温敏性壳聚糖水凝胶
生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展

生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展作者:朱韵来源:《科学与财富》2020年第09期摘要:随着我国科学技术的不断发展,原位形式的水凝胶相关研越来越成熟,利用PH 值、温度、离子浓度等刺激,使原位诱导凝胶化转变,一般情况下,温敏性凝胶体系具有疏水-亲水两亲性平衡的特点,只通过转变环境溫度就能够诱导凝胶化转变,不需要利用有机溶剂、偶联剂等外界刺激。
关键词:生物可降解;温敏性;水凝胶;研究引言:敏性物理交联水凝胶是一种具有水溶性特点的聚合物,在环境温度发生变化时,能够改变其体积、尺寸以及亲水-疏水性。
从而诱导其产生凝胶化转变,经过研究发现,由于使其发生凝胶化转变的温度,与人体生理温度尤为接近,因此,引发了世界范围内大量学者和专家的研究,本文在相关学者研究的基础上,进一步对生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展进行分析,希望能够为后续相关人员提供参考和借鉴。
一、生物可降解温敏性物理交联水凝胶的概念温敏性物理交联水凝胶能够随着温度变化产生提及、尺寸以及亲水性变化,从而发生凝胶化转变,近年来,随着科学技术的不断发展,相关学者和专家对其进行了深入的研究和探讨。
结合相关研究表明,温敏性物理交联水凝胶在发生凝胶变化这一过程中,并未产生任何化学反应,其凝胶化过程中分子链间的铰链是一种物理变化。
与原位形式的水凝胶产生化学反映相比,温敏性物理交联水凝胶不需要通过有机溶剂、偶联剂等外界刺激[1],只通过环境温度改变就能够发生变相,因此,结合其未来发展可以看出,温敏性物理交联水凝胶在活性细胞封装、组织修复工程等相关领域,具有广泛的应用前景。
一般情况下,生物可降解温敏性物理交联水凝胶是一种两亲性共聚物,主要包括生无可降解的疏水性链段和亲水性链段组成,其中疏水在变化过程中相互作用,能够使BTPCH疏亲水处于平衡状态,如果可降解的疏水性链段较长,此时BTPCH不能溶于水。
而如果可降解的亲水性链段较长,BTPCH升温过程中不会发生凝胶化现象,可降解的疏水性链段包括多肽、壳聚糖等聚合物。
【国家自然科学基金】_壳聚糖水凝胶_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731

2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
53 54 55 56
o-羧甲基壳聚糖 ni p合金 mtt法 batio3/gelatin
1 1 1 1
2014年 科研热词 药物释放 羧甲基壳聚糖 海藻酸钠 降解 质构关系 缓释材料 组织工程 生物高分子 生物材料 温敏可逆相变 液体栓塞 水污染 水凝胶 氧化石墨烯 无酶处理 微胶囊 壳聚糖水凝胶 壳聚糖 国家自然科学基金 固定化技术 吸附 半互穿 凝胶 京尼平 ph敏感性 ph响应 推荐指数 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
科研热词 壳聚糖 组织工程 成纤维细胞 颅内动脉瘤 聚乙烯醇 细胞标记 组织工程髓核 离子组装 磷灰石 矿化 甘油磷酸钠 溶胀 温敏性壳聚糖水凝胶 水凝胶 栓塞材料 支架材料 复合水凝胶 动脉瘤 兔 5-溴脱氧尿嘧啶核苷
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
不同组分壳聚糖温敏凝胶材料理化性能评价

基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:81070842)作者单位:710032西安,第四军医大学口腔医学院牙周科通讯作者:王勤涛 029⁃84776096 E⁃mail :wqtzym@不同组分壳聚糖温敏凝胶材料理化性能评价臧圣奇 彭博 董广英 王新文 刘敏杰 许杰 王勤涛【摘要】 目的:评价不同组分壳聚糖温敏凝胶材料的理化性能。
