一種纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于人工角膜支架材料領域，提供了一種纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架及其制備方法，所述裙邊支架由親水性水凝膠、纖維和可生物降解載藥微球組成，纖維的含量為6wt％～10wt％、可生物降解載藥微球的含量為8wt％～15wt％、親水性水凝膠的含量為75wt％～86wt％，所述纖維無序地分布在親水性水凝膠中。該裙邊支架具有水凝膠特有的優(yōu)良生物相容性和滲透性，而且具有很高的抗拉強度，可生物降解載藥微球釋放出的藥物能夠緩解角膜移植術后炎癥和并發(fā)癥的發(fā)生。
【專利說明】一種纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于人工角膜支架材料領域，特別涉及一種纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架及其制備方法。

【背景技術】
[0002]角膜病是一種發(fā)病率高、治療困難的致盲性眼病，角膜移植是目前治療這類疾病最有效和最常見的方法。由于角膜具有無血管的特征，使得角膜移植成為全身組織和器官移植成功率最高的手術，目前角膜移植手術使用的角膜大部分來源于捐贈的角膜供體。然而，捐贈的角膜數量十分有限，遠不能滿足眾多角膜病患者的需求，因此，研究和制備出性質及功能與天然角膜相似的人工角膜用于角膜移植具有重要的意義。
[0003]隨著人工角膜“裙核”理論的提出，使人工角膜裙邊支架材料得到了廣泛的研究。主要的人工角膜裙邊支架材料種類有:(I)氟碳多聚體，如聚四氟乙烯(PTFE) ； (2)碳纖維；
[3]聚氨基甲酸乙酯；(4)金屬材料，如金屬鈦；(5)陶瓷，包括氧化鋁，玻璃陶瓷，天然羥基磷灰石等；(6)水凝膠，如聚羥乙基丙烯酸甲酯(PHEMA)，聚乙烯醇(PVA)及膠原共聚物等。其中，水凝膠具有良好的生物相容性和滲透性，可使蛋白質及其他營養(yǎng)物質容易地輸送到水凝膠的表面和人體的內部細胞中，是一種非常有潛力的人工角膜替代材料。但水凝膠類人工角膜支架在手術縫合時往往因抗拉強度較差而極易被撕裂，即使人工角膜順利植入，但由于周圍眼組織與植入的人工角膜裙邊支架交界面處的結合較差，導致患者的眼部出現(xiàn)并發(fā)癥，并且角膜周圍的纖維及血管長入裙邊支架的孔隙中的過程較為緩慢，人工角膜的生物固定過程較長，這也會導致患者眼部并發(fā)癥的發(fā)生。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種抗拉強度好且能降低眼部并發(fā)癥的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架及其制備方法。
[0005]本發(fā)明提供的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，由親水性水凝膠、纖維和可生物降解載藥微球組成，纖維的含量為6wt%?1wt%、可生物降解載藥微球的含量為8wt%?15wt%、親水性水凝膠的含量為75wt%?86wt%,所述纖維無序地分布在親水性水凝膠中。
[0006]上述人工角膜裙邊支架中，所述纖維無序地分布在親水性水凝膠中是指纖維雜亂無規(guī)則地分布在親水性水凝膠中，而不是按同一方向分布在親水性水凝膠中。所述可生物降解載藥微球最好均勻分散在親水性水凝膠中。
[0007]上述人工角膜裙邊支架中，所述親水性水凝膠的含水量為80wt%? 90wt%。所述親水性水凝膠為聚羥乙基丙烯酸甲酯水凝膠、聚乙烯醇水凝膠、聚丙烯酰胺水凝膠或者膠原共聚物水凝膠。
[0008]上述人工角膜裙邊支架中，所述纖維為聚乙烯醇纖維、膠原蛋白纖維或者明膠纖維，或者是以聚乙烯醇、膠原蛋白、明膠中的至少兩種為原料制備的復合纖維；所述纖維的直徑為10nm?50 μ m。
[0009]上述人工角膜裙邊支架中，所述可生物降解載藥微球由基材和藥物組成，所述基材為膠原蛋白微球、明膠微球或者海藻酸鈉微球，所述藥物為成纖維細胞生長因子，優(yōu)選為α成纖維細胞生長因子或者β成纖維細胞生長因子。
[0010]上述人工角膜裙邊支架中，所述可生物降解微球的粒徑為500nm?50 μ m ;所述可生物降解微球中藥物的含量為5wt%? 15wt%。
[0011]上述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的制備方法，步驟如下:
