新型葡萄糖响应性纳米系统用于胰岛素口服递送的研究

发布时间：2020-05-13 20:36

【摘要】：胰岛素注射是当前临床上对胰岛素依赖型糖尿病患者最普遍的治疗方式。长期注射胰岛素,易造成患者注射部位出现炎症、硬结和过敏等副作用,给病人带来极大的痛苦和心理负担。同时,糖尿病患者自身血糖代谢失调,易引发一系列并发症甚至导致胰岛素休克致命。为了解决以上问题并实现血糖浓度的自我调控,本论文制备了一种葡萄糖响应性口服胰岛素纳米给药系统,基于血糖浓度高低,设计出能够智能调节胰岛素释放的“纳米开关”,该开关可实现在高血糖浓度下被“打开”迅速释放胰岛素而在正常血糖浓度下处于“关闭”状态缓慢释放药物的功能。本论文的主要研究工作概括如下:首先,构建了葡萄糖响应性自组装纳米粒。通过化学改性的方法用2-硝基咪唑(2-nitroimidazole,NI),L-半胱氨酸(L-cysteine,CYS)修饰海藻酸钠(sodium alginate,ALG)制备具有双亲性的2-硝基咪唑-L-半胱氨酸-海藻酸钠(NI-CYS-ALG)聚合物,再通过超声自组装的方式用NI-CYS-ALG制备共载胰岛素(insulin,INS)和葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOx)的纳米粒(glucose-responsive nanoparticles,GR-NPs)。GR-NPs中2-硝基咪唑可响应葡萄糖氧化酶催化葡萄糖造成的局部低氧环境,由疏水结构转变成亲水性的2-氨基咪唑,实现葡萄糖响应释放胰岛素功能;此外,GR-NPs中半胱氨酸具有一定消化酶抑制作用和生物黏附性,可用于胰岛素口服给药。通过核磁(~1H NMR)、红外(FTIR)鉴定改性聚合物的化学结构;通过透射电镜(TEM)、动态光散射(DLS)对纳米粒进行表征,纳米粒粒度均一,分散稳定;单因素考察不同CYS/ALG质量比对聚合物接枝度、黏附性的影响,以及对纳米粒的载药性能及黏附性能的影响,结果显示在CYS/ALG质量比为2:1时,纳米粒具有良好的黏附性及载药性能,筛选其为最优配方。其次,对葡萄糖响应性自组装纳米粒进行体外性能评价。选择CYS/ALG质量比为2:1配方的聚合物制备纳米粒,考察其pH稳定性、抗酶降解作用及葡萄糖响应性。该纳米粒在不同pH的PBS中缓慢释放,且在人工胃/肠液中有较高的胰岛素残留量,具有良好的pH稳定性和抗酶降解作用。此外,纳米粒在高糖溶液中,随时间增加其粒径增大、2-硝基含量减少、溶液pH降低、胰岛素累积释放较快,表现出一定的葡萄糖浓度响应性。采用圆二色性光谱(CD)对比分析释放前后胰岛素的构象,结果显示两种胰岛素的二级结构相似没有明显改变。糖尿病小鼠体内研究结果显示,GR-NPs中胰岛素具有良好的生物活性,可使糖尿病小鼠维持正常血糖达24 h,具有长效口服降血糖效果。最后,对葡萄糖响应性纳米粒的降血糖作用和转运机理进行考察。GR-NPs经糖尿病大鼠口服给药后具有明显的降血糖效果,可使其维持血糖正常值长达14 h,而正常大鼠口服给药后无明显的降血糖作用。活体成像、小肠荧光标记观察结果显示GR-NPs经口服后不会被立即排出体外,可延长其在小肠部位的滞留,促进药物吸收。小肠组织切片经HE染色观察,结果显示GR-NPs具有良好的生物安全性,可用于口服给药。此外,通过考察GR-NPs的跨膜转运,初步探索了纳米粒的跨膜吸收机制。以Caco-2细胞为模型,通过激光共聚焦显微镜(CLSM)观察GR-NPs对Caco-2肌动蛋白微丝(F-actin)和紧密连接蛋白(ZO-1、Occludin)的分布的影响,研究结果表明GR-NPs可通过改变F-actin完整性、引起ZO-1蛋白重新分布来打开细胞紧密连接结构,以促进纳米粒的跨膜吸收。综上所述,本论文构建的葡萄糖响应性纳米递送系统具有抗消化酶降解作用,表现出良好的生物黏附性和葡萄糖响应性,在糖尿病鼠口服给药后有明显的降血糖作用,为I型糖尿病无创口服给药治疗的发展提供了可能,也为蛋白、多肽类药物的口服吸收提供了一种新思路。
【图文】：

小肠黏膜的物理屏障：黏液层和上皮组织

-硝基咪唑-L-半胱氨酸-海藻酸钠（NI-CYS-ALG）聚合物合成示意图
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R943;TB383.1

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本文编号：2662505