▷2024/12/30
同萃生材
#高分文献◁
本文导读
本研究报道了一种将胰岛素与硫化银量子点结合，并涂覆以壳聚糖/葡萄糖聚合物的纳米制剂，以产生一种响应性的口服胰岛素纳米制剂。
这种纳米制剂具有pH响应性，在酸性环境中不溶解，并在中性pH值下人的十二指肠外植体和秀丽隐杆线虫中吸收增强。该制剂对葡萄糖苷酶敏感，可触发胰岛素释放。在口服给药后可分布到小鼠和大鼠的肝脏，促进血糖剂量依赖性降低，且不会导致糖尿病啮齿动物低血糖或体重增加。
成果题名：Oral nanotherapeutic formulation of insulin with reduced episodes of hypoglycaemia
发表期刊：《Nature Nanotechnology》
成果介绍
1、纳米载体的配制和表征
口服胰岛素受到低pH值下的高溶解度和降解性影响。为了解决这个问题，研究人员将胰岛素附着在硫化银量子点（Ag2S QDs）上，与单独使用胰岛素或单独使用量子点（QDs）相比，这种结合显著降低了QD胰岛素（QD-INS）在低pH环境中的溶解度。通过化学交联的方法，可溶性胰岛素（pH 3）与3-巯基丙酸（3-MPA）结合到硫化银量子点表面，量子点的直径为6.5±1.2纳米（通过透射电子显微镜（TEM）测量）。为了保护胰岛素有效载荷并控制其释放，研究人员使用了无规聚合的壳聚糖和葡萄糖共聚物（CS/GS）。增加CS/GS的浓度会导致水动力直径（HD）的相应增加，且CS/GS浓度对HD直径的影响也受pH值的影响，低pH值会增加HD直径。不同浓度胰岛素对QD的负载能力研究表明，最大胰岛素保留率为80%，每个量子点大约有1-2个胰岛素分子。
图1 口服胰岛素（QD-INS–CS/GS）的配方和表征
2、纳米载体通过CS/GS酶促裂解介导释放胰岛素
为了评估胰岛素有效载荷的释放情况，研究人员进行了实验，测量了标记有14C的胰岛素（14C-INS）在肝细胞培养物中与不同水解酶共孵育时，在低pH值和温度条件下从QD-INS–CS/GS复合物中的释放。实验发现，与纤维素酶或β-葡萄糖苷酶共孵育显著加快了胰岛素的释放速率，其中在单个腔室中0.5小时内就有50%的胰岛素被释放。此外，还评估了肝细胞对胰岛素和蔗糖的摄取情况。结果表明，当胰岛素与量子点（QD）偶联时，14C-INS的摄取量增加了一倍，而与QD-INS-CS/GS复合物结合的制剂则逆转了这种效应，这表明CS/GS可能与胰岛素β链的C末端相互作用，对受体激活起到重要作用。这些结果表明，CS/GS层在保护胰岛素有效载荷的同时，也控制了其在肝细胞中的释放，确保了胰岛素的生理活性。
图2 QD-INS-CS/GS中胰岛素释放过程
3、纳米载体可增加人体肠道外植体摄取
使用人十二指肠外植体研究肠道摄取，证明2-4分钟内的离体摄取主要在细胞质中（70%）。8分钟后观察到内吞囊泡形成和胞吐作用。离体人十二指肠外植体显示使用QD-INS–CS/GS时的14C-INS摄取量高出40倍。过量的胰岛素抑制体内储存的脂肪的释放和利用以获取能量，并促进脂肪储存，观察到24h高剂量QD-INS–CS/GS（20μg/mL），与OP50大肠杆菌以1：1的比例混合与对照组相比增加了前脂肪储存。
图3 十二指肠外植体的摄取
4、体内评估
使用14C-INS来评估皮下注射胰岛素（SC-INS）和口服QD-INS-CS/GS（20 IU/kg）的生物分布。在实验小鼠中，QD-INS–CS/GS组Cmax值为0.06 IU/ml、Tmax为0.5 h，T值为0.5 h。SC-INS（2 IU/kg）组Cmax为0.1 IU/ml、Tmax为0.25 h，T值为0.25 h。根据血液水平计算的口服QD-INS-CS/GS的生物利用度为4%。