[0012](I)將親水性水凝膠的原料溶解在水中，制備成親水性水凝膠原料濃度為10wt%?2(^1:%的親水性水凝膠前驅液；采用乳化固化法制備可生物降解載藥微球；
[0013](2)將可生物降解載藥微球加入親水性水凝膠前驅液中，混合均勻得到漿料，將所述漿料加入人工角膜裙邊支架模具中，漿料的加入量應使所述模具的底部被完全覆蓋，然后將纖維無序地放置在所述模具中的混合漿液上，再向所述模具中加入漿料將纖維完全覆蓋，繼后將所述模具依次在-10°c?-20°c冷凍5h?10h、在室溫放置2?5h，重復前述冷凍和室溫放置的操作5?10次，即得纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架；所述纖維、可生物降解載藥微球、親水性水凝膠前驅液的加入量分別為纖維、可生物降解載藥微球和親水性水凝膠前驅液總重量的6%?10%、8%?15%以及75%?86%。
[0014]上述方法中，所述可生物降解載藥微球可以參照丁紅，邢桂琴，謝茵.阿霉素明膠微球的制備與特性研究[J].中國醫(yī)院藥學雜志，2000，20 (7):387-389.中的乳化固化法進行制備，優(yōu)先采用如下方法:將乳化劑加入溶劑中并混合均勻，然后加入藥物與載體材料的混合溶液，攪拌至形成乳液，繼后加入交聯(lián)劑繼續(xù)攪拌至乳液液滴固化成微球，再加入石油醚破乳，破乳后進行離心并收集沉淀，洗滌所得沉淀以除去未反應的物質，冷凍干燥即得可生物降解載藥微球。所述乳化劑為司班-80或者吐溫-80，所述溶劑為液體石蠟，所述載體材料為膠原蛋白、明膠微球或者海藻酸鈉，所述交聯(lián)劑為戊二醛。
[0015]上述方法中，所述水為蒸餾水或去離子水。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]1.本發(fā)明提供了一種新的人工角膜裙邊支架，由于該人工角膜裙邊支架以親水性水凝膠為基礎材料，向其中添加了纖維和可生物降解載藥微球，因此該裙邊支架不但具有水凝膠特有的優(yōu)良生物相容性和滲透性，而且具有非常優(yōu)異的抗拉強度，并且由于可生物降解載藥微球的存在，載藥微球釋放出的藥物能夠緩解角膜移植術后炎癥和并發(fā)癥的發(fā)生。
[0018]2.本發(fā)明所述人工角膜裙邊支架中含有纖維，纖維的摻入將水凝膠人工角膜裙邊支架的抗拉強度由不摻入纖維的0.6MPa?0.9MPa提高到了 14.7MPa?18.2MPa，并且在水凝膠中摻入纖維還能模擬天然角膜中的膠原纖維板結構，具有良好的仿生性。
[0019]3.由于本發(fā)明所述人工角膜裙邊支架中含有載有成纖維細胞生長因子的可生物降解微球，負載在微球表面的成纖維細胞生長因子會首先釋放出來，隨著微球的緩慢降解，負載于微球內部的成纖維細胞生長因子也會緩慢釋放，從而促進角膜移植術后眼部纖維和血管組織長入人工角膜裙邊支架的孔隙中，使二者間產生生物性的結合，降低并發(fā)癥發(fā)生的幾率，提高人工角膜移植術的成功率，并且，微球的降解產物可通過與水凝膠中水分子的交換和滲透作用排出體外，不會殘留在裙邊支架中，因而不會對患者造成不利影響。
[0020]4.本發(fā)明還提供了一種所述人工角膜裙邊支架的制備方法，該方法操作簡單，采用常規(guī)設備即可進行生產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的結構示意圖，其中，I一親水性水凝膠、2—纖維、3—可生物降解載藥微球。
[0022]圖2為實施例1制備的可生物降解載藥微球的掃描電鏡照片。
[0023]圖3為實施例1制備的可生物降解載藥微球中α -成纖維細胞生長因子的釋放曲線。
[0024]圖4為實施例1使用的聚乙烯醇纖維的掃描電鏡照片。

【具體實施方式】
[0025]以下通過實施例對本發(fā)明所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架及其制備方法作進一步說明。下述各實施例中，所述α-成纖維細胞生長因子(aFGF)和β成纖維細胞生長因子(PFGF)購自西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司，所述纖維可以采用常規(guī)的紡絲法自行制備，也可以采用市售商品，所述聚乙烯醇(PVA)纖維購自上海博寧工程纖維材料有限公司，膠原蛋白纖維購自上海全宇生物科技遂平有限公司。
[0026]實施例1
[0027]本實施例中，所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架為片狀的圓環(huán)，其結構示意圖見圖1，其制備方法如下:
