浙江大學顧臻《ACS Nano》可注射生物降解高分子復合物，遞送葡萄糖反應性胰島素

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關注 2021年3月16日 11:49

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【科研摘要】

胰島素治療是 1型和2型晚期糖尿病治療的主要組成部分。然而，其狹窄的治療窗口與嚴重低血糖癥的風險有關。 在正常血糖情況下表現(xiàn)出一致且緩慢的基礎胰島素釋放以及實時響應高血糖而加速胰島素釋放的葡萄糖反應性載體可以提供有效的血糖調(diào)節(jié)，降低低血糖的風險。 最近 ， 浙江大學 顧臻 教授 團隊 描述了一種由 聚（1-賴氨酸）衍生的可生物降解的葡萄糖響應性陽離子聚合物 ，用于構建聚合物-胰島素復合物， 葡萄糖刺激的胰島素遞送。

研究了芳基硼酸在合成的陽離子聚合物中的修飾度和聚合物與胰島素的比例對葡萄糖依賴性平衡游離胰島素水平及其相關胰島素釋放動力學的影響 。另外，在 1型糖尿病小鼠中評估了這些復合物的血糖調(diào)節(jié)能力以及相關的葡萄糖激發(fā)觸發(fā)的胰島素釋放。 相關論文以題為 Injectable Biodegradable Polymeric Complex for Glucose-Responsive Insulin Delivery 發(fā)表在《ACS Nano》上。

【主圖見析】

圖 1.用于胰島素遞送的葡萄糖反應復合物。 （A，B）葡萄糖反應性胰島素釋放復合物的形成和機理示意圖。具有葡萄糖感測元件的帶正電荷的聚合物與帶負電荷的胰島素形成復合物。葡萄糖與FPBA之間的結(jié)合降低了FPBA的p K _a ，引入了負電荷，削弱了聚合物與胰島素之間的吸引力，因此刺激了胰島素的釋放并將平衡轉(zhuǎn)移至游離胰島素。聚合物的結(jié)構示于（B）中。（C）形成復合體前后，RhB胰島素和Cy5標記的PLL0.4-FPBA0.6的代表性圖像。該復合物由若丹明B標記的胰島素（紅色）和未標記的聚合物或花青5（Cy5）標記的PLL0.4-FPBA0.6（藍色）和未標記的胰島素制備。胰島素和聚合物的重量相同。（D）復合物的代表性熒光圖像。Cy5標記的PLL _0.4 -FPBA _0.6 和RhB-胰島素分別以藍色和紅色顯示。比例尺，100μm。

圖 2.體外葡萄糖反應性胰島素釋放。 （A–C）胰島素復合物的示意圖和葡萄糖結(jié)合。葡萄糖與聚合物中的FPBA殘基結(jié)合，導致溶液中葡萄糖濃度降低。分別由等重量的胰島素和PLL _0.65 -FPBA _0.35 （LL1-胰島素，B）和PLL _0.4 -FPBA _0.6 （L1-胰島素，C）制備復合物。這里使用的PLL的MW為30-70 kg/mol。使用葡萄糖計（Clarity）測量葡萄糖濃度。（D–F）示意圖和復合物中葡萄糖反應性胰島素的釋放。該復合物由等重量的胰島素和PLL0.65-FPBA0.35（LL1-胰島素，E ）或 PLL _0.4 -FPBA _0.6 （L1-胰島素，F(xiàn)）制備。LL1和L1的N/C比分別為3.5和2.1。葡萄糖與FPBA的結(jié)合減弱了吸引力，并將胰島素從復合物中釋放到溶液中。（G–I）從復合物中釋放的示意圖和葡萄糖反應性胰島素。由胰島素和兩倍重量的PLL _0.65 -FPBA _0.35 （LL2-胰島素，H）或PLL _0.4 -FPBA _0.6 （L2-胰島素，I）制備復合物。LL2和L2的N/C比分別為6.3和3.6。

