本发明涉及生物医学工程，尤其是指一种可注射水凝胶及其制备方法与应用。
背景技术：
：：1、心血管疾病仍是全球死亡率最高的疾病之一，以心肌梗死为首的心血管疾病通常由于缺血缺氧而导致大量心肌细胞坏死。心梗初期产生过量活性氧，引起严重的氧化应激损伤，损害正常的宿主心肌细胞。这些受损的心肌细胞将逐渐被成纤维细胞替代，形成高阻的瘢痕纤维组织，阻碍电信号传导。不均匀的电信号将引发心脏收缩和舒张障碍，甚至心率失常。因此，在心梗前期清除活性氧，增强心肌间电耦联在心梗治疗中尤为重要。在体内利用水凝胶负载抗氧化性药物减少活性氧生成或复合导电材料提升导电性是心肌梗死治疗的前景策略。zhou j等(an injectable alginate/fibrin hydrogel encapsulated withcardiomyocytes and vegf for myocardial infarction treatment)将黑色素纳米颗粒(mnps)与海藻酸盐水凝胶结合，成功构建抗氧化水凝胶，在大鼠心肌梗死模型中有效吸收活性氧，恢复心功能。fadleaziz mr等(apolypyrrole-polycarbonate polyurethaneelastomeralleviates cardiac arrhythmias via improving bio-conductivity)开发了一种高导电的弹性生物膜，使用的导电材料为聚吡咯。具体地，将聚吡咯均匀分散在聚碳酸酯聚氨酯纤维材料中，能调控心肌细胞的生长排列方向和收缩同步，并在植入大鼠体内后，减缓大鼠心脏的心房颤动。shi t等(conductive hydrogel patches with highelasticity and fatigue resistance for cardiac microenvironment remodeling)使用透明质酸制备的传导型心脏贴片，修复异常的电传导。并引入人参皂苷清除活性氧，促进了心肌重建。目前导电材料在生物医药领域发挥着重要作用，但其体内体外效果不能达到完全一致，缺少了一些条件使其发挥全部功效。因此我们发明了一种可注射水凝胶在物理场驱动下干预心肌梗死的方法。2、mxenes是一类新型二维纳米材料，具有优异的光热效应。不仅如此，mxenes与活性氧会发生强烈化学反应，这一特性也逐渐应用在生物医药领域。zhao x等(redox-mediatedartificialnon-enzymaticantioxidant mxene nanoplatforms foracutekidney injuryalleviation)将mxenes制成超薄纳米片，吸收过量活性氧治疗急性肾损伤。我们研究发现，mxenes可以清除活性氧，使心肌细胞免受氧化应激损伤。且在mxenes复合脱细胞外基质水凝胶上生长的心肌细胞可同步跳动，具有良好的细胞收缩性能，证实mxenes能够提高心肌细胞的功能性。由于心肌细胞对电信号的依赖，我们将物理干预引入体内实验，能进一步增强mxenes的导电性和抗氧化性，因此mxene复合水凝胶通过物理干预的方式清除活性氧和增强导电性的新方法，在心梗等心血管疾病中具有应用潜力。技术实现思路1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种可注射水凝胶及其制备方法与应用。本发明所公开的方法有效增强心梗区导电性，修复心梗小鼠心功能。2、本发明的第一个目的在于提供一种可注射水凝胶，所述可注射性水凝胶由二维mxenes纳米片水溶液和含脱细胞外基质的水凝胶前体溶液混合，制备得到所述可注射水凝胶；所述含脱细胞外基质的水凝胶前体溶液中的脱细胞外基质经过酶溶液处理所得。3、在本发明的任意实施例中，所述二维mxenes纳米片通过利用mxenes的3d母相，通过化学蚀刻的方法制得；4、所述mxenes的3d母相为mn+1axn，m是过渡金属ti、v、cr、mn、zr、nb、mo、ta中的一种或多种，a是al、ga、in、si、ge、as、sn、pb中的一种或多种，x是元素c或n；5、所述酶溶液为胃蛋白酶溶液或胰蛋白酶溶液。