放射性同位素标记骨再生透明质酸水凝胶

There are few researches of soft biomaterials, like hydrogel, for bone defect treatment. On the other hand, it is hard to track the bone regenerative materials in vivo. In this study, we will dually label the hyaluronan derivative with radioactive isotopes, I131 and Tc99m. The I131 will be labeled on the functional group-tyramine, while the Tc99m will be labeled on the bisphosphonate groups. The modifications of hyaluronan polymer with tyramine and bisphosphonate group are based on "click" chemistry. The functionlized hyaluronan derivative can be physically crosslinked by hydroxyapatite nanoparticles to form the organic-inorganic hybrid hydrogel. Since bisphosphonate is bone conductive and can attract calcium ions, this hydrogel should show self-healing property and enhance bone regeneration. The aim of this study is to develop the in vivo trackable hyaluronan hybrid hydrogel that can improve the bone regeneration process.

目前骨缺损治疗研究中对于软质生物材料如水凝胶的应用还比较缺乏，而骨再生材料的体内研究手段比较单一，其在体内的跟踪成像难度较大而且相关研究也很少。本课题拟建立在双磷酸盐功能化透明质酸聚合物上标记放射性同位素碘和锝的双标记方法，一方面将碘同位素标记在透明质酸聚合物的酪胺功能团上，用于跟踪有机大分子透明质酸材料在体内的变化， 另一方面将同位素锝与双磷酸盐分子配位结合，用于跟踪与羟基磷灰石纳米颗粒交联后的无机材料部分在体内的变化。本课题采用了酪胺与双磷酸盐共同修饰透明质酸聚合物，由于双磷酸盐本身具有很好的吸附钙离子特性及亲骨性，双磷酸盐修饰的透明质酸可以与羟基磷灰石纳米颗粒交联迅速形成具有自修复能力的有机-无机杂化水凝胶，因此，我们也将深入研究这种水凝胶对于促进骨头再生的作用。本课题的最终目的是研发出能进行体内放射性同位素成像跟踪，并具有促进骨头再生能力的透明质酸水凝胶生物材料。

本课题通过点击化学对透明质酸高分子进行功能化修饰，合成了一系列加载了醛基、肼基、巯基、酪胺或双磷酸盐的单修饰及酪胺/双磷酸盐双修饰的透明质酸衍生物。在此基础上进一步对其进行了放射性核素标记研究，优化并建立了酪胺/双磷酸盐-透明质酸高分子衍生物上同时标记I-131及Tc-99m两种核素的方法，其中Tc-99m标记率达到95%以上，I-131标记率>80%，最终产物纯化后放化纯>95%。同时本项目制备了通过羟基磷灰石纳米颗粒物理交联的透明质酸水凝胶并且对其成胶性质及成胶形貌进行了表征，在筛选调整了透明质酸修饰接枝比后制备出了成胶时间小于1分钟的并且胶体均匀的水凝胶。目标水凝胶的流变性质表征结果证明了该水凝胶的自修复率约为92%，溶胀率及钙流失率研究表明双磷酸盐修饰比较高的水凝胶在PBS缓冲液中能较好保持其形态并降低钙离子流失率。利用伽马谱仪测定了放射性双标记水凝胶降解后上清液及羟基磷灰石混合沉淀中I-131及Tc-99m的计数，进一步证明了降解后大部分Tc-99m会与双磷酸盐基团一起跟羟基磷灰石颗粒沉淀在一起，而标记在酪胺上的I-131核素作为在有机链上被切除掉的部分与羟基磷灰石颗粒分离而留在上清液。考虑到生物应用安全性，本项目针对A375，MCF-7，MG63及软骨细胞进行了放射性标记前后降解材料的细胞毒性研究，结果表明其产物对几种细胞均没有显著毒性，相比而言对照组的羟基磷灰石纳米颗粒本身在同样浓度下对MCF-7及软骨细胞均具有较高毒性。这一结果也证明了利用透明质酸-酪胺/双磷酸盐水凝胶作为骨组织再生的材料其生物相容性要比单独使用羟基磷灰石纳米颗粒高。另外，放射性标记酪胺/双磷酸盐-透明质酸水凝胶的体内研究结果证明无论是放射性标记还是材料本身都具有良好的体内稳定性，能稳定滞留于组织填充位置。总体而言，本项目成功的合成了酪胺/双磷酸盐-透明质酸高分子并完成两种放射性核素共同标记，制备出了在骨修复方面具有潜在应用价值的可注射型功能化放射性标记透明质酸水凝胶，基本完成项目研究目标。