无毒交联玻璃酸钠凝胶关节腔注射剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用注射剂技术领域，具体领域为一种骨关节腔注射剂。

背景技术

近年来，随着社会老龄化的加剧，中国老年人口比例正在迅速增加。而骨关节炎(OA) 是一种常见于老年人的慢性退行性骨关节疾病，严重影响老年人群的生活质量，据估计， 到2020年，骨关节炎将会成为第四大致残性疾病，这将会为患者及其家庭、社会带来巨大的经济负担。来自中国健康与养老追踪调查数据库的研究结果显示，我国膝关节症状性OA的患病率为8.1％，且女性高于男性；呈现明显的地域差异，即西南地区(13.7％)和 西北地区(10.8％)最高，华北地区(5.4％)和东部沿海地区(5.5％)相对较低。随着我 国人口老龄化加剧，老年膝关节OA的发病率还会有继续上升的趋势。

其中，膝关节OA是临床上骨关节炎最常见的一种，其致病因素主要是机械应力分布 失衡或负载过度引起软骨磨损，这也是中老年人成为膝关节OA的最重要易发人群的主要 原因。由于我国医疗资源的分配、发展不均匀等原因，造成对膝关节OA的诊治水平参差不齐，对病情的严重程度和治疗方案及康复策略选择的存在较大差异，从而导致不恰当的治疗甚至延误治疗。因此，针对老年膝关节OA提出规范、科学、合理、有效的诊断和治 疗方案，已成必然之势，也是我国人口老龄化问题的应对方案的应有之义。

同时，虽然目前的药物治疗和手术治疗已经广泛应用于老年膝关节OA的治疗上，但 由于老年患者通常伴随有其他基础疾病(如严重心功能不全等)、患者治疗期望降低、拒绝手术治疗等原因而使得这些治疗方案受到限制。由于玻璃酸钠是人体滑液的主要组成成分，补充外源性的玻璃酸钠可以提高滑膜中玻璃酸钠的含量，重新形成自然屏障，防止软骨基质进一步破坏消失；改善病理状态下滑膜的生物学功能，减轻或消除关节磨擦及疼痛；通过其抑制白细胞移动及趋化作用，减少滑膜通透性、增加高分子玻璃酸钠生成，减少关节内渗液；覆盖和保护痛觉感觉器，与疼痛介质结合，缓解疼痛；与糖蛋白结合，阻止该 物质参与炎症过程，同时玻璃酸钠进入软骨基质，与糖蛋白形成聚合体，修复损伤的软骨。 所以玻璃酸钠对轻中度的膝关节骨性关节炎具有良好的疗效。所以近年来，玻璃酸钠注射 液的每年的使用量逐年增加已经达到600万只，具有广阔的市场空间，目前国内已上市的 玻璃酸钠注射液信息汇总如下表1：

表1国内已上市的玻璃酸钠注射液

目前国内已上市的玻璃酸钠注射液主要以非交联为主，只有一个交联玻璃酸钠产品， 交联玻璃酸钠注射液可以延长体内的代谢时间，每个疗程的注射次数可以从5次减少至3 次，减少了病人的痛苦。所以从非交联到交联是产品发展换代的趋势，但是目前交联玻璃 酸钠的交联剂主要是DVS和BDDE两种，但这些交联剂均具有一定的毒性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无毒交联玻璃酸钠凝胶关节腔注射剂及其制备方法，使用 无毒的氨基酸作为交联剂不仅可以提高交联玻璃酸钠注射液的使用安全性，而且可以提高 患者的可接受度。

该无毒交联玻璃酸钠凝胶关节腔注射剂与人体滑液的弹性和粘性模量相近，主要组成 成分为玻璃酸钠，是人体滑液的主要组成成分；交联剂选择无毒的氨基酸，具有良好的生 物相容性，通过氨基酸交联后提高了产品的抗酶解性，达到延长体内代谢时间和减少注射 次数的目的。本发明选择高活性的催化剂在催化剂的作用下可以在温和的条件下使玻璃酸 钠与氨基酸发生交联反应，生产设备简便，利于放大生产规模。

