新型透明质酸钠凝胶的制备及性能研究

●沈唯樑

新型透明质酸钠凝胶的制备及性能研究

●沈唯樑

随着科学技术的发展，我国的透明质酸凝胶技术的发展得到了一定程度的进步，极大的方便了人们的日常生活，基于此，本文论述了新型透明质酸钠的制备以及相关性能分析。

新型透明质酸钠；制备；性能

凝胶是由亲水性高分子组成的一种具有三维网络结构的交联大分子集合体。凝胶在水中可充分吸水溶胀至平衡体积仍保持其形态和结构的整体性，因此可模拟人体的细胞外基质，已被广泛研究用于再生医学领域。凝胶体系是由两个部分组成的，一部分是含有巨型网络结构的溶质分子-凝胶；另一部分是笼罩在凝胶网络结构中且分子量较小的溶胶。凝胶是一种介于液体和固体之间的一种特殊的半流质状的分散体系。凝胶大分子之间的交联键既可以是氢键等次价键，也可以是化学的共价键，或者是大分子链段之间通过互相纠缠、互穿等方式形成交联结构。

1 透明质酸的理化性质

透明质酸是粘多糖的一种，具有粘多糖的许多共性，如纯品是无臭无味的疏松白色粉末，易溶于水，具有吸湿性。同时，透明质酸也有它独特的理化性能。

1.1 透明质酸的流变学特性

透明质酸的水溶性具有零切变粘度的性质。溶液的粘度受到浓度、分子量的影响，透明质酸的浓度越高，分子量越大，分子的缠绕程度越高，则粘度越大；反正，浓度越低或分子量越小，则分子的缠绕程度越低，粘度越小。但增加浓度可以补偿分子量降低引起的粘度的下降。透明质酸的水溶液具有假塑形。随着透明质酸溶液流速的上升，透明质酸分子发生变形和被拉长，溶液粘度转向由分子间的空间决定，此时分子占据的空间减小，粘度降低。透明质酸的水溶液既有凝胶的弹性，又有溶液的粘性。这一特性被称作粘弹性，是透明质酸最重要的性质。透明质酸具有很强的持水能力，其分子通过氢键与水分子相互作用，理论上具有500mL/g以上的束缚水分子的能力，在结缔组织中的实际保水值也达到了80mL/g，被誉为天然保湿因子。且这种持水能力与分子量大小无关。

1.2 透明质酸的降解反应

透明质酸羟基上的活性氧或是水解都能导致HA发生降解。在水溶液中，可以发生随机切割透明质酸分子的水解反应，使溶液的粘度下降。紫外线、超声波、活性自由基、某些金属离子等因素也可使透明质酸发生降解。另外，加热也会使透明质酸降解，当温度超过60℃时，透明质酸粘度就会降低。透明质酸还可以发生酶解。透明质酸酶（Haase）能够把透明质酸大分子酶解成小分子片段，减弱透明质酸分子间的作用，释放被束缚的水分子，随后其它能够降解β-1,3或β-1,4糖苷键的酶再作用于小分子，逐步将葡萄糖醛酸和乙酰氨基葡萄糖解离下来。

1.3 透明质酸能发生交联和酯化反应

HA分子中有四个部位：羟基、N-乙酰基、羧基以及还原末端可以进行化学修饰的。其中羧基和羟基是能够参与交联反应的官能团，可以与交联剂作用，在分子间发生部分或者完全交联，生成不溶于水的大分子物质。通过控制交联剂和反应时间来得到不同交联度的物质，其降解特性也大不一样，从而应用于不同的领域。透明质酸分子中的羟基可以发生酯化反应，能够应用于提高透明质酸的抗酶解特性和改善透明质酸的药理活性。通过同时酯化一部分羧基，并让另一部分羧基与金属离子成盐，可以提高稳定性并获得溶解特性。

1.4 透明质酸的生物活性及功能

透明质酸具有皮肤中的保水作用，另外还具有调节渗透压、维持组织形态、屏障扩散、润滑关节和缓冲应力等生理功能，在生物体内发挥其重大的作用。

1.4.1 抗氧化活性

透明质酸能够被多种氧化体系降解，活性氧自由基可以使透明质酸的糖链发生断裂。如紫外线产生的活性氧自由基会导致透明质酸降解，而由于HA自身的降解消除了自由基从而保护基体免受伤害。透明质酸还能够改变某些酶的活性，如透明质酸可以提高内源性抗氧化酶的生理活性。

