CN101357244B - 纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法 - Google Patents
纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种载药的生物可降解聚合物血管支架及其制备方法。具体步骤为：将具有光学活性的甲基丙烯酸酐化癸二酸和双(对羧基苯氧基)脂肪烷作为聚合单体，以抗再狭窄药物亲核NO供体DETA/NO作为模型药物，将增强材料纳米羟基磷灰石超声分散于光固化单体中，光固化得到管状结构材料，切割机将管材刻蚀成网状结构的聚合物血管支架。采用上述技术制备的支架材料，具有具备良好的机械性能、稳定的药物释放性能和可调节的降解特性。
Description
技术领域
本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法。
背景技术
经皮冠状动脉介入治疗(PCI)已成为冠心病血管重建的重要方法，其疗效已被大规模临床试验所证实。在介入治疗的过程中3个里程碑分别是球囊成形术，冠状动脉支架的应用及药物洗脱支架(DES)的推广。药物洗脱支架的临床试验取得了卓越效果，术后6个月再狭窄发生率在9％以下，相对金属裸支架再狭窄率20％～30％和单纯球囊扩张术后再狭窄率高达30％～50％而言，药物涂层支架已是一个大的突破性进展。
在2006年欧洲心脏病学年会(ESC)和世界心脏病学大会(WCC)上，DES的安全性受到了质疑并再次成为学术界争论的焦点。DES延迟再内皮化、聚合物涂层导致的局部血管过敏和炎症反应以及支架晚期贴壁不良等，都可能会增加晚期血栓事件，DES的远期死亡率和心肌梗死发生率较普通金属支架增高。载药生物降解聚合物支架是药物洗脱金属支架的一个重要发展，是解决DES晚期再狭窄问题的一个有效的解决方案，具有重要的研究意义和临床应用前景。
载药生物可降解血管支架(BDS)由可降解聚合物材料和药物两部分组成。同DES相比，以可降解聚合物为主体，能够在更长的时间内提供更大的药物载荷；能够投放多种药物；对血管壁的机械作用力随着支架的降解而减小，抑制血管内膜增生。
在二十世纪80年代初，杜克大学的Stack等第一次提出由高分子材料丝编织成生物降解支架。Susawa等用PLGA制成支架，进行了动物实验。Tamai等首次将PLLA支架应用于患者，Igaki-Tamai支架为第一个植入人体的可生物降解支架。Vogt等人制备了紫杉醇负载的PLLA支架，对其生物相容性、技术可行性、对支架内再狭窄的影响进行了研究。研究表明置入装置较Igaki-Tamai支架有明显改进，掺入紫杉醇药物能有效减少支架内再狭窄发生率。Uurto等将两种药物可降解PLLA支架和自扩张金属支架置入猪髂总动脉进行对比研究，结果显示聚合物支架能减少血管内膜增生，具有较好的生物相容性和可靠性，进一步证实药物PLLA支架在血运重建及防治支架内再狭窄上是可行的。
综上所述，相比于金属支架，BDS的优越性在于：(1)具有良好的生物相容性，特别是血液相容性；(2)通过生物降解成无毒的产物且无免疫源性；(3)对狭窄的管腔提供暂时性支撑作用，而无长期的并发症；(4)可以作为载体携带抗血栓及抗内膜增生的药物，而无需进行长期的全身抗凝。
在文献US5670161A中，介绍了一种载药的聚合物血管支架的制备方法，所用的原材料是聚乳酸和聚己内酯，药物是抗再狭窄药物三氧化二砷，熔融挤出制备管材，激光切割机将管材刻蚀成网状结构。与之相类似，在文献CN1367023中，介绍了一种生物可降解的药物复合高分子支架材料的制备方法，其特征是将高分子聚乳酸、聚己内酯和抗再狭窄药物溶于溶剂中；倒入容器中成膜，制成细丝；将细丝在由L—乳酸和乙交酯共聚物、溶剂及抗再狭窄药物制备的混合溶液中浸蘸晾干，或冷冻干燥；然后在抗凝血溶液中浸泡，晾干；将细丝缠绕于模具上，热固成型，得到高分子支架材料。上述两个方案存在的主要问题是：采用的聚乳酸、聚已内酯等聚合物材料的固有强度低，如要达到一定的机械支撑力，BDS体积将较大，使其在小管腔中的应用受到限制；另外，聚乳酸和聚已内酯都属于体降解型聚合物，降解开始后其器件形态和力学强度发生急剧变化，导致支架机械性能的丧失。
