一种葡萄糖敏感自律式胰岛素释放微凝胶载体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设计一种具有葡萄糖响应性、能够根据血糖水平自调节释放胰岛素微凝胶 系统。本发明属于药物控制释放和生物材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 糖尿病是一组以高血糖为特征的常见疾病，是由于胰岛素分泌缺陷及其生物作用 受损或两者兼有引起的糖、脂肪、蛋白质和电解质代谢紊乱综合征，目前尚无根治糖尿病的 方法，只能通过多种治疗手段延缓和控制糖尿病的症状。尽管人们已经开发了磺脲类促胰 岛素分泌药、双胍类降糖药、α -葡萄糖苷酶抑制剂、噻唑烷二酮类胰岛素增敏剂等口服降 糖药，但是胰岛素治疗仍是I型糖尿病（即胰岛素依赖型糖尿病)、糖尿病高渗综合征等疾 病的首选药物，具有不可替代的作用。此外，当口服降糖药无法维持正常血糖水平、肝肾功 能较差的II型糖尿病或出现比较严重的并发症时，胰岛素治疗依然是最重要的选择。
[0003] 目前，胰岛素治疗糖尿病的方法是依赖频繁监测血糖，根据检测结果每日多次进 行皮下注射，给患者带来很大痛苦和诸多不便，并可能产生皮下脂肪萎缩、低血糖等多种不 良反应。能够对葡萄糖浓度变化做出应答的自律式胰岛素给药系统一直是研究热点，其中 最具有挑战性的是自律式（Self-regulating)胰岛素给药系统，目前有3种葡萄糖敏感型 自律式胰岛素给药系统，分别为葡萄糖氧化酶（GOD)体系、伴刀豆球蛋白（ConA)体系及苯 基砸酸体系。
[0004] 葡萄糖氧化酶体系是利用GOD的催化作用使葡萄糖转化为葡萄糖酸，凝胶因 pH值 降低而收缩，从而释放出胰岛素。由于葡萄糖氧化反应中副产物过氧化氢对GOD酶的抑制 作用，导致酶活性利用率过低，凝胶体系对葡萄糖浓度变化响应速度过慢。ConA体系是一种 植物外源凝集素，可与糖基化的胰岛素结合形成凝胶，葡萄糖竞争性结合ConA，释放出胰岛 素，但这种方法要求精度高，并且在初始结合的糖基化胰岛素用完之后需要重新补充。苯基 硼酸及其衍生物在水溶液中可以与葡萄糖等多羟基化合物形成可逆的共价复合物，这种多 羟基化合物的识别功能可用于葡萄糖敏感自律式给药系统设计。
[0005] 目前的苯基硼酸体系不足之处是既使是在低葡萄糖浓度（即正常血糖）时也会置 换糖基化胰岛素，因此不能算作真正意义上的自律式胰岛素给药系统。Afrassiabi AL等人 通过改进合成了 PNIPAAm及P(NIPAAm-CtMAAc)凝胶，并研究这些温度敏感性凝胶对肌红 蛋白的控制释放特性，结果表明，温度高于LCST (体积相转变温度）时释放缓慢，低于LCST 温度时释放较快，较好地满足了控制释放的要求（Afrassiabi AL, Hoffman AS, Cadwell LA. Effect of temperature on the release rate of biomolecules from thermally reversible hydrogels. 1986，33: 191-200);然而这种凝胶体系存在 LCST过低的问题，不能实现体温下依葡萄糖浓度变化而自动"开-关"释放胰岛素。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的技术问题在于提供一种葡萄糖敏感自律式给药系统，提供的 纳米级微凝胶载体能够实现体温下依葡萄糖浓度变化而自动"开-关"释放胰岛素。本发 明的一种葡萄糖敏感自律式胰岛素释放微凝胶载体，其所述的葡萄糖敏感微凝胶由3-丙 烯酰氨基苯硼酸、N-异丙基丙烯酰胺、含乙烯基功能性基团的R⑶小分子多肽三种单体经 自由基聚合得到。
[0007] 如上所述的葡萄糖敏感自律式胰岛素释放微凝胶载体，其特征在于：3_丙烯酰氨 基苯硼酸5?15mol%、含乙烯基功能基团的亲水性RGD多肽5?15mol%、，异丙基丙烯酰 胺 60 ?85mol%。