1.4.2 免疫调节作用

透明质酸可以与细胞中的其它成分发生特异性或是非特异性的相互作用。透明质酸与它的受体如CD44，TSG6，LYVE1一起参与细胞间信号的传导作用，其中CD44受体被认为参与了肿瘤细胞的转移，而且CD44是存在于细胞表面的糖蛋白，具有广泛的分布范围，其生理功能多通过与透明质酸配合来调节。

1.4.3 促进血管的生成

不同分子量大小的透明质酸对血管生成作用不同。研究发现，低分子量透明质酸和寡糖与不同的受体间相互作用可以促进细胞间的信号传导，从而具有促进血管生成的作用。而高分子量透明质酸抑制上皮细胞的生长，具有抗血管生成的作用。

1.4.4 促进伤口愈合

研究发现在创伤早期，创伤面透明质酸浓度增高，调节各种炎性细胞，具有促进愈合、调节胶元合成、抗炎并促进伤口的愈合。

1.4.5 促进肿瘤形成

透明质酸在肿瘤的血管生成、细胞侵袭和肿瘤转移中起着重要作用。研究认为透明质酸在肿瘤入侵中有三种作用，一是HA的亲水性可以使细胞柔韧，改变细胞形状，提高组织渗透能力；二是为肿瘤细胞的入侵及转移提供通道，高分子量的透明质酸可以帮助肿瘤细胞穿过基膜和细胞壁；三是诱导细胞骨架重组。因此，从细胞水平上研究HA诱导肿瘤细胞的快速生成具有重要意义。

2 颗粒化交联透明质酸钠凝胶的制备方法

透明质酸钠因具有良好的生物相容性等生理活性、适当的力学特性和降解性已经应用于关节病治疗、辅助眼科手术，作为药物的运送载体，软组织工程和医疗美容整形等多个方面。经交联修饰的透明质酸钠凝胶分子量增大，分子结构更加复杂，粘弹性更强，抗酶解性和机械特性提高，从而使其应用更加广泛。但是在应用于临床时，交联凝胶的高粘弹性导致注射阻力非常大，注射操作困难。目前，多将交联透明质酸钠制粒来解决凝胶的注射操作问题，但相关报道较少。现有的透明质酸钠凝胶制粒方法主要是通过机械对凝胶直接粉碎或是将凝胶通过筛网进行切割。这两种方法都是先使透明质酸钠与交联剂反应，得到块状的交联凝胶，再经过透析制粒得到颗粒化的交联透明质酸凝胶。通过机械粉碎凝胶的方法采用电动搅拌机、匀质机等有动力装置的机械设备直接对凝胶进行粉碎，粉碎过程产生的热量会导致凝胶的分解，且无法控制粒径，影响所需粒径颗粒化凝胶的收率。将凝胶通过筛网切割成颗粒的方法虽可通过筛网来控制颗粒的粒径范围，但所得粒径大小都在nm级以上，粒径太大；切割后大分子凝胶由于其粘性往往又粘合到一起。另外，这些方法都会造成透明质酸分子链的破坏以及酶解位点的暴露，使得交联透明质酸钠抗酶解性下降，在体内存留时间缩短。于是部分的学者先将交联透明质酸钠凝胶沉淀然后得到干燥的交联透明质酸钠粉末再经复溶来制备得到颗粒化的交联凝胶，但是沉淀凝胶所用的溶剂为丙酮等有机溶剂，溶剂残留会造成不容忽视的安全隐患。综上所述，现有的交联透明质酸钠凝胶制粒方法还存在缺陷，迫切需要一种完善的颗粒化交联凝胶制备方法。

3 结语

优化了颗粒化交联凝胶的制备工艺：制备颗粒化PEG-CSH交联凝胶最佳工艺条件为交联透明质酸钠凝胶用其体积6.5倍的95%乙醇醇沉，沉淀在50℃下干燥5h，间歇瞬时粉碎后过筛，分级颗粒，复溶得到颗粒化的透明质酸钠凝胶。最佳制备工艺下所得颗粒化凝胶抗酶解率为80.53%。

（作者单位：上海建华精细生物制品有限公司）

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