一种运用水溶液制备高效抗凝血生物材料的方法及相应材料

一种运用水溶液制备高效抗凝血生物材料的方法及相应材料

发明授权 授权

基本信息

申请号    CN201911126530.X    申请日    2019-11-18

公开(公告)号    CN110755697B    公开(公告)日    2021-01-15

优先权号    -    优先权日    -

IPC分类号    A61L31/08；A61L31/10；A61L31/16；A61L33/00；A61L33/04   

CPC分类号    -

专利类型    发明授权    简单法律状态    有效

摘要

本发明公开了一种运用水溶液制备高效抗凝血生物材料的方法，该水溶液具有自组装特性、生物化学活性高、能与抗凝/抗栓药物形成氢键牢固附着于生物材料上的特点，从而使生物材料(如血液净化膜、血液净化管路、心血管支架、人工血管等)表面具有抗凝/抗栓活性。本发明的表面改性过程实验条件简单、可控性强、经济环保；因水溶液可塑型性强，故基本适用于任何形状生物材料表面的抗凝/抗栓改性。本发明通过制备盐酸多巴胺水溶液，将小分子抗凝药物——阿加曲班接枝于血液透析膜表面，成功制备具有抗凝/抗栓活性的血液透析膜，减少或避免全身抗凝剂的使用，降低血液透析患者出血风险。

权利要求

1.一种高效抗凝血生物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备含有活性分子和抗凝/抗栓药物的水溶液，水溶液PH值为8.0-8.5，所述活性分子浓度为1-2mg/mL，所述抗凝/抗栓药物为阿加曲班，所述阿加曲班浓度为0.2-3mg/mL；该水溶液的PH值通过稀盐酸和三羟甲基氨基甲烷调节，（2）将需要改性的生物材料表面浸没在上述水溶液中反应，得到表面附着有惰性分子层和抗凝药物的生物材料，所述活性分子为盐酸多巴胺，所述需要改性的生物材料为聚醚砜平面膜，其中，当所述阿加曲班浓度小于预定值时，通过延长溶解时间或超声分散方式将阿加曲班直接溶于PH8.5的水溶液中，当所述阿加曲班浓度大于预定值时，先将阿加曲班溶解于少量乙醇溶液中，再加入PH8.5的水溶液。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的反应条件为在20-30℃下避光反应2-24h。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，重复所述步骤（1）和所述步骤（2），以加强生物材料表面的抗凝/抗栓作用。

4.一种采用权利要求1-3中任意一项所述方法制备的高效抗凝血生物材料，其特征在于，所述生物材料包括附着在聚醚砜平面膜表面上的惰性分子层、以及接枝在惰性分子层上的抗凝/抗栓药物；所述惰性分子层、生物材料均不能溶解于水。

说明书

一种运用水溶液制备高效抗凝血生物材料的方法及相应材料

技术领域

[0001]本发明涉及一种具有抗凝血性能的生物材料制备方法，属于需与血液相接触的生物材料表面改性技术。

背景技术

[0002]随着医疗技术的进步，生物材料(血液净化滤器、血液净化循环管路、心脑血管支架等)在临床上的应用日益广泛，这些生物材料与血液直接接触时均会激活血小板、凝血系统、补体系统等，导致生物材料表面血栓形成，制约其临床功效的发挥。为解决生物材料表面血栓形成难题，目前临床上应用得较普遍的方案是全身使用抗凝(肝素、低分子肝素、华法林、达比加群等)、抗血小板/抗栓(阿司匹林、氯吡格雷)药物，但是全身使用这些药物会影响患者全身凝血系统，增加患者的出血风险。这一两难问题在高危出血风险的患者(如手术后又需要进行血液净化治疗的患者)身上更加明显，令临床工作变得十分棘手。因此，对与血液相接触的生物材料表面进行局部抗凝/抗栓改性，是材料学与医学这一学术交叉领域种尤其重要和必要的研究热点。对生物材料表面进行局部抗凝/抗栓改性能提高其抗凝血性能及生物相容性，最大程度减少或避免系统性抗凝/抗栓药物的使用，为高危出血患者的侵入性治疗提供技术保障。

