葡萄糖敏感纳米载体的制备及其在胰岛素自调式控释中的应用

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yu964230
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葡萄糖敏感胰岛素可控释放的给药系统,特别是建立在苯硼酸基础上的葡萄糖敏感系统,越来越成为人们研究的焦点。这主要是因为葡萄糖敏感药物释放系统能够很好地避免常规注射给药带给患者的精神和生理痛苦,又具有非注射给药如口服、透皮给药等所缺少的高生物利用度。葡萄糖敏感胰岛素自调式释放系统可以响应糖尿病患者高血糖浓度而连续可控地释放胰岛素。这种智能型给药方式可以很大程度上减少对患者的干预并提高其生活质量。然而,由于苯硼酸的pKa在8.2~8.6的范围,使得目前对于该类葡萄糖敏感给药系统的研究多选择偏碱性的释放介质,且只有在高葡萄糖浓度(远大于糖尿病患者的血糖水平2.0 mg mL-1)下才具有较显著的葡萄糖敏感性能,均不适于糖尿病的临床治疗。为此,将苯硼酸与生物相容性好的载体材料进行结合,可以达到载体材料在生理pH下具有较好的葡萄糖敏感性能,实现在高于糖尿病患者血糖浓度时大量快速释放胰岛素而在正常血糖水平时较少释放胰岛素。本论文设计和制备了三种基于苯硼酸的纳米载体,并研究了其葡萄糖敏感自调式给药的性能。  (1)葡萄糖敏感聚氨基酸纳米胶束。将苯硼酸直接与聚乙二醇单甲醚-b-聚(L-谷氨酸)(mPEG-b-PGA)键合制备了苯硼酸功能化的mPEG-b-P(GA-co-GPBA)两亲性嵌段共聚物。该共聚物能够在磷酸盐缓冲溶液中自组装成以苯硼酸修饰聚谷氨酸为内核的胶束。该纳米胶束具有很好的pH敏感性,可以通过调节pH将胰岛素很好地担载入该胶束中,且具有较好的载药量和包封率。载药胶束的体外释放结果表明:具有较好的葡萄糖敏感性能:胰岛素在健康人体血糖浓度(1.0 mg mL-1)时,胰岛素释放较少(14h累积释放百分比小于30%);而在糖尿病患者血糖水平(高于2.0 mg mL-1)时,胰岛素快速释放(14h时累积释放百分比超过58%)。此外,该载药纳米胶束的葡萄糖敏感性与苯硼酸的修饰率有关,修饰率越高同一葡萄糖浓度下的胰岛素释放量越大。载药胶束在0和3.0 mg mL-1葡萄糖浓度的PBS中的交替释放结果显示:胰岛素在3.0 mg mL-1葡萄糖中具有较快的释放速度而在不含葡萄糖的PBS中则较少释放,而且这种交替释放可持续多个循环,进一步表明该纳米胶束具有良好的葡萄糖敏感自调式释放性能。  (2)基于糖基化聚氨基酸的葡萄糖敏感纳米凝胶。纳米凝胶具有比纳米胶束更好的稳定性。首先,糖基化聚多肽的制备是通过γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基内酸酐(BLG-NCA)和γ-炔丙基-L-谷氨酸-N-羧基内酸酐(PPLG-NCA)开环聚合得到炔基功能化的聚氨基酸嵌段共聚物(mPEG-b-P(BLG-co-PLG)),并利用Click反应修饰上葡萄糖侧基而得到的。所得的糖基化嵌段共聚物利用己二酰胺基苯硼酸(AAPBA)为交联剂对侧基糖分子进行交联得到葡萄糖敏感的纳米凝胶。TEM和DLS结果表明该聚氨基酸纳米凝胶具有很好的球形形貌以及较窄的粒径分布,且其粒径随着溶液中葡萄糖浓度的增加而急剧增大,表明其具有较好的葡萄糖敏感性能。胰岛素可以很好的被包埋入该聚氨基酸纳米凝胶中,其载药量可以达9.5 wt.%。体外释放结果表明:纳米凝胶在溶液中葡萄糖浓度为糖尿病患者血糖浓度时,可以大量快速地释放出胰岛素(在2h和10h时胰岛素的体外累积释放百分比分别为45.7和58.8%);而在无糖时,则缓慢释放胰岛素。通过圆二色谱测试所释放出的胰岛素具有与标准胰岛素相似的二级结构,表明胰岛素在释放后仍具有生物活性。此外,MTT和体外溶血实验证实该聚氨基酸纳米凝胶具有较好的细胞和血液相容性。  (3)“one-pot”法制备葡萄糖敏感纳米凝胶。以聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯、丙烯酰胺基苯硼酸和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯为原料,采用“硫醇-烯”点击反应的“one-pot”方法制备了葡萄糖敏感的纳米凝胶。以茜素红为荧光探针考察了该纳米凝胶的葡萄糖敏感性能,结果显示较低浓度的葡萄糖(0.9 mg mL-1)就具有较好的取代ARS和PBA结合的能力,证明了该葡萄糖敏感纳米凝胶对葡萄糖响应的灵敏性。10h时,在葡萄糖浓度为0、0.5、1.0、2.0和3.0 mg mL-1的释放液中,ARS的累积释放百分比分别为19.2、27.2、47.1、68.1和90.5%。负载胰岛素的纳米凝胶的体外释放也与葡萄糖的浓度有关,PBS中葡萄糖的浓度越大胰岛素的释放速率越快释放量也越大。此外,MTT、乳酸脱氢酶测试以及溶血实验证明该纳米凝胶具有良好的生物相容性。优良的生物相容性以及可以快速大量制备的合成方法,为该葡萄糖敏感药物载体在药物可控释放系统中的进一步研究提供了可能性。  总之,在本论文的研究中,得到了在生理pH下具有较好葡萄糖敏感性能的纳米药物载体。该纳米药物载体具有良好的生物相容性,更重要的是,所制备的纳米药物载体在糖尿病患者血糖水平下具有良好的葡萄糖敏感药物释放性能,有望应用于胰岛素自调式药物释放系统。
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