方法:先对壳聚糖粉高温高压消毒,然后壳聚糖溶液(0.1mol /L )和β⁃甘油磷酸钠(β⁃GP )溶液(1.83mol /L )分别按照体积比9∶1和7∶1两种配比组分制备壳聚糖温敏凝胶。
通过粘度变化、凝胶时间、溶胀率、降解率、微观结构等观察指标比较2种凝胶的性能差异。
结果:凝胶时间9∶1组为(6.1±0.68)min ,7∶1组为(4.98±0.5)min (P <0.05);初始粘度9∶1组为(9.95±0.40)Paos ,7∶1组为(9.90±0.36)Paos (P >0.05),终粘度9∶1组为(50.05±1.06)Paos ,7∶1组为(45.25±0.69)Paos (P <0.05);溶胀率9∶1组为(16.6±0.8)%,7∶1组为(16.9±0.7)%(P >0.05);含溶菌酶组的降解率(%)明显高于不含酶组(P <0.05),加酶组和不加酶组7∶1组降解均快于9∶1组(P <0.05)。
扫描电镜结果显示9∶1组平均孔径为(1.01±0.62)μm ,7∶1组的平均孔径为(0.79±0.44)μm (P >0.05)。
结论:9∶1配比的壳聚糖温敏凝胶理化性能优于7∶1比例组。
【关键词】 壳聚糖;温敏性;粘度;溶胀率;降解率Physicochemical property of thermosensitivitive chitosan hydrogel materials with different composition ratio ZANG Shengqi ,PENG Bo ,DONG Guangying ,WANG Xinwen ,LIU Minjie ,XU Jie ,WANG Qintao.710032Xi'an ,Department of Periodontology and Oral Medicine ,School of Stomatology ,The Fourth Military Medical Univer⁃sity ,China【Abstract 】Objective :To compare the physical and chemical properties of thermosensitivitive chitosan hydrogel materials with differ⁃ent composition ratio.Methods :Chitosan powder was autoclaved at high temperature.The chitosan solusion (0.1mol /L )and β⁃glycerophosphate (β⁃GP )solusion (1.83mol /L )were mixed according to the volume ratio at 9∶1and 7∶1respectively.The two kinds of gel were compared by viscosity change ,gelation time ,swelling ratio ,biodegradation rate and micro⁃structure.Results :The gela⁃tion time of 7∶1group and 9∶1group was (4.98±0.5)min and (6.1±0.68)min (P <0.05),the initial viscosity were (9.90±0.36)and (9.95±0.40)Paos (P >0.05),the final viscosity (45.25±0.69)and (50.05±1.06)Paos (P <0.05),the