聚酸酐是20世纪是80年代初美国麻省理工学院Langer等发现的一类新型合成生物可降解高分子材料，由于其具有良好的表面溶蚀降解性、生物相容性、结构易改性、降解速度可调及易加工性等优异性能，很快在医学前沿领域得到应用。到目前为止，人们合成的聚酸酐种类已有很多，如脂肪族聚酸酐、芳香族聚酸酐、不饱和聚酸酐、可交联聚酸酐等。然而在药物缓控释领域应用最多的实际上是由不同单体按照一定比例聚合而成的各种聚酸酐共聚物。由于聚酸酐具有独特的表面溶蚀性，它可以避免材料在使用过程中，由于大量降解而导致力学性能的急剧下降。聚酸酐材料在质量损失达到50％时其力学强度仍可以保持70％～80％。近年来，国外开始了对可光聚型混合聚酸酐的研究，其特点是可以在紫外光或可见光照射下聚合，多官能团单体的光聚合可形成高度交联的聚合物网络，相对于线型聚酸酐，它具有更好的热稳定性、力学性能，可以减缓聚合物对溶剂的吸收，从而在药物传送、整形外科等领域具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法。
本发明提出的纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法，具体步骤如下：
以具有光学活性的甲基丙烯酸酐化癸二酸(MSA)和甲基丙烯酸酐化双(对羧基苯氧基)己烷(MCPH)作为聚合单体，以亲核NO供体DETA/NO作为模型药物，通过超声分散将模型药物均匀分散于聚合单体中；接着将纳米粒子增强材料超声分散于所述光固化聚合单体中，然后加入光引发剂，倒入玻璃模具中，紫外光照射，固化后得到管状材料，切割管状材料，即得到所需产品；其中，甲基丙烯酸酐化癸二酸与甲基丙烯酸酐化双(对羧基苯氧基)己烷的质量比为0-50：50-100％，模型药物加入量为聚合单体质量的0-30％；纳米粒子增强材料加入量为聚合单体质量的0-30％，
本发明中，所述纳米粒子增强材料为纳米壳聚糖、纳米聚肽或纳米羟基磷灰石之任一种。其中纳米壳聚糖的制备是采用文献上广泛报道的离子凝胶法，基本过程是称取经不同分子量的壳聚糖，溶解于1％(V/V)的醋酸溶液，壳聚糖浓度为0.5％(m/V)。用10mol/LNaOH调pH＝4.6～4.7。取10mL上述壳聚糖的醋酸溶液，逐滴加入3mL0.25％(m/V)三聚磷酸钠(TPP)溶液，磁力搅拌，得到经TPP交联的壳聚糖(CS)纳米粒子悬浊液。以大于12000r/min高速离心分离壳聚糖纳米粒子10min；将上层清液倒掉，冲洗微球，备用。而纳米聚肽是将聚肽(其种类和链的长度都可以根据实际需要进行调整。其中氨基酸可选用L—天冬氨酸、赖氨酸、谷氨酸等)在稀溶液状态和一定温度下，在溶剂中可以自组装形成具有纳米尺度的α—螺旋结构，并且在常温下非常的稳定。该材料的链之间的宽度在0.5埃左右，而自组装形成的螺旋结构的宽度也只有10-20埃(1埃＝0.1nm)。羟基磷灰石具有无毒、无刺激性、良好的生物活性、良好的生物相容性和骨传导性、较高的机械强度及化学性质稳定等特点。但因羟基磷灰石的颗粒和脆性较大、缺乏可塑性、体内降解缓慢、生物力学强度和抗疲劳破坏强度较低，难于被机体完全替代、利用，使其临床应用受到限制。人们发现人体骨骼中的羟基磷灰石主要是纳米级针状单晶体结构。纳米级的羟基磷灰石与人体内组织成分更为相似，具有更好的生物学性能，因此纳米羟基磷灰石及其复合生物材料成为当今研究的重点。目前纳米羟基磷灰石已经得到工业化的生产和应用。本发明所采用的纳米羟基磷灰石即为商业产品。
本发明中，所述光引发剂包括紫外光引发剂：2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)和可见光引发剂：樟脑醌/三乙醇胺体系(CQ/TEA)，光引发剂加入量为聚合单体质量的0.5-3％。紫外光引发剂引发聚合所用的紫外灯波长为365nm。