[0028](I)采用乳化固化法制備可生物降解載藥微球:將Ig司班-80、0.6g吐溫_80、46g液體石蠟加入容器中并攪拌至混合均勻得到混合液，向混合液中加入明膠與a FGF的混合水溶液10g，所述明膠與a FGF的混合水溶液中，明膠的質量為1.5g、a FGF的質量為0.2g，攪拌形成乳液，向容器中加入濃度為50Wt%的戊二醛2.4mL，繼續(xù)攪拌30min，乳液液滴在攪拌過程中交聯(lián)、固化成球，然后加入與混合液等體積的石油醚攪拌15min進行破乳，破乳后進行離心并收集沉淀，再用異丙醇洗滌沉淀并將洗滌后的沉淀冷凍干燥即得可生物降解載藥微球。
[0029]該步驟制備的可生物降解載藥微球的掃描電鏡照片如圖2所示，可生物降解載藥微球的粒徑約為500nm?50 μ m。對該步驟制備的可生物降解載藥微球進行藥物釋放行為測試，具體操作為:取可生物降解載藥微球適量，加入透析袋中，再移取3mL的磷酸鹽緩沖溶液(PBS溶液)加入透析袋中使可生物降解載藥微球懸浮于PBS溶液中，將透析袋系緊后放入盛有10mL的PBS溶液的錐形瓶中，放入37°C搖床中震蕩，分別于第lh、2h、4h、8h、12h、16h、24h、48h、72h從錐形瓶中取出3mL溶液，測定其吸光度，每次從錐形瓶中取出3mL溶液后均需要補充3mL PBS溶液于錐形瓶中。根據測得的吸光度數據并結合aFGF的標準曲線，繪制a FGF隨時間的釋放曲線，結果如圖3所示，由圖3可知，附著在可生物降解微球表面的a FGF首先快速釋放，然后隨著可生物降解微球的降解，a FGF緩慢釋放。
[0030](2)將親水性水凝膠的原料聚乙烯醇(PVA)加入蒸餾水中攪拌均勻制備成PVA濃度為20wt%的PVA水凝膠前驅液。
[0031](3)取步驟⑴制備的可生物降解載藥微球Ig加入6g步驟⑵制備的PVA水凝膠前驅液中，攪拌混合均勻得到漿料，將所述漿料加入人工角膜裙邊支架模具中，漿料的加入量應使所述模具的底部恰好被完全覆蓋，然后將0.5g PVA纖維無序地放置在所述模具中的漿料上，再向所述模具中加入剩余的漿料，正好將所述PVA纖維完全覆蓋，繼后將所述模具在-18°C冷凍7h、取出置于室溫放置3h，重復前述冷凍和置于室溫放置的操作5次，即得纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架。所述PVA纖維的掃描電鏡照片如圖4所示，由圖4可知，PVA纖維的直徑約為100?500nm。
[0032]本實施例制備的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架中，纖維的含量為6.7wt%，可生物降解載藥微球的含量為13.3wt%，親水性水凝膠的含量為80wt%，測試表明，本實施例制備的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的抗拉強度為18.2Mpa，相同方法制備的未添加纖維和可生物降解載藥微球的PVA水凝膠的抗拉強度為0.SMPa0
[0033]實施例2
[0034]本實施例中，所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的結構示意圖見圖1，其制備方法如下:
[0035](I)采用乳化固化法制備可生物降解載藥微球:將Ig司班-80、0.6g吐溫_80、46g液體石蠟加入容器中并攪拌至混合均勻得到混合液，向混合液中加入海藻酸鈉與PFGF的混合水溶液10g，所述海藻酸鈉與PFGF的混合水溶液中，海藻酸鈉的質量為1.6g、aFGF的質量為0.2g，然后攪拌形成乳液，向容器中加入濃度為50Wt%的戊二醛2.4mL，繼續(xù)攪拌30min，乳液液滴在攪拌過程中交聯(lián)、固化成球，然后加入與混合液等體積的石油醚攪拌15min進行破乳，破乳后進行離心并收集沉淀，再用異丙醇洗滌沉淀并將洗滌后的沉淀冷凍干燥即得可生物降解載藥微球，其粒徑約為500nm?50 μ m。
[0036](2)將親水性水凝膠的原料聚羥乙基丙烯酸甲酯(PHEMA)加入蒸餾水中攪拌均勻制備成PHEMA濃度為15wt%的PHEMA水凝膠前驅液。
[0037](3)取步驟(I)制備的可生物降解載藥微球0.8g加入5.6g步驟(2)制備的PHEMA水凝膠前驅液中，攪拌混合均勻得到漿料，將所述漿料倒入人工角膜裙邊支架模具中，漿料的倒入量應使所述模具的底部恰好被完全覆蓋，然后將0.6g膠原纖維無序地放置在所述模具中的漿料上，再向所述模具中加入剩余的漿料，正好將所述膠原纖維完全覆蓋，繼后將所述模具在-10°C冷凍10h，取出置于室溫放置2h，重復前述冷凍和置于室溫放置的操作10次，即得纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架。