本发明的原理是催化剂使玻璃酸钠上的羧基活化，使玻璃酸钠上的羧基最后和氨基酸 上的氨基发生反应，使氨基酸上的两个氨基分别与两条不同链上的玻璃酸钠发生交联反应， 从而对玻璃酸钠进行修饰，改变其性能，交联反应机理以下式为例予以说明。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无毒交联玻璃酸钠凝胶关节腔注射剂，其特征在于：具体是以玻璃酸钠为主体， 以含有两个及以上氨基的氨基酸为交联剂，在催化剂的作用下交联而成的凝胶。

其中，所使用的玻璃酸钠原料可以为发酵来源和鸡冠提取来源两种，分子量为0.5-10MDa，优先选用发酵来源得到的玻璃酸钠原料，分子量优先选择0.8-2MDa；

所述的催化剂为1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)、1-乙基-3-(3-三甲基氨基丙基)碳二亚胺(ETC)、N-羟基琥珀酸亚胺(NHS)、N-羟基磺基琥珀酸亚胺 (磺基-NHS)、4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐(DMTMM)，优先选择EDC 和DMTMM。

其中，所述交联剂包括精氨酸、赖氨酸、天冬酰胺或谷氨酰胺，优选为赖氨酸和精氨 酸。

其中，所述凝胶的交联度为0.1-3.0％。

其中，浓度为2-40mg/mL，优选为5-20mg/mL。

该无毒交联玻璃酸钠凝胶关节腔注射剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将玻璃酸钠溶解于一定量的溶剂Ⅰ中；

(2)加入交联剂溶解于步骤(1)构建的体系内；

(3)向步骤(2)得到的体系中加入催化剂，进行交联反应；

(4)将步骤(3)交联得到的产物通过溶剂Ⅰ进行透析，除去交联反应过程中残留的交联剂和催化剂；或者，使用溶剂Ⅱ对交联得到的产物进行沉淀收集，干燥后将沉淀产物溶解于溶剂Ⅰ中，至所需的浓度；

(5)将步骤(4)中得到的产物在无菌条件下进行灌装至预灌封注射器中，对灌装得到的产品进行灭菌，灯检后得到终产品。

其中，玻璃酸钠和交联剂的摩尔比为1:0.5-1:20，优选为1:1-1:12；玻璃酸钠和催化剂 的摩尔比为1:0.5-1:20，优选为1:1-1:15。

其中，交联反应温度为0-60℃，优选4-40℃；交联反应时间为1-120h，优选12-48h；透析时间为1-15天，优选2-8天；干燥时间为2-72h，优选4-48h；

其中，所述溶剂Ⅰ为纯化水、注射用水、生理盐水或磷酸缓冲溶液，优选生理盐水和磷酸缓冲溶液。

其中，所述溶剂Ⅱ为甲醇、乙醇，异丙醇、二氯甲烷或三氯甲烷，优选乙醇和异丙醇。

本发明产品是一种用于骨关节腔注射的无毒的交联玻璃酸钠的凝胶体系，其制备条件 温和，反应速度迅速，生产工艺简便，生产设备简单，适合大规模生产放大。正常青年人 关节腔滑液其弹性模量(G’)和粘性模量(G”)分别为104-130pa和37-53pa(2.5Hz)， 而目前市售非交联产品其弹性模量(G’)和粘性模量(G”)均小于20pa(2.5Hz)，本 发明制备方法通过对玻璃酸钠原料的轻度交联修饰技术，使产品的弹性和粘性模量接近人 体关节腔滑液的模量，而且产品的流动性好。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提出的无毒交联玻璃酸钠凝胶的制备方法简便，反应条件温和，反应温度和反应时间以及反应体系的pH都有较大的适用范围，使用的设备简单，便于放大生产；