swelling ratio(16.9±0.7)%and (16.6±0.8)%(P >0.05),respectively.The degradation rate (%)in the groups containing lysozyme was higher than that in the groups without lysozyme (P <0.05),in 7∶1group was higher than in 9∶1group no matter containing lyso⁃zyme or not (P <0.05).Scanning electron microscopy showed that the average pore size of both groups was similar (P >0.05).Conclusion :The physicochemical property of 9∶1group is superior to that of 7∶1group.【Key words 】 Chitosan ;Thermosensitivity ;Viscosity ;Swell degree ;Biodegradability 中图分类号:Q539 文献标识码:A doi :10.3969/j.issn.1001-3733.2012.02.03 壳聚糖是β⁃(1→4)⁃乙酰氨基⁃2⁃脱氧⁃D⁃葡聚糖和2⁃氨基⁃2⁃脱氧⁃D⁃葡聚糖的共聚物。
温敏凝胶的研究进展

温敏凝胶的研究进展陈桂添;吴艳婷;时军;张慧迪【摘要】温敏凝胶因具相变特性被作为定点、定时、定量给药载体而成为近年来的研究热点.以&quot;温敏凝胶&quot;&quot;凝胶材料&quot;&quot;给药途径&quot;等为关键词,检索多个数据库,对温敏凝胶的给药途径、用药部位及应用情况等进行综述,为其在生物医药领域的研发及临床应用提供相关参考.【期刊名称】《广东药科大学学报》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】5页(P556-560)【关键词】温敏凝胶;载体;给药途径;临床应用【作者】陈桂添;吴艳婷;时军;张慧迪【作者单位】广东药科大学中药学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】R943自田中丰一在1975年发现聚丙烯酰胺因响应温度的变化产生溶胀和收缩功能的温敏特性开始,温敏凝胶便受到了专家和学者的广泛关注[1]。
温敏凝胶(hermosensitive gels)是指以溶液状态给药后,利用高分子材料对外界温度的响应而在用药部位立即发生相转变,由液态转化为非化学交联半固体凝胶的制剂[2]。
应用于温敏凝胶的高分子材料,能随环境温度改变而发生一定的相变,具有最低临界溶解温度(lower critical solution temperature,LCST),已被应用于注射给药、黏膜给药、直肠给药以及经皮给药等。
因温敏凝胶能随温度的变化而改变自身膨胀-收缩状态来控制药物的释放,故基于温敏凝胶的药物递送系统目前在癌症治疗和组织再生等领域得到广泛应用[3]。
本文对近年来温敏凝胶的凝胶材料分类、给药途径、用药部位及应用情况等作简要综述,为温敏凝胶的开发及临床应用提供相关参考。
按对温度变化的响应,温敏凝胶材料可分为2种类型:①温度低于LCST时凝胶一直呈收缩状态,当温度升高超过LCST时则处于膨胀状态,这种温敏凝胶被称为低温收缩型,如聚丙烯酸(PAA)和聚N,N-二甲基丙烯酰胺(PDMAAm);②温度高于LCST时呈收缩状态,被称为高温收缩型,如聚异丙基丙烯酰胺[poly(NIPAAm)]。
pH敏感性凝胶的作用原理,制备及应用领域

等。在交联聚合中常用化学引发剂为一般常用型引发剂,
— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— ——