在0.5 h，SC-INS在血液、肝脏和肌肉/脂肪中分布分别为40%、40%和20%。相比之下，QD-INS-CS/GS在肝脏中分布20%，在肠道中分布60%。使用口服葡萄糖耐量试验（OGTT）检查对小鼠的药效学影响，并在口服葡萄糖给药前15分钟用SC-INS和口服QD-INS-CS/GS处理。SC-INS（2 IU/kg）和口服QD-INS–CS/GS（20 IU/kg）的OGTT曲线下面积（AUC）也有类似的下降。高剂量（5 IU/kg）SC-INS诱导引起低血糖（BG<3.0 mmol/L），而口服胰岛素即使在300 IU/kg时也不会引起低血糖。
图4 单剂量SC-INS、QD-INS-CS/GS和单独口服胰岛素的药代动力学和药效学
5、胰岛素纳米载体在T1D动物模型中的评估
在T1D动物模型中比较SC-INS和QD-INS-CS/GS在单剂量和/或慢性治疗中的药理作用：非肥胖糖尿病（NOD）小鼠（自身免疫诱导的T1D）和用链脲佐菌素（STZ）治疗的大鼠（65mg/kg单剂量毒素诱导的T1D）。NOD小鼠中，SC-INS（1 IU/kg）和QD-INS–CS/GS（25 IU/kg）在15分钟内降低血糖并促进ITTAUC降低40%。且随着剂量的增加，血糖呈剂量依赖性降低。在严重糖尿病STZ大鼠（BG>30 mmol/L），观察到注射胰岛素和口服胰岛素的BG剂量依赖性降低相似。SC-INS处理的大鼠在治疗后1小时显示BG降低，然后在8小时内恢复到基线。延长6周的治疗表明，SC-INS大鼠的体重增加了30%，而用QD-INS-CS/GS治疗的小鼠没有变化。
图5 NOD小鼠和STZ治疗大鼠单剂量和每日SC-INS和QD-INS-CS/GS（口服胰岛素）治疗的药效学
6、胰岛素纳米载体对非人灵长类动物的作用
为了检测QD-INS-CS/GS在临床应用的可能性，对非糖尿病狒狒独立进行了BG和毒性数据收集。每只狒狒在禁食一夜后都接受了ITT检测，1-10 IU/kg口服胰岛素给药后收集数据。用5和10 IU/kg的QD-INS–CS/GS处理分别诱导BG降低10%和13%，在15-30分钟时可观察到效果。给予QD-INS-CS/GS的狒狒均未发生低血糖。
图6 非糖尿病狒狒的ITT检测
总
结
这项研究开发的胰岛素与带有CS/GS聚合物涂层的Ag2SQD偶联技术，不仅易于制造且可重现，还能有效促进胰岛素的口服吸收并实现肝脏靶向。在小鼠、大鼠和狒狒的实验中，该制剂展现出剂量依赖性效果，低血糖发生率低且没有观察到毒性，为进一步在人体中评估该制剂的安全性、持续毒性和开展临床研究提供了科学依据。此外，这项技术还有潜力成为一个口服肽递送的平台，不仅适用于肝脏作用的肽和蛋白质（如干扰素-α），还可能适用于其他器官特异性的肽和蛋白质递送（例如作用于胰腺的胰高血糖素样肽-1激动剂利拉鲁肽）。
文章来源：
https://doi.org/10.1038/s41565-023-01565-2
点击文末左下角 “阅读原文”可快速跳转至原文文献！
点击关注公众号，获取更多选题推荐及前沿热点资讯
咨询合作 & 科研服务
项目合作、咨询及科研服务（纳米、凝胶、微针、生信分析、临床研究）可联系戚老师或周老师~
戚老师 17521512675
周老师 19370757002
入群交流
围绕纳米、水凝胶、微针等生物材料在医学领域的应用，同萃创化也建有“学术交流群”，添加右侧微信即可入群交流啦！
关于我们
读完有所收获，请点击“关注”、“分享”、“在看”、“点赞”图标，支持下创化的内容创作，让我们为更多的科研工作者、科室专家朋友们分享前沿热点资讯~
分享、在看、点赞
快来戳我看看吧