[0008] 本发明提供一种葡萄糖敏感自律式胰岛素释放微凝胶载体的制备方法，其特征在 于按照如下步骤： (-）葡萄糖敏感微凝胶的制备：称取单体3-丙烯酰氨基苯硼酸（5?15mol%)、含乙烯 基功能基团的亲水性RGD多肽（5?15mol%)、，异丙基丙烯酰胺（60?85mol%)及交联剂 % 亚甲基双丙烯酰胺（1?6mol%)，并量取IOOml蒸馏水，加入到装有冷凝装置、氮气导 管、恒压滴液漏斗和磁力搅拌子的三口烧瓶中，开启搅拌，通入氮气30 min，加热至60?80 °C，通过恒压滴液漏斗加入引发剂过硫酸胺（1?5mol%)，转速为1000 r/min，氮气环境下反 应24 h制备微凝胶，将微凝胶装入透析袋(截留分子量为8000?14000)，浸入蒸馏水中透 析，每24 h更换蒸馈水，共3次，将透析后的微凝胶12000 r/min高速离心10 min,弃去上 层清液，经冷冻干燥后得到葡萄糖敏感微凝胶； (二）载药胰岛素微凝胶的制备：称取步骤（1)制得的微凝胶40 mg，加入到浓度为 20mg/mL的胰岛素溶液中，置冰箱4 °C中平衡48h后，12000 r/min高速离心10 min，弃去 上层清液，沉淀物用4 °C的稀盐酸清洗，去掉吸附在微凝胶表面上的胰岛素，经冷冻干燥后 得到载药微凝胶。
[0009] 优选地，如上所述的一种葡萄糖敏感自律式胰岛素释放微凝胶载体的制备方法， 其特征在于：步骤(-)中的含乙烯基功能基团的亲水性RGD多肽按如下步骤制备： (1) 称取2-氯三苯甲基氯树脂，装入多孔过滤漏斗多肽合成装置中，用溶剂二甲基甲 酰胺（DMF)洗涤2?3次，然后加入DMF浸泡树脂30 min，最后排出溶剂DMF ; (2) 称取氨基及侧基上羧基分别被9-芴甲氧羰基和叔丁基保护的天冬氨酸于试管中， 用DMF将其溶解，然后将该溶液转入步骤（1)中合成装置中，再加入催化剂N，N-二异丙基 乙胺，室温下让氨基及侧基上羧基分别被9-芴甲氧羰基和叔丁基保护的天冬氨酸与树脂 相互作用约30min，使氨基及侧基上羧基分别被9-芴甲氧羰基和叔丁基保护的天冬氨酸充 分固定在树脂上； (3) 用DMF洗涤步骤（2)的树脂4?5次，并用茚三酮检验缩合反应是否完全； (4) 加入20%哌啶-DMF溶液到步骤（3)的树脂中，充分反应脱去天冬氨酸上的芴甲氧 羰基保护基； (5) 用DMF洗涤步骤（4)的树脂4?5次； (6) 称取氨基被9-芴甲氧羰基保护的甘氨酸于试管中，用DMF溶解，加入缩合剂1-羟 基苯并三唑、苯并三氮唑-N，Ν，Ν'，Ν' -四甲基脲六氟磷酸盐及催化剂N，N-二异丙基乙基 胺，并将该溶液转入到步骤（5)树脂中，让甘氨酸的C端羧基与天冬氨酸的N端氨基充分缩 合； (7) 用DMF洗涤步骤（6)所得的树脂4?5次，并用茚三酮检验缩合反应是否完全； (8) 加入20%哌啶-二甲基甲酰胺溶液到步骤（7)树脂中，充分反应脱去甘氨酸上的 芴甲氧羰基保护基； (9) 用DMF洗涤步骤（8)的树脂4?5次； (10) 称取氨基及侧基上胍基分别被9-芴甲氧羰基和2, 2, 4, 6, 7-五甲基-2H-苯 并呋喃-5-磺酰基保护的精氨酸于试管中，加入缩合剂1-羟基苯并三唑、苯并三氮 唑-N，Ν，Ν'，Ν' -四甲基脲六氟磷酸盐及催化剂N，N-二异丙基乙基胺，并将该溶液转入到步 骤（9)的树脂中，让精氨酸的C端羧基与甘氨酸的N端氨基充分缩合； (11) 用DMF洗涤步骤（10)所得树脂4?5次，并用茚三酮检验缩合反应是否完全； (12) 加入20%哌啶-二甲基甲酰胺溶液到步骤（11)的树脂中，充分反应脱去精氨酸 上的芴甲氧羰基保护基； (13) 用DMF洗涤步骤（12)的树脂4?5次； (14) 称取丙烯酸于试管中，加入缩合剂1-羟基苯并三唑、苯并三氮唑-Ν，Ν，Ν'，Ν'