6、在本发明的任意实施例中，所述化学蚀刻的方法选用浓度为40-60％的氢氟酸溶液作为蚀刻液。7、在本发明中，二维mxenes为通过氢氟酸蚀刻mn+1axn中的a元素后形成的纳米片，优选为ti3c2。8、在本发明的任意实施例中，所述脱细胞外基质通过利用猪器官组织，在阴离子去污剂的作用下去除细胞成分所得；9、所述阴离子去污剂包括浓度为0.1wt％-1wt％的sds溶液和0.1wt％-1wt％的tritonx-100溶液。优选为1wt％的sds溶液和0.1％tritonx-100溶液。10、在本发明的任意实施例中，所述猪器官组织包括心脏、膀胱、肾脏或肝脏。优选为猪心脏左室。11、进一步地，在制备脱细胞外基质过程中将猪左心室切成薄片，厚度为0.1-1cm，优选为0.5cm。12、在本发明的任意实施例中，所述胃蛋白酶溶液或胰蛋白酶溶液的浓度为1mg/ml-2mg/ml；可以为1、1.5、2mg/ml，或任意两个数值之间的任意值；优选为1mg/ml。13、进一步地，1mg/ml的胃蛋白酶溶解在0.01-0.1m的hcl溶液中，优选为0.01m的hcl溶液。优选为0.01m的hcl溶液。14、在本发明的任意实施例中，所述水凝胶前体溶液的ph值为7.35-7.45；优选为7.4。通过使用0.1-2m的naoh溶液进行调整；优选0.1m。15、在本发明的任意实施例中，所述二维mxenes纳米片悬浮液的浓度为100-800ug/ml。可以为100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800ug/ml，优选为400ug/ml；或任意两个数值之间的的任意值。本发明发现mxenes的导电性随浓度的增加而增强，基于心肌组织的电导率。16、在本发明的任意实施例中，还包括对二维mxenes纳米片悬浮液超声处理20-60min获得均匀的mxenes水溶液，优选为30min的超声处理。17、在本发明的任意实施例中，所述含脱细胞外基质的水凝胶前体溶液的浓度为0.5wt％-2wt％。可以为0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2.0wt％，或任意两个数值之间的任意值。优选为0.5wt％的脱细胞外基质水凝胶。18、在本发明的任意实施例中，所述超声中的超声频率为0.5-2mhz，超声脉冲间隔为5-20ms，超声处理时间为5-20min。19、本发明的第二个目的在于提供所述可注射水凝胶在制备心肌梗死药物中的应用；所述水凝胶通过物理场驱动下治疗心肌梗死。20、在本发明的任意实施例中，所述物理场驱动包括所述物理场驱动包括超声法和/或近红外法和/或近红外法。优选超声法，将超声探头置于心脏附近。21、在本发明的任意实施例中，所述超声法中，超声频率为0.5-2mhz，可以为0.5、1.0、1.5或2.0mhz，或任意两个数值之间的任意值，优选为1mhz；超声脉冲间隔为5-20ms，可以为5、10、15、20ms，或任意两个数值之间的任意值，优选为10ms；超声处理时间为5-20min，优选为10min。22、在本发明的任意实施例中，所述可注射水凝胶原位注射在心梗区。23、在本发明的任意实施例中，所述可注射水凝胶的注射量为每只小鼠(8周龄)10-30ul。可以为10、15、20、25、30ul，或者任意两个数值之间的任意值。24、在本发明的任意实施例中，可注射位点为1-3处，优选为2处。25、在本发明的任意实施例中，本发明所得可注射水凝胶经过物理场处理后制备出高导电和抗氧化的可注射水凝胶。在可注射水凝胶上培养的心肌细胞，钙信号高频且一致，间隙连接蛋白cx43表达明显上调，心肌间电耦联增强。在氧化物的刺激条件下，培养在可注射水凝胶上的心肌细胞不受到活性氧的刺激，证实其具备抗氧化性。26、在本发明的任意实施例中，采用永久性结扎冠状动脉左前降支的方式构建小鼠心肌梗死模型，将可注射水凝胶注射在小鼠心梗区，关胸，缝合皮肤。