[0003]目前生物材料表面改性的方法主要包括改进材料表面理化性质和在材料表面吸附或接枝生物功能分子，后者是功能化材料最有效的途径之一。物理吸附操作简便，但其吸附物易于脱落，作用时间短；化学接枝稳固不易脱落，但合成工艺复杂，且合成条件苛刻，效果有限，不利于工业化大生产。

[0004]以血液净化滤器改性为例，国内外学者通过表面改性的方法接枝或涂抹肝素至不同材料表面，提高了材料的抗凝性能。国际上有Gambro公司研发的Evodial抗凝改性滤器，已上市并初步投入临床的使用。该滤器在膜表面接枝肝素，使之在局部发挥抗凝效能，但其临床应用效果并不优于无肝素生理盐水冲洗的方法。肝素需要抗凝血酶Ⅲ的存在才能发挥抗凝作用，对部分抗凝血酶Ⅲ水平偏低或缺乏的患者，其抗凝效果大打折扣。此外，肝素只能抑制血液中游离的凝血酶，对与血栓结合的凝血酶无效。肝素可与血小板4因子结合，刺激体内免疫系统产生抗体，导致肝素诱导的血小板减少症的发生。

发明内容

[0005]本发明解决的技术问题是：生物材料的抗凝/抗栓效果欠佳，应用范围有限；生物材料的局部抗凝改性方法比较复杂，反应条件苛刻。

[0006]现有主流生物材料改性方法中，主要是通过将肝素或类肝素分子与其它化学物质在有机溶剂中分多步反应进行的生物材料本体修饰。该方法反应过程复杂，不能保证抗凝药物等活性物质仅表达于生物材料表面，药物浪费严重；且反应过程中往往需要多次使用有机溶剂做溶媒，而有机溶剂完全清除困难，有机溶剂进入人体后不利于患者健康，同时也不利于生物材料的生物相容性提高。

[0007]表面改性技术能最大限度地保留生物材料原本具有的优良理化性能，并使抗凝药物集中在生物材料表面(因生物材料与人体血液相接触主要是在生物材料表面)，具有一举两得之效。但是，用于人体的植入材料部分采用高分子材料，这些高分子材料多可溶解于有机溶剂，故有机溶剂不利于生物材料的表面改性。

[0008]对于植入材料，尤其是易受有机溶剂侵蚀的植入材料，目前尚没有能够比较好地在其表面进行抗凝血修饰的方法。

[0009]本申请的发明人在研发中意外发现，当PH值在弱碱性的一个特殊范围内时、通过适当比例的盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷的共同作用，能够将一种特殊的抗凝抗栓剂在水溶液中进行植入材料表面的抗凝处理。

[0010]这种抗凝抗栓剂就是阿加曲班。申请人发现，阿加曲班通过其非药理活性的氨基与聚多巴胺层发生席夫碱反应或迈克尔加成反应，能够接枝在生物材料(比如血液净化膜)表面，在生物材料表面起到高效抗凝效能，而无抗凝剂入体，不影响体内凝血状况。

[0011]之所以现有技术中大多在有机溶剂中进行抗凝药物的枝接主要是因为药物和高分子生物材料在有机溶剂中的溶解性高，有利于合成反应进行。而某些药物(如阿加曲班)在水中的溶解性低，在水溶液中所需要的反应条件往往较在有机溶剂中苛刻，且反应条件较难摸索。但是，申请人发现，存在一些特殊的反应条件和温度，可以实现在水溶液中实现抗凝枝接，并且水溶液中的这种过程可以一次性实现而不需要像肝素枝接那样需要采用多步法进行。水溶液中生物材料表面修饰异常困难，申请人利用肝素、尿激酶等大量材料进行了实验，效果均不理想。

[0012]具体而言，本发明提供一种高效抗凝血生物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0013](1)制备含有活性分子和抗凝/抗栓药物的水溶液，水溶液PH值为8.0-8.5，所述活性分子浓度为1-2mg/ml，所述抗凝/抗栓药物为阿加曲班，所述阿加曲班浓度为0.2-3mg/ml；该水溶液的PH值通过稀盐酸和三羟甲基氨基甲烷调节，

[0014](2)将需要改性的生物材料表面浸没在上述水溶液中反应，得到表面附着有惰性分子层和抗凝药物的生物材料。

[0015]在一种优选实现方式中，所述活性分子为盐酸多巴胺。

[0016]在另一种优选实现方式中，当所述阿加曲班浓度小于预定值时，通过延长溶解时间或超声分散方式将阿加曲班直接溶于PH8.5的水溶液中，当所述阿加曲班浓度大于预定值时，先将阿加曲班溶解于少量乙醇溶液中，再加入PH8.5的水溶液。

