修饰的海藻酸盐及其制备和使用方法

背景技术：1、水凝胶生物材料由于其稳定性、可调节的力学和降解特性以及与周围组织的生物相容性而在生物医学应用中具有实用性。水凝胶生物材料的临床和临床前应用包括组织工程构造、药物和细胞递送的储库以及用于研究生物过程的细胞支架。2、在水凝胶中，海藻酸盐因为其在中性生理条件下胶化、在组织部位表现出良好的生物相容性并具有广泛的化学多功能性而迅速受到关注。海藻酸盐胶凝利用海藻酸盐上的羧基基团和二价阳离子之间的离子交联。钙交联水凝胶是可注射的和自修复的，能够容易地注射到组织中。在体内，钙交联的海藻酸盐水凝胶引起低水平的异物反应、非常低的毒性和有限的免疫原性。此外，海藻酸盐被fda公认为安全(gras)，这促使对海藻酸盐进行临床前测试，以递送药物、生物制剂、病毒和细胞，并在临床上作为膳食补充剂、用于伤口敷料的材料、密封剂和作为可注射植入物。3、海藻酸盐的化学多功能性对于试图利用海藻酸盐生物相容性的研究人员来说尤其有趣。已经使用了海藻酸盐的化学修饰来用小分子修饰海藻酸盐聚合物，以进行可控和可调节的药物递送，以及用肽和蛋白质修饰海藻酸盐聚合物，以介导细胞附着和信号传导。最近，海藻酸盐聚合物已与生物正交“点击”化学基序缀合，以便增强或使海藻酸盐交联，加快聚合物修饰，并创建可靶向的药物储库。4、尽管海藻酸盐的化学修饰很简单，但修饰也会带来不期望的复杂因素。最常见的是，海藻酸盐聚合物通过海藻酸盐上的羧基基团与亲核试剂(醇、胺等)之间的碳二亚胺偶联进行修饰。不幸的是，这种化学修饰会减少聚合物的粘度并抑制胶凝。事实上，高取代度(ds)修饰的海藻酸盐水凝胶遭受钙交联不良或不存在的影响。我们需要的是修饰海藻酸盐的新方法，而这种方法不会遭受目前用高ds修饰海藻酸盐时经历的缺点。技术实现思路1、本申请公开了具有高取代度的海藻酸盐链及其制备方法。2、在一方面，本文公开了取代的海藻酸盐链，其包括通过连接基与功能部分(例如，点击基序，例如叠氮化物)偶联的海藻酸盐链，其中连接基包含亲核末端(例如氨基、醇、硫醇)以及额外地与连接基连接的羧基基团；并且其中亲核末端与海藻酸盐链上的羧基基团偶联。在某些方面，取代的海藻酸盐链可以形成聚合物链。3、在一个方面，本文公开了通过碳二亚胺将偶联海藻酸盐链与功能部分(例如点击基序，例如叠氮化物)偶联的方法，所述方法包括将功能部分与连接基缀合，该连接基包含亲核末端和连接基的亲核末端(诸如胺、醇、硫醇)的羧基基团；其中该功能部分在与亲核末端相反的一端与连接基化学偶联；并且通过碳二亚胺偶联将连接基的亲核末端偶联到海藻酸盐链；其中修饰允许合成高度取代的海藻酸盐；其中取代不会破坏凝胶的完整性。4、本文还公开了将海藻酸盐链与任何前述方面的功能部分(例如点击基序，例如叠氮化物)偶联的方法，其中连接基的亲核末端包含保护基团(诸如，例如甲基、乙基、苄基、苄氧基羰基、仲丁基、2-烷基-1,3-噁唑啉、obo、甲硅烷基、光敏基团丙基、叔丁基和nvoc)；并且其中亲核末端在与海藻酸盐链上的糖偶联之前被脱保护。5、本文还公开了将海藻酸盐链与任何前述方面的功能部分偶联的方法，其中连接基上的羧基基团用保护基团(例如甲基、乙基、苄基、苄氧基羰基、仲丁基、2-烷基-1,3-噁唑啉、obo、甲硅烷基、光敏基团丙基、叔丁基和nvoc)修饰；并且其中羧基基团可在与海藻酸盐链偶联之后被脱保护。6、还公开了修饰的海藻酸盐，其包含一种或多种由式i定义的共价修饰单体7、8、其中：9、x是o、s或nr3；10、r3是氢、烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基或杂环烷基；11、l1和l2各自独立地不存在或代表连接基团；12、a代表功能部分(例如，点击基序或活性剂)；并且13、y1和y2独立地为氢或—po(or)2，或者y2不存在，并且y1与y1和y2所连接的两个氧原子一起形成如下所示的环状结构14、15、其中16、其中r4和r5独立地为氢、烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基、杂环烷基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、羰基、羧基、氨基或酰氨基；或r4和r5与它们所连接的碳原子一起形成3至8元未取代或取代的碳环或杂环。17、本文还公开了水凝胶基质或支架，其包含任何前述方面的取代的海藻酸盐链的聚合物链或任何前述方面的修饰的海藻酸盐的聚合物链，其中聚合物链通过二价金属阳离子(例如，通过钙交联)与其他海藻酸盐聚合物链交联。技术特征：1.修饰的海藻酸盐，其包含一种或多种由式i定义的共价修饰的单体2.权利要求1所述的修饰的海藻酸盐，其中所述修饰的海藻酸盐包括单独修饰的海藻酸盐聚合物。