可注射的“智能海绵”有望控制药物输送

研究人员已经开发出一种用于糖尿病治疗的药物输送技术，这种技术中，一种类似海绵的物质包围着胰岛素核心。这种海绵会随着血糖水平的变化而膨胀和收缩，并在需要时释放胰岛素。这项技术也可以用于靶向药物输送到癌细胞。

“我们想模仿健康细胞的功能,产生胰岛素和控制其释放在一个健康的身体,“甄顾博士说,一篇论文的第一作者描述工作和助理教授联合北卡罗莱纳州立大学生物医学工程项目和北卡罗莱纳大学教堂山分校。“但我们的发现也为针对癌症或其他疾病的智能药物输送提供了希望。”该研究团队包括资深作者、化学工程副教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所(Koch Institute for Integrative Cancer research)成员丹尼尔·安德森(Daniel Anderson)，以及波士顿儿童医院麻醉科的研究人员。

研究人员用壳聚糖制造了一种球形海绵样的基质，壳聚糖是在虾和蟹壳中发现的一种材料。分散在这个基质中的是由含有葡萄糖氧化酶或过氧化氢酶的多孔聚合物制成的更小的纳米胶囊。海绵状基质包围着含有胰岛素的储存器。整个基质球直径约为250微米，可以注射到患者体内。

当糖尿病患者的血糖升高时，葡萄糖会引发一种反应，使纳米胶囊中的酶释放氢离子。这些离子结合在壳聚糖海绵的分子链上，使它们带正电荷。带正电荷的壳聚糖链会相互推开，在海绵的毛孔中形成更大的缝隙，让胰岛素得以逃逸到血液中。对于1型和2型糖尿病晚期患者，身体需要注射胰岛素，这是一种将葡萄糖(或血糖)从血液输送到身体细胞的激素。

随着胰岛素的释放，身体的葡萄糖水平开始下降。这使得壳聚糖失去了它的正电荷，而这些链开始重新聚在一起。这就缩小了海绵中毛孔的大小，将剩余的胰岛素困住。

虽然这项工作是通过使用对葡萄糖有反应的酶来产生氢离子，但这项技术可以通过完全消除酶来简化为针对癌症的技术。肿瘤是酸性环境，有高浓度的氢离子。如果海绵储层内充满抗癌药物，壳聚糖与肿瘤组织或癌细胞内的氢离子接触时，药物就会释放出来。

“我们还可以根据需要调整整个‘海绵’基质的大小，小到100纳米，”顾说。“而且壳聚糖本身可以被人体吸收，所以不会对健康产生长期影响。”

在使用糖尿病实验室小鼠的试验中，研究人员发现海绵基质能够有效降低血糖长达48小时。然而，研究人员发表了一篇论文独立的“智能系统”胰岛素输送在5月份，他们的血糖水平维持了10天。

“但我们从这个有前途的‘海绵’研究中学到了很多，并将进一步优化它。”与此同时，我们已经在探索抗癌的应用，”顾说。

纸”,葡萄糖响应微凝胶与酶纳米胶囊集成用于闭环胰岛素传递的文章发表在《纽约时报》的网络版上ACS Nano．这项研究得到了Leona M.和Harry B. Helmsley慈善信托基金会的资助，以及来自Tayebati家族基金会的一份礼物的支持。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

葡萄糖反应微凝胶与酶纳米胶囊结合用于闭环胰岛素传递

作者北卡罗莱纳州立大学和北卡罗莱纳大学教堂山分校;麻省理工学院和波士顿儿童医院的dan T. Tang、Benjamin C. Tang、董宜洲、张云龙、Daniel G. Anderson;Hao Cheng和Shan Jiang，麻省理工学院

发表: 7月8日,ACS Nano

DOI: 10.1021 / nn401617u

文摘:葡萄糖反应闭环胰岛素输送系统是1型糖尿病的理想治疗方案。在这项研究中，我们开发了均匀可注射的微凝胶控制胰岛素的葡萄糖反应释放。单分散微凝胶(256 +/= 18 ?m)由ph响应型壳聚糖基质、酶纳米胶囊和重组人胰岛素组成，通过一步电喷雾法制备。葡萄糖特异性酶被共价包被到纳米胶囊中，通过保护变性和免疫原性来提高酶的稳定性，并最大限度地减少从基质扩散造成的损失。由于酶促葡萄糖转化为葡萄糖酸和壳聚糖网络的质子化作用，微凝胶系统在高血糖条件下膨胀。作为一种自我调节阀系统，微凝胶在正常血糖条件下以基础释放率释放胰岛素，在高血糖条件下以较高释放率释放胰岛素。最后，我们证明了这些带有酶纳米胶囊的微凝胶能够促进胰岛素的释放，并降低1型糖尿病小鼠模型的血糖水平。