[0017]在另一种优选实现方式中，所述步骤(2)的反应条件为在20-30℃下避光反应2-24h。

[0018]在另一种优选实现方式中，所述生物材料为不溶于水的高分子材料或金属或3D打印材料。

[0019]在另一种优选实现方式中，所述生物材料为不溶于水的高分子材料，至少包括：聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚烯烃、聚乙烯醇。

[0020]在另一种优选实现方式中，重复所述步骤(1)和所述步骤(2)，以加强生物材料表面的抗凝/抗栓作用。

[0021]另一方面，本发明提供一种采用所述方法制备的高效抗凝血生物材料，其特征在于，所述生物材料包括附着在生物表面上的惰性分子层、以及接枝在惰性分子层上的抗凝/抗栓药物；所述惰性分子层、生物材料均不能溶解于特定水溶液。

[0022]在另一种优选实现方式中，所述惰性分子层为聚多巴胺层，所述抗凝/抗栓药物为阿加曲班。

[0023]申请人发现，如所需阿加曲班浓度较小时(如0.2mg/ml)可以直接用PH8.5的水溶液溶解(通过延长溶解时间或超声分散有利于溶解)，如所需阿加曲班浓度较大时(如1mg/ml)需先将阿加曲班溶解于少量乙醇溶液中，再加入PH8.5的水溶液。阿加曲班浓度越大，抗凝/抗栓作用越强。

[0024]优选地，在室温(20-30℃)下避光反应2-4h。

[0025]优选地，用作基底的生物材料为高分子材料，优选为聚醚砜、聚砜、聚烯烃膜、聚丙烯腈膜、聚乙烯醇膜、再生纤维素膜中的任意一种。

[0026]优选地，活性分子包括盐酸多巴胺、壳聚糖、纤维素中的任意一种。

[0027]本发明方法首先通过配制包含活性分子(盐酸多巴胺)和抗凝药物(阿加曲班)水溶液，再将待改性的生物材料浸没在上述水溶液中，使水溶液中的活性物质与需要改性部位充分反应，使起固定作用的惰性分子层和起抗凝抗栓作用的药物层在生物材料表面同时生成，使血液净化膜表面局部直接发挥抗凝抗栓作用。通过改善亲水性、抑制凝血酶生成等多重抑制血栓形成的机制实现在体外局部高效抗凝。此为一种原创的生物材料局部抗凝抗栓技术。

[0028]技术效果

[0029]实验研究证明，本发明提供的方法进行修饰后的血液净化膜，其接枝的药物分子依然具有较好的抗凝效果，而高分子材料的本体性能并未受到明显的影响。

[0030]本发明方法运用水溶液制备高效抗凝血生物材料，因为水溶液可塑形强，因此本发明方法可应用于各种形状的生物材料改性，如血液净化滤器中的中空纤维、形状各异的心脑血管支架等。本发明的制备方法使用水相作为反应溶剂，反应在弱碱性条件下进行，反应条件温和，成本低，改性过程中没有使用有毒的有机溶剂，也无有毒副产物产生，经济环保；整个改性过程简单易行，改性后的血液净化膜具有良好的血液相容性、抗凝性能且本体性能并未受到明显影响，在体外循环、抗凝涂层、生物传感器等领域中有着巨大的应用前景。

[0031]本发明方法中，整个表面改性过程实验条件简单，可控性强，经济环保。通过生物材料表面的直接凝血酶抑制剂(阿加曲班)减少生物材料局部血栓形成，不影响机体凝血系统，且血液相容性显著提高

[0032]本发明方法所制备的抗凝血材料不仅可以抑制游离的凝血酶，还抑制与纤维蛋白血栓结合的凝血酶，且不引起抗体的产生，不会导致血小板减少症，且其空间位阻小，更适合应用于血液净化膜改性。

[0033]另外，本发明方法还具有如下优点：接枝的抗凝药物阿加曲班无抗原性，不会发生肝素诱导所致的血小板减少症。接枝的抗凝药物阿加曲班不依赖抗凝血酶III发挥抗凝活性。