[0038]本實施例制備的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架中，纖維的含量為
8.6wt%，可生物降解載藥微球的含量為11.4wt%，親水性水凝膠的含量為80wt%，測試表明，本實施例制備的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的抗拉強度為15.6Mpa，相同方法制備的未添加纖維和可生物降解載藥微球的PHEMA水凝膠的抗拉強度為0.6MPa。
[0039]實施例3
[0040]本實施例中，所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的結構示意圖見圖1，其制備方法如下:
[0041](I)采用乳化固化法制備可生物降解載藥微球:將Ig司班-80、0.6g吐溫_80、46g液體石蠟加入容器中并攪拌至混合均勻得到混合液，向混合液中加入膠原蛋白與PFGF的混合水溶液10g，所述膠原蛋白與β FGF的混合水溶液中，膠原蛋白的質量為1.7g、β FGF的質量為0.3g，然后攪拌形成乳液，向容器中加入濃度為50Wt%的戊二醛2.4mL，繼續(xù)攪拌30min，乳液液滴在攪拌過程中交聯(lián)、固化成球，然后加入與混合液等體積的石油醚攪拌15min進行破乳，破乳后進行離心并收集沉淀，再用異丙醇洗滌沉淀并將洗滌后的沉淀冷凍干燥即得載藥微球，其粒徑約為500nm?50 μ m。
[0042](2)將親水性水凝膠的原料聚丙烯酰胺(PAAG)加入蒸餾水中攪拌均勻制備成PAAG濃度為18wt%的PAAG水凝膠前驅液。
[0043](3)制備明膠纖維:將裝有質量分數為10wt%的明膠溶液1mL的注射器固定于紡絲儀器的助推器上，在高壓電源的陽極接12#針頭，陰極接鐵絲網收集明膠纖維。在室溫條件下，控制電壓為3?7kV,接收距為12?15cm,以0.1?0.3mL/h的流速進行紡絲。
[0044](4)取步驟(I)制備的可生物降解載藥微球1.2g加入6g步驟⑵制備的PAAG水凝膠前驅液中，攪拌混合均勻得到漿料，將所述漿料加入人工角膜裙邊支架模具中，漿料的加入量應使所述模具的底部恰好被完全覆蓋，然后取0.Sg明膠纖維無序地放置在所述模具中的漿料上，再向所述模具中加入剩余的漿料，正好將所述明膠纖維完全覆蓋，繼后將所述模具在-18°C冷凍7h，取出置于室溫放置3h，重復前述冷凍和置于室溫放置的操作5次，即得纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架。
[0045]本實施例制備的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架中，纖維的含量為1wt %，可生物降解載藥微球的含量為15wt %，親水性水凝膠的含量為75wt %，測試表明，本實施例制備的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的抗拉強度為14.7Mpa，相同方法制備的未添加纖維和可生物降解載藥微球的PAAG水凝膠的抗拉強度為0.9MPa。
[0046]實施例4
[0047]本實施例中，所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的結構示意圖見圖1，其制備方法如下:
[0048](I)采用乳化固化法制備可生物降解載藥微球:將Ig司班-80、0.6g吐溫_80、46g液體石蠟加入容器中并攪拌至混合均勻得到混合液，向混合液中加入明膠與PFGF的混合水溶液10g，所述明膠與β FGF的混合水溶液中，明膠的質量為1.9g、β FGF的質量為0.1g,然后攪拌形成乳液，向容器中加入濃度為50wt%的戍二醒2.4mL,繼續(xù)攪拌30min,乳液液滴在攪拌過程中交聯(lián)、固化成球，然后加入與混合液等體積的石油醚攪拌15min進行破乳，破乳后進行離心并收集沉淀，再用異丙醇洗滌沉淀并將洗滌后的沉淀冷凍干燥即得載藥微球，其粒徑約為500nm?50 μ m。
[0049](2)將親水性水凝膠的原料膠原共聚物加入蒸餾水中攪拌均勻制備成膠原共聚物濃度為18wt%的膠原共聚物水凝膠前驅液。