分为油溶性引发剂和水溶性引发剂。油溶性引发剂有偶氮
作者简介:李一凡(1991-),女,河南鹤壁人,郑州大学材料科学与 类,氢过氧化物与有机金属化合物等构成的氧化还原体系
工 程 学 院 本 科 在 读 , 研 究 方 向 为 高 分 子 ; 徐 永 新 类。水溶性引发剂有过硫酸盐类与无机还原剂或有机还原
感性的水凝胶。
阴阳离子型超滤 pH 敏感性凝胶膜来实现。Carroll 等 将 [10]
丙烯酸在是制备 pH 敏感性凝胶时一种最常用的单 pH 敏感性 PP 微滤膜用于过滤饮用水的原始有机物质
体。近年来,通过对一些聚合物功能膜进行处理,例如利用 (NOM)。结果表明,根据进料水 pH 的不同来控制接枝率
2.2 接枝共聚 通过接枝共聚,可以将一些亲水的和 具有对溶液 pH 值敏感的可逆溶解性,以 NSC 为载体固定
亲油的,酸性和碱性等具有特殊性能的互不相容的两链段 化纤维素酶(NSCC),以银杏叶为模式材料,用 NSCC 水解
键接在一起。用接枝共聚法制备的 pH 敏感性凝胶的性能 提取黄酮类化合物,并确定了 NSCC 水解的最适温度和
相变,智能凝胶得到了广泛的应用。
情况下较高。中间 pH 值处,同样可以发生溶胀,但是溶胀
Tanaka 把诱导凝胶体系发生相转变的分子间作用归 率小。
纳为四类:疏水作用、范德华力、氢键、离子间作用[3]。其中
2 制备方法
以离子键作用力最为显著。一般来说,pH 响应性高分子凝
2.1 交联聚合 水凝胶的交联聚合是由一种比较常用
根据敏感性基团的不同,可分为阴离子、阳离子和两
水凝胶的制备及其温度和pH敏感性研究

作者:王胜
学位授予单位:上海大学
1.期刊论文卢研.向鑫.唐燕春.马敬红.梁伯润.LU Yan.XIANG Xin.TANG Yan-chun.MA Jing-hong.LIANG Bo-run
聚N-异丙基丙烯酰胺/羧甲基壳聚糖纳米复合水凝胶制备及响应性能-东华大学学报(自然科学版)2007,33(1)
采用60Co-γ射线对羧甲基壳聚糖(CMCS)和N-异丙基丙烯酰胺敏感性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)/CMCS半互穿网络水凝胶。该水凝胶将PNIPAAm温度敏感性的低临界溶解温度(LCST)由32℃提高到人体温度37℃以上,同时也大幅度提高了水凝胶的溶胀比;用考马斯亮蓝作为药物模型,研究了该共聚物水凝胶在不同温度下的药物释放性能。
实验结果如下:
1.制备的5个CMCH样品均具有良好的水溶性、相似的分子结构和较高的DS(1.12-
2.39),且与相应的原料壳聚糖相比,羧甲基化前后,脱乙酰度基本保持稳定。
2.5个CMCH样品均具有促进MEF细胞增殖的活性。用MTT-CVS检测细胞增殖的实验说明不同MW的CMCH对MEF细胞增殖的作用情况相似;CMCH样品(DD 70.3-79.9%,DS 1.12-1.26)促进MEF细胞增殖的最小浓度是50μg/ml。高DD的CMCH样品有较强的促进细胞增殖的能力,在DD从70.3%增至9
1.采用丙烯酸(AA)与NIPA共聚改变了水凝胶的LCST,其变化受介质PH值影响。网络中具有亲水性的CMCS长链在凝胶体积发生相变时,由于体积排斥作用和静电排斥作用使凝胶内部形成大的孔洞结构,作为疏水通道,从而使P(NIPA—co—AA)/CMCS水凝胶向应速度较快。
温敏性壳聚糖止血膜止血作用的实验研究

结果大体观察A1、A2组止血效果较好,在创面形成凝胶血凝块,较快将创面出血止住,B1、C1及B2、C2组止血效果较弱,出血时间长。A1与B1、C1组比较,出血时间和出血量均显著低,差异均有统计学意义(P <0.05)。
根据股四头肌创面分别使用的止血材料不不同分组,温敏性壳聚糖生物止血膜(A2组)、纤维素止血棉(B2组)和明胶海绵(C2组),将相同大小(0.3cm×0.3cm×0.3cm)止血材料填埋于股四头肌内。1周、2周、3周、4周、6周后,处死大鼠观察材料的吸收情况及组织形态学观察。