本发明中，所述亲核NO供体药物，是指含有[N(O)NO]-官能团的化合物。即为含有亲核的仲胺基团NH的化合物，与NO反应生成[N(O)NO]-基团；本发明所采用的二乙烯三胺/一氧化氮加成产物(DETA/NO)是目前为止发现的半衰期最长(20h)的一种亲核NO供体，其制备方法是将二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂为乙腈的高压反应釜中，通N2鼓泡10min，抽真空后再通入NO气体，维持压力为5atm。反应3天后，将产物过滤，先后用乙腈和无水乙醚多次洗涤，放入真空烘箱中常温干燥24h，得到蓬松状白色粉末。将产物放入干燥器中-20℃低温保存。
本发明中，所述切割管状材料方法是通过激光切割机按照设定图案将管材刻蚀成网状结构，有Z型，波纹型和蜂窝型。
本发明中，所述的聚合单体甲基丙烯酸酐化癸二酸(MSA)和甲基丙烯酸酐化双(对羧基苯氧基)己烷(MCPH)的制备步骤分别如下：
称取癸二酸0.1mol(20.2g)于单口烧瓶中，加入0.25mol(40ml)甲基丙烯酸酐(MA)，将烧瓶置于油浴中，放入四氟搅拌子开动电磁搅拌，控制反应温度在80℃。反应大约1小时左右SA完全反应变成澄清透明液体。继续反应0.5小时，得到无色澄清液体。用沸程为90-120℃的石油醚萃取反应产物三次，取下层无色透明液体，在80℃条件下减压蒸馏除掉残留的石油醚和甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐。所得无色透明粘稠的液体即为产品MSA。
称取精制后的1，6-双(对羧基苯氧基)己烷35.8g(0.1mol)置于圆底烧瓶中，加入(0.25mol)的甲基丙烯酸酐，电磁搅拌，油浴加热至140℃。反应4小时左右时产物变成淡黄色透明液体，待完全转变成液体后再继续反应1小时，停止加热。除去油浴使反应产物冷却至室温，得到透明的淡黄色液体。用沸程为90-120℃石油醚萃取三次，所得产物用砂芯漏斗过滤。对所得到的液体在100℃下进行减压蒸馏，除去残留的石油醚、甲基丙烯酸以及未反应完全的甲基丙烯酸配，最后所得透明澄清的淡黄色液体即为MCPH，在低温下密封保存。
本发明采用具有良好力学强度和生物活性的聚酸酐作为支架材料，它具有表面溶蚀的降解特性，能够稳定的降解和具有线性的释药动力学曲线。采用具有生物活性的纳米粒子作为增强材料，进一步提高材料的力学性能。
具体实施方式
下面用实施例给出了对本发明更详细的说明，有助于理解本发明。然而，不应将此解释为对本发明范围的限制。
实施例1甲基丙烯酸酐化癸二酸制备
称取癸二酸0.1mol(20.2g)于单口烧瓶中，加入0.25mol(40ml)甲基丙烯酸酐(MA)，将烧瓶置于油浴中，放入四氟搅拌子开动电磁搅拌，控制反应温度在80℃。反应大约1小时左右SA完全反应变成澄清透明液体。继续反应0.5小时，得到无色澄清液体。用沸程为90-120℃的石油醚萃取反应产物三次，取下层无色透明液体，在80℃条件下减压蒸馏除掉残留的石油醚和甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐。所得无色透明粘稠的液体即为产品MSA。
实施例2甲基丙烯酸酐化1，6-双(对羧基苯氧基)己烷(MCPH)的合成
将27.6g(0.2mol)对羟基苯甲酸、16g(0.4mol)氢氧化钠溶于300ml水，置于500ml三颈烧瓶中，搅拌下逐滴加入24.6g(0.Im ol)二溴己烷(1hr加完)同时加热回流，5hr后，加入4g(0.1mol)氢氧化钠固体，继续回流2小时。停止加热，将反应物静置过夜。抽滤，沉淀用40ml甲醇洗涤，立即溶于100ml水中。将该溶液加热至60-70℃，用6mol/L硫酸酸化至不再产生白色沉淀为止。趁热抽滤，沉淀于40℃真空干燥，得白色粉末22.3g(51％)。IR(YBr)v(cm′)：3300(宽，K AP-OH)，1675(梭酸C＝0)，1604，1513(苯环C＝C)，1255，1169(芳醚C-0).
