指數(shù)＝左室腔面積/左室面積。通過對比實驗檢測相對疤痕的厚度以及梗死擴展指數(shù)證明本發(fā)明水凝膠到對心肌損傷部位明顯的修復(fù)作用。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。