[發明專利]一種具有免疫調控作用的復合水凝膠及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110178444.4
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112972772B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 彭一中;邵增務;卿湘城;田碩;劉勝;舒鴻洋;陳熹;李金燁
• 申請（專利權）人: 華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院
• 主分類號: A61L27/36
• 分類號: A61L27/36;A61L27/20;A61L27/08;A61L27/50;A61L27/52;A61L27/54;A61L27/56;A61L27/58;C08J3/075;C08L5/08;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

本發明公開了一種具有免疫調控作用的復合水凝膠及其制備方法與應用，所述復合水凝膠包括髓核脫細胞基質、通過化學交聯連接所述髓核脫細胞基質的氧化石墨烯以及通過橋接連接所述氧化石墨烯的透明質酸。本發明構建的透明質酸?氧化石墨烯?髓核脫細胞基質復合水凝膠可模擬天然的髓核組織，并且力學性能高、穩定性好，還能調控椎間盤內部炎癥和緩解氧化應激，為椎間盤組織工程材料的設計提供了新的思路。

技術領域

本發明涉及生物材料技術領域，特別是涉及一種具有免疫調控作用的復合水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

椎間盤退變，是下腰痛的主要病因之一，患病率和致殘率高，給社會經濟造成嚴重負擔。目前臨床上保守治療和手術治療等主要治療措施均未能對椎間盤退行性病變進行直接干預，未能從根本上解決問題。那么是否存在新的治療策略可以實現退變椎間盤的原位修復，進而延緩甚至逆轉椎間盤退行性變進程，從根本上治療椎間盤病變？

近十年，利用組織工程學構建的功能化椎間盤為椎間盤退變的治療帶來了新的希望。髓核修復材料主要集中于水凝膠材料，且以力學結構仿生或生物學性能仿生為主。目前，基于誘導干細胞定向分化的髓核修復材料是椎間盤組織再生研究的熱門領域。研究表明細胞外基質在經過脫細胞后，能除去材料免疫原性，且最大程度保持了原生組織的基質成分、微觀納米結構和生物學性能。脫細胞基質材料能通過其微納結構和細胞因子等多種方式促進功能細胞的增殖、分化、遷移。有研究表明，功能材料的性質(如超微結構、組織構成等)越接近目標組織越有利于體內修復。例如，骺板脫細胞基質可促進軟骨內骨形成，而關節軟骨脫細胞基質更易誘導透明軟骨生長。發明人前期研究發現，髓核脫細胞基質的纖維直徑、孔徑、基質成分等參數與天然髓核組織存在高度相似性。另外，水凝膠因其優良的塑形性，交聯性，可注射性，保水性能以及包裹細胞的能力而成為椎間盤組織再生領域研究的熱門材料。因此，髓核脫細胞基質(DNP)水凝膠在修復椎間盤退變組織方面具有獨特優勢，能夠促進退變組織修復，可能達到理想的解剖恢復和生物力學功能恢復。然而，在體內修復中，相比正常的髓核組織，仍不能達到理想的修復效果。

巨噬細胞是一種多功能免疫效應細胞，參與多種免疫調節過程。在不同微環境刺激下，可極化為不同的功能表型，主要包括M1型和M2型。具體而言，M1型通過分泌IL-1β、TNF-α等促炎因子加重局部組織炎癥，而M2型分泌IL-10、TGF-β等，具有消除炎癥并促進局部組織再生的作用。有研究表明，促進向M2型極化，同時減少M1型極化，可有效地促進心肌，骨組織，關節軟骨等組織再生修復。然而，退變的椎間盤組織中以M1型為主，而M1型通過分泌促炎相關的細胞因子，已被證明會降低的干細胞活性與定向分化功能，造成修復失敗。另外，退變的椎間盤組織中存在明顯的活性氧(reactive oxygenspecies，ROS)生成增多而清除相對不足，從而造成ROS在退變椎間盤組織中的聚集。ROS蓄積會降低干細胞的增殖能力，并造成干細胞凋亡增加，也會造成干細胞向成骨方向，引起終板鈣沉積，造成椎間盤退變加重。因此，椎間盤組織工程材料，需具備調控椎間盤免疫和緩解氧化應激的功能。

DNP植入退變椎間盤中，無法有效減少M1型聚集。DNP沒有明顯影響的極化方向，同時，也不能緩解ROS造成的細胞活性和分化能力的下降。提示DNP對于椎間盤內局部炎癥和氧化應激微環境并沒有明顯的調節作用。

透明質酸(HA)是一種細胞外基質中的酸性粘多糖，具有顯著的免疫調節作用。高分子量HA(～3,000-6,000kDa)可顯著促進向M2型極化，有利于組織再生修復；另外高分子量的HA也能抑制M1型極化，并促進IL-10的釋放，緩解局部炎癥。目前針對椎間盤免疫微環境的生物材料研究尚處于起步階段，高分子量的HA在椎間盤退變的極化中可能具有良好的效果。同時，HA也是一種天然的ROS清除劑，可以有效地減少髓核細胞的氧化應激損傷，并促進細胞外基質II型膠原的產生。雖然HA可以清除ROS，并對向M2極化具有良好的效果，但是其對強酸、堿、自由基和HA酶敏感，易被降解為小分子，從而失去作用。同時，退變的髓核組織中天然存在偏酸性微環境。隨著退變程度的加重，人體椎間盤組織中的透明質酸酶含量會逐漸增高。因此，如何增強HA在椎間盤組織中的穩定性是亟待解決的瓶頸問題。