结果大体观察A1、B1组止血效果织粘连轻,6周后基本吸收。
温敏性壳聚糖止血膜止血作用的实验研究
医用生物材料指的是具备医学作用、可作用于机体,在临床被广泛应用于各类组织器官,提高疾病的诊断,有利于患者疾病的治疗,并对机体组织器官不会产生有害作用的一类生物材料。而生物止血材料也是医用生物材料的一种,其具有良好的止血作用,而对机体不会产生毒副作用。
但是目前使用的止血材料,有些止血效果不好,有些过敏反应大,有些价格昂贵。壳聚糖具有良好的止血作用,并且组织相容性良好,价格便宜。
我们在实验中发现,壳聚糖具有良好的止血作用,但是其与创面的粘附力较弱,而将壳聚糖主链上较活泼的2-NH2和6-OH引入亲水性羟丁基基团,通过化学反应修饰,改变壳聚糖的物理性质,得到对温度敏感的壳聚糖凝胶,再将此凝胶冷冻,干燥,制备出大小、厚度适中的膜,此膜与创面的粘附力强。但是这种温敏性壳聚糖生物止血膜是否具有良好的止血性能,需要实验进一步的证实。
医用壳聚糖水凝胶研究进展

科技创新 2017年第8期l科技创新与应用 医用壳聚糖水凝胶研究进展
刘璐 (国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心,广东广州510530)
摘要:文章主要探讨了医用壳聚糖水凝胶领域的研究情况,具体分析了医用壳聚糖水凝胶在药物释放、医用敷料和组织工程支 架等细分领域的研究现状,收集了近年医用壳聚糖水凝胶的研究成果和发展趋势。 关键词:壳聚糖;水凝胶;组织工程;药物释放;医用敷料
甲壳素,又被称为几丁质,因其自身含有大量氨基多糖称为唯 一的天然阳离子多糖,主要从甲壳生物的外壳或昆虫的外骨骼中提 取得到。甲壳素为由N一乙酰一2一氨基一2一脱氧一D一葡萄糖通过B一1,4 糖苷键形成多糖,即N一乙酰一D一葡萄糖胺的聚糖。壳聚糖是甲壳素 上的氨基的脱乙酰化产物,反应活性和溶解性均比甲壳素强。壳聚 糖在自然界中的含量位列第二位,仅低于纤维素,并且能够实现可 循环利用,是理想的生物医用材料。壳聚糖具有许多优良特性:对环 境无污染,生物相容性和可降解性高,来源广泛,以及具备黏膜黏附 性、抗菌活性等。 水凝胶是由水溶性高分子经过交联后形成的,交联网络结构能 在水中膨胀但会分散,能够保持含水量高但并不溶剂的状态,可以 达到几十甚至几百倍的吸水率,是很强的吸水材料,其中的液体水 被固定于高分子三维网络结果当中,整个水凝胶体系可以保持良好 的稳定性。水凝胶质地柔软,与活体组织质感相近,具有良好的生物 相容性使得它在生物医药领域具有广阔的应用前景,如,可作为药 物缓释材料、蛋白质电泳、隐形眼镜、人造血浆和皮肤、组织填充材 料、组织工程支架等。 壳聚糖水凝胶具有低毒性和高生物相容性,作为智能水凝胶是 还具有pH或温度的敏感性,并且不影响药物本身的药效发挥,在用 作药物缓释材料、组织工程支架、医用敷料等领域具有良好的应用 前景。[11 1医用壳聚糖水凝胶药物释放体系 药物释放系统包括有药物固定和药物的控制释放过程,凝胶本 身因其网络结果能够很好的实现药物的存储固定,同时溶胀度的变 化过程能够控制药物的释放速率,还容易在体内降解代谢。因此,水 凝胶在口服、口腔、鼻腔、阴道、直肠、眼部、注射等给药途径具有较 大的应用潜力。 药物释放用水凝胶主要包括温度敏感水凝胶和pH敏感水凝 胶,对于温度敏感性的凝胶,当处于人体温环境(37℃)时,凝胶发生 亲水膨胀,网络结构由紧变松,从而释放出药物;对于pH敏感的水 凝胶,当处于肠道内较高pH环境中时,凝胶膨胀释放药物,而在pH 较低的胃环境时并不释放药物,从而避免强酸性胃液对于药物效果 的影响。 Dnmitfiu等研究了一种壳聚糖/黄原胶复合水凝胶,通过将黄原 胶与碱性药物复合,并在酸性条件下逐步释放,通过调节壳聚糖的 脱乙酰度,可以对凝胶的理化性质进行调整。