基于糖尿病肠道上皮细胞病理微环境的智能多肽纳米载体的设计和跨胞转运机制的研究

It’s been a tough issue over the world to deliver therapeutic peptides through oral administration. Methods to enhance the uptake of drugs across the intestinal epithelia remain to be difficult and to be a critical research point. The present project focuses on the varying expression positions and significantly increased level of folate receptors/transporters in enterocytes, which are special phenomenon under the condition of pathologically diabetic body. Meanwhile, the asymmetric distribution of transporters in the polar enterocytes will be taken advantage of. A smart drug delivery system will be designed through a series of steps. Ligands with high affinity to the folate receptor on both sides of apical (AP) and basolateral (BL) membrane are designed using computational aid design. Meanwhile, Mesoporous silica nanoparticles (MSNs) with a size of 50nm are covalently combined with insulin through glucose-sensitive bond. Finally, PEG-ligands targeting folate receptor will be decorated on the surface of MSNs. Such a vehicle is able to load pharmaceutical peptides like insulin with high efficiency to overcome the multi-biological barriers in the gastrointestinal tract and to realize the efficient one-way-transport of pharmaceutical peptides and nanoparticles, facilitating the drug absorption. Moreover, a series of microscopic visualization techniques will be used to systematically study the mechanism of absorption in vitro and in vivo model. Our findings will provide a brand new insight into designing oral protein/peptide drug delivery system.

多肽类药物的口服递送一直是国际性难题，如何提高药物的跨胞吸收一直是研究的热点和难点。本课题针对糖尿病机体病理状态下，肠道上皮细胞叶酸受体或转运蛋白的表达部位和表达水平均显著上调的特殊生理现象，以及极性上皮细胞转运蛋白的不对称分布特点，通过计算机辅助设计制备与顶侧和基底侧叶酸受体都具有高亲和力的配基；随后，将模型药物胰岛素通过糖敏感性的共价键连接到粒径50nm的介孔硅纳米粒微孔内；最后，在介孔硅载体表面修饰PEG-叶酸受体配基制得智能化纳米载体。该载体可以高效荷载胰岛素等多肽药物，并克服消化道内的多重生理屏障，实现多肽药物及纳米载体的高效单向跨胞转运，达到促吸收的效果。此外，还将通过分子影像技术对智能载体克服口服吸收屏障的机制进行深入研究，以期为低吸收的多肽类药物提供一种新颖的促吸收策略。

糖尿病患病率的快速增长使其成为严重的公共卫生负担。相较于皮下注射而言，口服胰岛素给药更受青睐，然而胃肠道屏障却大大限制了胰岛素吸收。通过配基修饰的药物载体可提高多肽类药物的口服吸收，但如何充分利用受体介导的主动转运方式实现多肽药物的高效吸收仍有待深入探究。.本项目针对糖尿病肠道上皮细胞的病理微环境，首先验证糖尿病大鼠肠道上皮细胞上质子偶联叶酸转运蛋白（PCFT）、叶酸载体（RFC）和α叶酸受体（α-FR）的表达量增加以及胆酸受体的过量表达。基于此，我们分别设计了叶酸修饰的纳米颗粒（FNP）和脱氧胆酸修饰的主动转运壳聚糖纳米粒（DNPs），以提高胰岛素的跨胞转运效率。体内实验研究证明口服FNP冻干粉末肠溶胶囊后，其降血糖效果明显，口服相对生物利用度达到了14.4%；DNPs能够显著降低蛋白酶对胰岛素的降解，并通过胆酸通路介导其转运，胰岛素跨胞转运提高13倍，而将DNPs冷冻干燥后制成肠溶包衣胶囊进行灌胃，糖尿病大鼠血糖在7小时内降至初始血糖的45%，降血糖效果长达12小时，相对生物利用度为15.9%，是游离胰岛素组的12.26倍。同时，我们还创新性地利用活体双光子显微镜对纳米粒的肠绒毛吸收过程进行了动态实时观察，发现叶酸或胆酸修饰后都可显著增强纳米粒的肠绒毛吸收。.正常机体内，高血糖时胰岛β细胞释放胰岛素，使血糖恢复正常；当低血糖时则会抑制胰岛素的产生。这种葡萄糖响应型的内源性胰岛素释放避免了低血糖的发生。基于此，我们进一步设计制备了智能化递药载体。首先合成了一种可以包载胰岛素的大孔介孔硅（LPMSN），并在表面修饰苯硼酸。利用苯硼酸与葡萄糖的可逆性结合特点，实现了胰岛素在高糖环境下释放，低糖环境下不释放的目的。体内实验进一步证明了，该智能化递药载体具有良好的降血糖且不引起低血糖的能力。.本项目围绕着糖尿病肠上皮细胞的病理微环境特点和智能递药策略，分别设计了可高效跨胞和智能释药的递药载体，均取得良好的降血糖效果。该项目的实施为设计高效克服口服吸收屏障的胰岛素纳米载体提供了一些新的思路，也为设计高效体内递送的智能胰岛素载体提供了一种新的策略。