然后，采用物理场驱动小鼠心梗治疗。27、进一步地，手术后的小鼠分别在3天、7天、14天和28天不同的时间点使用小动物心超检测射血分数和短轴缩短率等心功能参数，并采用he和masson's trichrome染色检测心梗区域损伤程度和纤维化程度。28、本发明通过一种可注射水凝胶在物理场驱动下治疗心肌梗死的方式，在超声刺激下发挥mxenes的巨大功能。复合mxenes的脱细胞外基质促进心肌细胞电信号的高效传导，并免受氧化应激刺激。水凝胶前体溶液注射在小鼠体内后，37℃自然成胶，在超声刺激下，响应mxenes的功能。在心梗初期减少活性氧积聚，增强瘢痕纤维组织的导电性，使心肌间电信号同步，促进小鼠心脏收缩和舒张同步，有效恢复心功能。29、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：30、本发明所述的mxenes相比其他导电纳米材料，在生物介质中分布更均匀，导电性更稳定，与脱细胞外基质水凝胶结合后，能原位定点治疗心肌梗死。此外，mxenes的抗氧化性良好，可以吸收大量活性氧。省略了其他繁琐步骤达成多项治疗功能。31、心肌组织的生理功能主要是依靠兴奋收缩耦联完成的，电信号在物理条件刺激下具有高度响应，本发明采用超声刺激进一步促进心肌间电传导，刺激后心功能恢复更好。当前第1页12当前第1页12
技术特征：1.一种可注射水凝胶，其特征在于，所述可注射性水凝胶由二维mxenes纳米片水溶液和含脱细胞外基质的水凝胶前体溶液混合，制备得到所述可注射水凝胶；所述含脱细胞外基质的水凝胶前体溶液中的脱细胞外基质经过酶溶液处理所得。
2.根据权利要求1所述的可注射水凝胶，其特征在于，所述二维mxenes纳米片通过利用mxenes的3d母相，通过化学蚀刻的方法制得；
3.根据权利要求2所述的可注射水凝胶，其特征在于，所述化学蚀刻的方法选用浓度为40-60wt％的氢氟酸溶液作为蚀刻液。
4.根据权利要求1所述的可注射水凝胶，其特征在于，所述脱细胞外基质通过利用猪器官组织，在阴离子去污剂的作用下去除细胞成分所得；
5.根据权利要求4所述的可注射水凝胶，其特征在于，所述猪器官组织包括心脏、膀胱、肾脏或肝脏。
6.根据权利要求1所述的可注射水凝胶，其特征在于，所述酶溶液的浓度为1mg/ml-2mg/ml；所述水凝胶前体的ph值为7.35-7.45；
7.根据权利要求1所述的可注射水凝胶，其特征在于，所述含脱细胞外基质的水凝胶前体溶液的浓度为0.5wt％-2wt％。
8.权利要求1-7中任一项所述可注射水凝胶在制备心肌梗死药物中的应用；其特征在于，所述纳米片通过物理场驱动下治疗心肌梗死。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述物理场驱动包括超声法和/或近红外法。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述超声中的超声频率为0.5-2mhz，超声脉冲间隔为5-20ms，超声处理时间为5-20min。
技术总结本发明涉及一种可注射水凝胶及其制备方法与应用。本发明所述可注射性水凝胶由二维MXenes纳米片悬浮液和含脱细胞外基质的水凝胶前体溶液混合，制备得到所述可注射水凝胶；所述含脱细胞外基质的水凝胶前体溶液中的脱细胞外基质经过胃蛋白酶溶液处理所得。本发明所述可注射水凝胶在制备心肌梗死药物中的应用；所述药物通过物理场驱动下治疗心肌梗死。本发明所述的MXenes相比其他导电纳米材料，在生物介质中分布更均匀，导电性更稳定，与脱细胞外基质水凝胶结合后，能原位定点治疗心肌梗死；本发明采用可注射水凝胶结合超声刺激进一步促进心肌间电传导，刺激后心功能恢复更好。
技术研发人员：任小艺,李小云,肖淼,徐悦,唐明亮
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：技术公布日：2024/4/29