天津大学姚康德等将 壳聚糖、明胶和果胶复配并利用戊二醛作为交联剂共交联制备得到 了壳聚糖基凝胶,该水凝胶具有pH灵敏性可用于药物释放体系,可 作为口服抗酸、治疗胃肠疾患的滞留型控释制剂,可以减少药物突 释造成的毒副作用,并且具有良好的生物相容性和生物降解性能。 中国海洋大学刘成圣[31等将壳聚糖脂肪酸酯复合物和 ,B一甘油磷 酸钠复配,制备得到温敏水凝胶负载抗肿瘤药物,用于原位注射局 部治疗的药物载体。通过与酯化改性提高了壳聚糖的温度灵敏性和 稳定性,对于肿瘤的治疗具有广阔的应用前景。 2医用壳聚糖水凝胶敷料 水凝胶质地柔软,可以实现与伤口的充分接触,并且能为伤口 提供一个良好的湿润环境,进而促进伤口的愈合。利用壳聚糖水凝 胶制备得到的医用敷料具有柔软、舒适与创面的贴合性好的优点, 并且能够缓解疼痛和抑制出血,同时部分水凝胶还具有抗菌消炎的 功效。此外,在病患伤口的愈合、自身皮肤生长的过程中,壳聚糖水 凝胶敷料能自行降解并被机体吸收,免除了揭除时病人的痛苦,还 会促进皮肤再生,对治疗高热创伤特别有效。 德州海利安生物股份有限公司研究一种医用胶体敷料及其应 用,该敷料主要包括水溶性甲壳素和醋酸氯己定,具有镇痛、抑菌、 抗炎、促进创面愈合、抑制瘢痕增生、提高创面修复质量的作用,对 手术切口、烧伤创面、烫伤创面、溃疡创面的治疗和修复具有显著疗 效。 3医用壳聚糖水凝胶组织工程支架 水凝胶具有三维网络结果,网络中填充有大量水,便于营养物 质和代谢产物的运输,并有助于保护细胞。此外,水凝胶还可以通过 注射方式植入体内,手术创伤小,并在体内环境改变下可以原位胶 凝,由于发生胶凝的条件温和对负载药物的影响较小,是实现生长 因子或药物递送非常适宜的载体材料。因此,水凝胶制备组织工程 支架具有天然的优势。 壳聚糖由于其具有氨基而带有大量正电荷,可以吸引带有负电 的细胞壁,有利于细胞的附着;其降解后的产物具有良好的生物相容 性;此外壳聚糖还具有杀菌、防黏连、维持体内生态平衡等许多功效 协同组织的修复。因此,壳聚糖是制备组织工程支架的优良材料。日 Bio Syntech Canada公司研发了包含有壳聚糖和甘油磷酸二钠 盐的温度响应水凝胶,该水凝胶在室温状态下位液态,在体温附近 成胶,因此可在液体状态下直接注射入所需部位原位成胶。该水凝 胶的制备无需使用有机溶剂和交联剂,可降低凝胶的生物毒性并提 高其生物相容性,可用于药物递送、眼部组织植入、骨或软骨填充材 料并用于组织工程领域。中国人民解放军军事医学科学院基础医学 研究所王常勇等研究了一种基于可注射温敏性壳聚糖水凝胶的组 织工程产品,将壳聚糖、甘油磷酸钠和羟乙基纤维素混合制备得到 可携带促血管生长因子的可注射水凝胶,将水凝胶注射到动物心肌 梗死模型特定区域后观察其修复心肌梗死区域的情况,注射携带生 长因子的壳聚糖水凝胶的实验组明显提高了血管密度,降低了纤维 化程度,存活的心肌数量也有所增加。 4结束语 壳聚糖水凝胶因其具有的生物相容性、抗菌性、温度响应性、pH 相应性在生物医学领域应用广泛,在上述药物释放、医用敷料、组织 工程支架领域的研究已经取得了实质性的进展。中国在该领域的研 究处于世界领先水平,但在产业化中的推广仍有待加强。 参考文献 [1]舒静,李小静,赵大飙.壳聚糖智能水凝胶研究进展[J].中国塑料, 2010,24(9):6-10. f21孔立红,王洋岗,刘本.壳聚糖温敏水凝胶的制备及体外药物释放 的研究『J1.湖北中草药大学学报,2012,44(6):24—26. f31王玉杰,党奇峰,万辉琴,等.注射型壳聚糖温敏相变复合材料的 制备及性能研究『J1.功能材料,2014,45(S1):117—121. 『4]王华明,王江.壳聚糖伤13'敷料的研究进展fJ].华南热带农业大学 学报,2007,13(2):48—53. f5】符旭东,郭家平.壳聚糖类水凝胶在组织工程领域的研究进展[J]. 中国医院药学杂志,2010,30(15):1308—1310.