[0050](3)取步驟(I)制備的可生物降解載藥微球0.6g加入6.45g步驟(2)制備的膠原共聚物水凝膠前驅液中，攪拌混合均勻得到漿料，將所述漿料加入人工角膜裙邊支架模具中，漿料的加入量應使所述模具的底部恰好被完全覆蓋，然后將實施例3制備的明膠纖維0.45g無序地放置在所述模具中的混合漿液上，再向所述模具中加入剩余的漿料，正好將所述明膠纖維完全覆蓋，繼后將所述模具在_20°C冰箱中冷凍5h，取出置于室溫放置5h，重復前述冷凍和室溫放置的操作8次，即得纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架。
[0051]本實施例制備的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架中，纖維的含量為6wt %，可生物降解載藥微球的含量為8wt %，親水性水凝膠的含量為86wt %，測試表明，本實施例制備的纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的抗拉強度為15.4Mpa，相同方法制備的未添加纖維和可生物降解載藥微球的膠原共聚物水凝膠的抗拉強度為0.6MPa。
【權利要求】
1.一種纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于該裙邊支架由親水性水凝膠、纖維和可生物降解載藥微球組成，纖維的含量為6wt%?1wt%、可生物降解載藥微球的含量為8wt%?15wt%、親水性水凝膠的含量為75wt%?86wt%,所述纖維無序地分布在親水性水凝膠中。
2.根據權利要求1所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于所述親水性水凝膠的含水量為80wt%? 90wt%。
3.根據權利要求1或2所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于所述親水性水凝膠為聚羥乙基丙烯酸甲酯水凝膠、聚乙烯醇水凝膠、聚丙烯酰胺水凝膠或者膠原共聚物水凝膠。
4.根據權利要求1或2所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于所述纖維為聚乙烯醇纖維、膠原蛋白纖維或者明膠纖維，或者是以聚乙烯醇、膠原蛋白、明膠中的至少兩種為原料制備的復合纖維。
5.根據權利要求4所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于所述纖維的直徑為10nm?50 μ m。
6.根據權利要求1或2所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于所述可生物降解載藥微球由基材和藥物組成，所述基材為膠原蛋白微球、明膠微球或者海藻酸鈉微球，所述藥物為成纖維細胞生長因子。
7.根據權利要求6所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于所述可生物降解微球的粒徑為500nm?50 μ m。
8.根據權利要求6所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于所述可生物降解微球中藥物的含量為5wt%? 15wt%。
9.根據權利要求7所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架，其特征在于所述可生物降解微球中藥物的含量為5wt%? 15wt%。
10.權利要求1至9中任一權利要求所述纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)將親水性水凝膠的原料溶解在水中，制備成親水性水凝膠原料濃度為10wt%?20wt%的親水性水凝膠前驅液；采用乳化固化法制備可生物降解載藥微球； (2)將可生物降解載藥微球加入親水性水凝膠前驅液中，混合均勻得到漿料，將所述漿料加入人工角膜裙邊支架模具中，漿料的加入量應使所述模具的底部被完全覆蓋，然后將纖維無序地放置在所述模具中的混合漿液上，再向所述模具中加入漿料將纖維完全覆蓋，繼后將所述模具依次在-10°C?_20°C冷凍5h?10h、在室溫放置2?5h，重復前述冷凍和室溫放置的操作5?10次，即得纖維增強型載藥水凝膠人工角膜裙邊支架； 所述纖維、可生物降解載藥微球、親水性水凝膠前驅液的加入量分別為纖維、可生物降解載藥微球和親水性水凝膠前驅液總重量的6%?10%、8%?15%以及75%?86%。
【文檔編號】A61L27/48GK104368046SQ201410631847
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權日:2014年11月10日
【發(fā)明者】張利, 侯毅, 李玉寶, 涂英, 郭志君 申請人:四川大學