3.权利要求1-2中任一项所述的修饰的海藻酸盐，其中y1和y2均为h。4.权利要求1-3中任一项所述的修饰的海藻酸盐，其中x是nh。5.权利要求1-4中任一项所述的修饰的海藻酸盐，其中a包括点击基序。6.权利要求5所述的修饰的海藻酸盐，其中所述点击基序包括叠氮化物、膦、环辛烯(例如，反式环辛烯(tco))、降冰片烯(nor)、四嗪(tz)、炔烃、环辛炔诸如二苯并环辛炔(dbco)或四环庚烷。7.权利要求1-4中任一项所述的修饰的海藻酸盐，其中a包括活性剂。8.权利要求7所述的修饰的海藻酸盐，其中活性剂包括治疗剂、预防剂、诊断剂或其组合。9.权利要求1-8中任一项所述的修饰的海藻酸盐，其中l1不存在。10.权利要求1-8中任一项所述的修饰的海藻酸盐，其中l1包括c1-4烷基基团。11.权利要求1-10中任一项所述的修饰的海藻酸盐，其中l2不存在。12.权利要求1-10中任一项所述的修饰的海藻酸盐，其中l2包括烷基、烷氧基、烷基芳基、烷基杂芳基、烷基环烷基、烷基杂环烷基、烷硫基、烷基亚磺酰基、烷基磺酰基、烷基氨基、二烷基氨基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基氨基羰基、二烷基氨基羰基或聚氨基基团。13.水凝胶基质或支架，其包含与二价阳离子交联的权利要求1-12中任一项所述的修饰的海藻酸盐，所述二价阳离子诸如为ca2+、mg2+和/或ba2+。14.用活性剂衍生海藻酸盐主链的方法，所述方法包括将权利要求1-12中任一项所定义的修饰的海藻酸盐与活性剂接触，所述活性剂包含与在所述修饰的海藻酸盐中存在的功能部分互补且反应的第二功能部分，在有效地使所述第二功能部分与在所述修饰的海藻酸盐中存在的所述功能部分反应的条件下形成共价键，从而将所述活性剂共价连接到所述海藻酸盐主链上。15.权利要求14所述的方法，其中所述活性剂包括治疗剂、预防剂、诊断剂或其组合。16.取代的海藻酸盐链，其包括通过连接基与功能部分偶联的海藻酸盐链，其中所述连接基包含亲核末端和所述亲核末端的羧基基团；并且其中所述亲核末端与在所述海藻酸盐链上的羧基基团偶联。17.权利要求16所述的取代的海藻酸盐链，其中所述功能部分包括叠氮化物、四嗪、炔烃、环辛炔、环辛烯、降冰片烯、三唑、三唑-硫吗啉二氧化物、整合素结合肽、胶原蛋白模拟肽、酰肼、醛、免疫调节因子、血管生成促进因子或细胞信号传导因子。18.权利要求16或17所述的取代的海藻酸盐链，其中所述连接基包含亲核基团，诸如胺、醇、硫醇、肼、酰肼等。19.水凝胶基质或支架，其包含权利要求16-18中任一项所述的取代的海藻酸盐链的聚合物链，所述聚合物链通过钙交联与其他海藻酸盐聚合物链交联。20.通过碳二酰亚胺偶联将海藻酸盐链与功能部分偶联的方法，所述方法包括将所述功能部分与连接基缀合，所述连接基包含亲核基团氨基基团和与所述连接基连接的羧基基团；其中所述功能部分与所述连接基化学偶联；以及通过碳二亚胺偶联将所述连接基的氨基末端与所述海藻酸盐链偶联；其中所述修饰允许合成高度取代的海藻酸盐；其中所述取代不会破坏凝胶的完整性。21.权利要求20所述的方法，其中所述功能部分包括叠氮化物、四嗪、炔烃、环辛炔、环辛烯、降冰片烯、三唑、三唑-硫吗啉二氧化物、整合素结合肽、胶原蛋白模拟肽、酰肼、醛、免疫调节因子、血管生成促进因子或细胞信号传导因子。22.权利要求20或21所述的方法，其中所述亲核试剂包括胺、酰肼、肼、醇、硫醇。23.权利要求20-22中任一项所述的方法，其中所述连接基的亲核末端包含保护基团；并且其中所述亲核末端在与所述海藻酸盐链偶联之前被脱保护。24.权利要求20-23中任一项所述的方法，其中所述保护基团包括叔丁氧羰基、α-boc、对甲氧基苄基羰基、苄氧羰基、乙酰基、苯甲酰基、苄基、氨基甲酸酯、对甲氧基苄基、3,4-二甲氧基苄基、对甲氧基苯基、氯甲酸三氯乙酯或甲苯磺酰基。25.权利要求20-24中任一项所述的方法，其中所述连接基的羧基基团包含保护基团；并且其中所述羧基末端在与所述海藻酸盐链偶联之后被脱保护。26.权利要求20-25中任一项所述的方法，其中所述保护基团包括甲基、乙基、叔丁基、苄基、苄氧基羰基、仲丁基、2-烷基-1,3-噁唑啉、obo、甲硅烷基、光敏基团。技术总结高度取代的海藻酸盐支架中交联能力的丧失是影响海藻酸盐聚合物在植入物、细胞递送和组织工程中的使用的重要问题。本文公开了在高化学修饰下仍保留其胶凝性质的经修饰的海藻酸盐支架，以及其制备和使用方法。技术研发人员：Y·布鲁德诺,C·穆迪受保护的技术使用者：北卡罗来纳大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16