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华南理工大学材料科学与工程学院 2010级本科生“Biomedical Materials”课程报告 学生班级:10级材料创新班 学生姓名: 李智豪 成绩: 题 目:Characteristics and Applications of Natural Biodegradable Polymer Materials
报告时间:Friday, Mar. 22, 2013 完 成 者:李智豪
Characteristics and Biomedical Applications of Injectable Thermogelling Chitosan–Inorganic Phosphate Solutions Abstract: Thermosetting polymers are attractive candidates for biomedical applications as noninvasive therapeutic delivery vehicles. In the present study, the feasibility of developing a neutral physiological temperature setting injectable formulation based on chitosan and an inorganic phosphate salt have been demonstrated. The in situ gelling system was developed by adding different concentrations of dipotassium hydrogen orthophosphate (DHO) to chitosan solution. The resulting solutions have pH in the range of ∼7–7.2. The gelling time of the chitosan–DHO solution was determined by incubating the solutions at 37 °C. Depending on the concentrations of DHO added, the gelling time varied from 4 min to 30 h at 37 °C. Addition of various diluents to chitosan–DHO solution did not significantly change the gelling time of the solutions.
Key word: Thermogelling; chitosan–DHO solution; delivery
Introduction: Injectable in situ setting hydrogels have tremendous potential as carrier matrices for a wide range of biomedical and pharmaceutical applications such as drug delivery and tissue engineering.1–3The advantages of injectable gelling systems over preformed matrices include introduction into the body in a minimally invasive manner, ability to provide a good fit, and delivery of bioactive molecules or cells to the defect site under mild conditions.1,2 For effective clinical application, injectable systems should be able to gel at mild physiological conditions in a clinically relevant time period. The gel should maintain its integrity for a desired period of time, show good biocompat-ibility, and biodegrade into nontoxic degradation products.1,2 Several natural and synthetic polymers have been investigated for developing in situ gelling systems induced by stimuli such as temperature, light, or pH.4–12 Among these, the thermogelling injectable system is one of the most extensively investigated and highly preferred system for in vivo applications. Chitosan is a biodegradable and biocompatible natural polymer composed of D -glucosamine and N -acetyl-D -glu-cosamine, is attracting a great deal of interest for biomedical applications.16 Chitosan is derived from chitin, which is the main component of crustacean exoskeleton and is the second most abundant natural polymer.17 The intrinsic properties of chitosan such as solubility in weak acids, biocompatibility, bioadhesivity, enzymatic degradability, and antibacterial activity makes it one of the most preferred biomaterial for developing drug and cell delivery matrices.18 The presence of amino groups in chitosan renders it chemically reactive, and several different types of cross-linking agents have been identified to develop chitosan-based hydrogels. These include chemical cross-linking of chitosan using the amino groups of chitosan and various dialdehydes, ionic cross-linking of chitosan using various ions such as citrates and polyphosphates, and formation of poly-electrolyte complexes using anionic polymers.19–22 Among these, ionic cross-linking is highly preferred for biomedical applications, being a simple and mild process and as it avoids the use of toxic chemical cross-linking agents. The purpose of this study was to evaluate the feasibility of developing a thermal responsive chitosan in situ gelling system using low concentrations of inorganic phosphate salts as the gelling agent and to evaluate the efficacy of the thermogelling system as a cell and or macromolecular delivery matrix.
Materials and Methods Chitosan from crab shells (minimum 95% deacetylation), dipotassium hydrogen orthophosphate(DHO), acetic acid solution (∼2.0%). All other chemicals used were of reagent or pharmaceutical grade obtained from Sigma. Preparation of Chitosan Solution.Chitosan was dissolved in 0.5% acetic acid solution (∼2.0%) under magnetic stirring for 48 h at room temperature. The resulting solution (pH ∼ 5.6) was filtered and stored at 4 °C. The viscosity of the solution was found to be 5300 cps when measured at a shear rate of 4 s-1 (Brookfield DV-II + Pro Viscometer). Preparation of Thermogelling Solution. Chitosan (5 mL) was aliquoted into a glass vial and magnetically stirred in an ice bath. An appropriate amount of