(2)本发明提出的无毒交联玻璃酸钠凝胶通过交联产生的网状结构使产物的结构更 加稳定，抗酶解性更强，在体内的代谢时间延长，从而减少疗程内的注射次数，不仅可以减轻患者的痛苦，而且降低患者的感染风险；

(3)本发明提出的无毒交联玻璃酸钠凝胶开创性的使用了无毒的氨基酸替代化学交 联剂，交联剂的毒性降低，减少了不良反应的几率；

(4)本发明提出的无毒交联玻璃酸钠凝胶的制备方法通过对玻璃酸钠原料的轻度交 联修饰技术，使产品的弹性和粘性模量接近人体关节腔滑液的模量，而且产品的流动性好。

附图说明

图1为交联后产品的剪切粘度与剪切速率之间的关系；

图2为灭菌前的产品模量；

图3为灭菌后的产品模量。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例描述了玻璃酸钠与L-赖氨酸交联反应制备过程，并检测产品的剪切粘度。

在500mL的圆底烧瓶中加入100mL的磷酸缓冲溶液和2g的玻璃酸钠原料，在室温条件下搅拌过夜溶解。加入1g L-赖氨酸至反应体系内，在2-8℃条件下搅拌2h，加入1g DMTMM催化交联反应，2-8℃条件下搅拌24h进行交联反应。得到的反应产物加入乙醇 进行沉淀收集，并使用乙醇对得到的沉淀进行洗涤3次每次10min，至沉淀完全失水，将 沉淀放入真空干燥器内进行干燥24h，得到轻度交联的玻璃酸钠凝胶干粉。使用磷酸缓冲 溶液对干粉进行复溶，将干粉加入磷酸缓冲溶液内溶解过夜至终浓度为10mg/mL，制备得 到了交联玻璃酸钠溶液，将交联玻璃酸钠溶液灌装至预灌封注射器内，在湿热条件下对样 品进行灭菌后用于关节腔注射。

取灭菌后的玻璃酸钠凝胶进行检测，研究玻璃酸钠凝胶剪切粘度和剪切速率之间的变 化情况，具体检测结果如图1，产品的剪切粘度随着剪切速率的增加而减小，与人体滑液 的特性相同，均符合非牛顿流体的特性。

实施例2

本实施例描述了玻璃酸钠与精氨酸交联反应制备过程，并检测产品的弹性和粘性模量。

在500mL的圆底烧瓶中加入100mL的磷酸缓冲溶液和4g的玻璃酸钠原料，在室温条件下搅拌过夜溶解。加入4g精氨酸至反应体系内，在室温条件下搅拌4h至混合均匀，加 入2g EDC催化交联反应，室温条件下搅拌4h至溶解均匀，将溶解好的反应体系放入30℃ 的条件下进行交联反应20h。得到的反应产物加入异丙醇进行沉淀收集，并使用异丙醇对 得到的沉淀进行洗涤3次每次20min，至沉淀完全失水，将沉淀放入真空干燥器内进行干 燥30h，得到交联的玻璃酸钠凝胶干粉。使用磷酸缓冲溶液对干粉进行复溶，将干粉加入 磷酸缓冲溶液内溶解至终浓度为12mg/mL，溶解后的产品放入透析袋内进行透析，透析液 使用磷酸缓冲溶液，透析时间为4天，每天更换两次透析液，最后将制备得到的交联玻璃 酸钠溶液灌装至预灌封注射器内，在湿热条件下对样品进行灭菌后用于关节腔注射。

取灭菌后的玻璃酸钠凝胶进行检测，研究灭菌前后的模量变化情况，具体模量结果如 图2和图3，正常青年人关节腔滑液其弹性模量(G’)和粘性模量(G”)分别为104-130pa和37-53pa(2.5Hz)，而目前市售非交联产品其弹性模量(G’)和粘性模量(G”) 均小于20pa(2.5Hz)，产品在灭菌后的的模量仍与人体滑液的模量相接近。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解 在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。