具有开关功能胰岛素载体的制备及其葡萄糖响应性的研究

In order to meet the demand of diabetes therapy, an insulin carrier with on-off function which has high insulin load efficiency and shows notable glucose-responsiveness under physiological conditions and offers self-regulated insulin delivery in response to physiological glucose level will be developed. Firstly the mesoporous hollow core silica modified with D-Glucosamine and PBA-containing block copolymer PEG-b-P(Asp-co-AspPBA) will be prepared. Based on the complexation between phenylboronic acid and glycosyl, significant glucose-responsiveness will be obtained under physiological pH 7.4. At the normal glucose content, block copolymer will cover the pore of the sililca because of the complexation and prevent the insulin from release. At a higher glucose content, the complexation between phenylboronic acid and glycosyl will be destroyed and insulin will be release for glucose-regulated. The preparation method of mesoporous hollow core silica and the improvement approach for the glucose-sensitivity of the carrier will be studied. The structure of the carrier will be adjusted in order to optimize the performance.The cytotoxicity and the in-vivo release property will be also investigated.The studies will provide scientific basis for the development and the design of the insulin carrier with on-off function.

本项目针对当前糖尿病治疗的需要，开发一种具有开关功能的胰岛素载体，能高效负载胰岛素，并能在人体生理pH值条件下，响应体内葡萄糖浓度的变化，控制释放胰岛素，有效调控人体血糖。首先合成氨基葡萄糖修饰的大介孔空心二氧化硅和苯硼酸部分修饰的嵌段共聚物PEG-b-P(Asp-co-AspPBA)，氨基葡萄糖基与嵌段共聚物上的苯硼酸能够形成的具有葡萄糖响应性的环酯键。在人体正常血糖浓度下，通过环酯键形成的化学交联，嵌段共聚物能够包覆在介孔空心二氧化硅表面，形成封闭的开关，控制胰岛素不释放。当血糖浓度超出一定值时，环酯键断裂，开关打开，胰岛素被释放。着重探讨适合负载胰岛素的大介孔二氧化硅的制备工艺和胰岛素载体开关的葡萄糖敏感性提高等问题，优化条件，为具有开关功能的胰岛素载体的开发提供科学依据。同时，考察该纳米功能体的结构与功能的关系，并对其生物相容性和体内释放情况进行研究，为其最终走向应用提供理论基础。

本项目在研期间，主要在两个方面开展工作，一个是葡萄糖响应性纳米药物载体的制备，另一方面是药物载体对胰岛素、胰高血糖素样肽-1（GLP-1）等药物的负载，药物载体中苯硼酸与邻二醇类物质间的可逆相互作用，以及药物载体对葡萄糖浓度、pH值、谷光甘肽等刺激的响应性。主要开展了以下五项具体的研究工作：（1）基于嵌段共聚物/介孔空心二氧化硅纳米复合纳米材料的制备及其在生理pH值条件下对生理血糖浓度变化的响应性及对胰岛素的自调节释放。（2）基于嵌段共聚物/氧化石墨烯纳米复合纳米材料的制备及其在生理pH值条件下对生理血糖浓度变化的响应性及对胰岛素的自调节释放。（3）基于G-四联体的葡萄糖性水凝胶药物载体的制备及其对葡萄糖浓度和pH值双重响应性研究及对胰岛素的控制释放。（4）基于苯硼酸环酯动态共价键的多重响应性自组装体系作为亲水性药物载体的研究。（5）负载有胰高血糖素样肽-1复合纳米控释体的制备及其对葡萄糖浓度的响应性及对胰高血糖素样肽-1的控制释放。最终，我们制备了得到了生理pH条件下对葡萄糖浓度变化具有良好响应性的纳米药物载体，包括基于嵌段共聚物/介孔空心二氧化硅纳米复合纳米载体、基于嵌段共聚物/氧化石墨烯纳米复合纳米载体和基于G-四联体的葡萄糖性水凝胶药物载体等，从理论上阐明了苯硼酸-糖基化载体自组装体系对生理血糖产生响应的机理，通过采用聚氨基酸类聚合物，有效改善了材料的生物相容性，实现了对包括胰岛素、胰高血糖素样肽-1在内的多种亲水性药物的负载和葡萄糖响应性控制释放，为基于苯硼酸的葡萄糖响应性纳米药物载体的应用奠定了良好的理论和实践基础。基于本项目研究工作，已发表相关SCI研究论文4篇，中文核心文章1篇，会议论文1篇，另有多篇论文正在投稿或整理当中，申请发明专利1项，目前已经进入实质审查阶段。