圖 3. 1型糖尿病小鼠的體內(nèi)研究。 （A）用胰島素和各種胰島素復合物處理后的小鼠的代表性IVIS圖像。胰島素標記有Cy5。（B）（A）中熒光強度的定量。（C）用PBS，天然胰島素和胰島素復合物治療的糖尿病小鼠的血糖水平，這些血漿由等重量的天然胰島素和PLL _0.57 -FPBA _0.43 制成，原始PLL MW為4 ^-15 kg/mol或 原始PLL MW為15–30 kg / mol的PLL _0.6 -FPBA _0.4 。（D）用LL1胰島素，LL2胰島素，L1胰島素和L2胰島素治療的糖尿病小鼠的血糖水平，而PLL的原始MW為30-70 kg/mol。胰島素當量設定為1.5mg/kg。

圖 4.糖尿病小鼠的血漿胰島素水平變化與腹膜內(nèi)葡萄糖耐量試驗相關。 糖尿病小鼠分別用LL1-胰島素（A），LL2-胰島素（B），L1-胰島素（C）和L2-胰島素（D）治療。胰島素當量設定為1.5mg / kg。在用復合物處理后8小時給予葡萄糖（3g/kg）。將剛治療前的每只小鼠的血漿胰島素水平設定為100％。

圖 5. H＆E或Masson的三色染色部分的代表性圖像。 給糖尿病小鼠注射各種復合物，并在時間間隔之間獲得治療部位的皮膚。進行了H＆E染色（A）和Masson的三色染色（B）。圖像是在顯微鏡（尼康，Ti–U）上拍攝的。未經(jīng)處理的皮膚用作對照樣品。黑色箭頭表示注射的復合物。比例尺，250μm。

【總結(jié)】

科研人員從人重組胰島素和 FPBA修飾的PLL制備了各種復合物，其 負載效率高于90％ 。 通過利用陽離子聚合物和胰島素之間的靜電吸引以及在聚離子復合物形成過程中熵的增加來制備復合物。 更高的聚合物分子量，更大的聚合物與胰島素的比率以及更低的FPBA修飾度均導致在與常血糖相關的葡萄糖溶液中游離胰島素水平降低。葡萄糖刺激復合物中的胰島素釋放得到驗證，并取決于聚合物的分子量，F(xiàn)PBA修飾度和聚合物與胰島素的比例。在這項工作研究的復合物中，就 400 mg / dL葡萄糖溶液中的平衡胰島素水平與100 mg/dL葡 萄糖溶液中的平衡胰島素水平之比而言， L2胰島素表現(xiàn)出最佳的葡萄糖反應性 。

TOC 圖

在1型糖尿病小鼠中進行的體內(nèi)研究證實LL1胰島素，LL2胰島素，L1胰島素和L2胰島素都具有延長天然胰島素的降血糖作用的能力，尤其是對LL2胰島素和L2胰島素而言其中的正常血糖升高超過20小時，甚至在治療后72小時仍然有效。值得注意的是，在這些研究中使用了重組人胰島素。在進行人體研究之前，需要對制劑和劑量進行進一步評估。這種延長的治療功效與其在葡萄糖溶液中100 mg/dL的超低游離胰島素水平相符。此外， 發(fā)現(xiàn)體內(nèi)IPGTT刺激的皮下L2胰島素儲存庫的胰島素釋放性能在這四種復合物中是最好的 ，這與其在400 mg/dL葡萄糖溶液中的平衡游離胰島素的最高比率與在100 mg/dL葡萄糖溶液中的比率有關毫克/分升葡萄糖溶液中的復合物在這項研究中。從生物相容性的角度來看，三個月后皮下組織樣本中沒有發(fā)現(xiàn)所有復合物，也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的生物相容性問題。總體而言，本研究旨在闡明體外和體內(nèi)葡萄糖應答性能之間的相關性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在正常血糖和高血糖條件下，胰島素釋放速率和平衡的游離胰島素水平的差異對于最大化這種類型的胰島素輸送系統(tǒng)的體內(nèi)葡萄糖響應性能至 關重要。

參考文獻： doi.org/10.1021/acsnano.0c07291

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