称取精制后的CPH固体35.8g(0.1mol)置于圆底烧瓶中，加入(0.25mol)的甲基丙烯酸酐，电磁搅拌，油浴加热至140℃。反应4小时左右时产物变成淡黄色透明液体，待完全转变成液体后再继续反应1小时，停止加热。除去油浴使反应产物冷却至室温，得到透明的淡黄色液体。用沸程为90＾-120℃石油醚萃取三次，所得产物用砂芯漏斗过滤。对所得到的液体在100℃下进行减压蒸馏，除去残留的石油醚、甲基丙烯酸以及未反应完全的甲基丙烯酸配，最后所得透明澄清的淡黄色液体即为MCPH。在低温下密封保存。
实施例3
称取甲基丙烯酸酐化癸二酸(MSA)5g和双(对羧基苯氧基)己烷的(MCPH)5g，放入烧杯中，加入亲核NO供体DETA/NO1.5g，加入壳聚糖纳米粒子2.0g，光引发剂2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)0.05g，电磁搅拌30min，超声30min，倒入玻璃模具中，在波长为365nm，功率500W的紫外灯下照射5min，得到不同直径的管状材料，可根据需要，切割成不同长度；PROSTENT1激光切割机按AlphaCAM(LICOM)图形设计软件设计图形，电脑控制下将管材刻蚀成Z型网状结构形态；在PBS溶液(磷酸缓冲溶液)中，测定其降解时间为68天。
实施例4
称取甲基丙烯酸酐化癸二酸(MSA)10g，，放入烧杯中，加入亲核NO供体DETA/NO0.5g，加入聚肽纳米粒子1.0g，光引发剂DMPA0.1g，电磁搅拌30min，超声30min，倒入玻璃模具中，在波长为365nm，功率500W的紫外灯下照射5min，得到管状材料，可根据需要，切割成不同长度；PROSTENT1激光切割机按Alpha CAM(LICOM)图形设计软件设计图形，电脑控制下将管材刻蚀成波纹型网状结构形态；在PBS溶液中，测定其降解时间为3天。
实施例5
称取甲基丙烯酸酐化双(对羧基苯氧基)己烷的(MCPH)10g，放入烧杯中，加入亲核NO供体DETA/NO3.0g，纳米羟基磷灰石晶体3.0g，光引发剂樟脑醌/三乙醇胺体系(CQ：TEA＝1：1质量比)各0.1g，电磁搅拌30min，超声30min，倒入玻璃模具中，在波长为365nm，功率500W的紫外灯下照射5min，得到不同直径的管状材料，可根据需要，切割成不同长度；PROSTENT1激光切割机按Alpha CAM(LICOM)图形设计软件设计图形，电脑控制下将管材刻蚀成蜂窝型网状结构形态；在PBS溶液中，测定其降解时间为350天。
Claims (5)
1.一种纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
以具有光学活性的甲基丙烯酸酐化癸二酸和甲基丙烯酸酐化双(对羧基苯氧基)己烷作为聚合单体，以亲核NO供体DETA/NO作为模型药物，通过超声分散将模型药物均匀分散于聚合单体中，得到光固化聚合单体；接着将纳米粒子增强材料超声分散于所述光固化聚合单体中，然后加入光引发剂，倒入玻璃模具中，紫外光照射，固化后得到管状材料，切割管状材料，即得到所需产品；其中，甲基丙烯酸酐化癸二酸与甲基丙烯酸酐化双(对羧基苯氧基)己烷的质量比为0-50∶50-100，模型药物加入量为聚合单体质量的0-30％；纳米粒子增强材料加入量为聚合单体质量的0-30％。
2.根据权利要求1所述的纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法，其特征在于所述纳米粒子增强材料为纳米壳聚糖、纳米聚肽或纳米羟基磷灰石之任一种。
3.根据权利要求1所述的纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法，其特征在于所述光引发剂为2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮或樟脑醌/三乙醇胺体系。
4.根据权利要求1所述的纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法，其特征在于所述亲核NO供体是指含有[N(O)NO]-官能团的化合物。
5.根据权利要求1所述的纳米粒子增强的光固化聚酸酐载药聚合物支架的制备方法，其特征在于所述切割管状材料方法是通过激光切割机按照设定图案将管状材料刻蚀成网状结构。
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