基于透明質(zhì)酸微針的胰島素智能給藥系統(tǒng)，用于糖尿病治療

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全球約有5.37億成年糖尿病患者，并有超過670萬(wàn)人死于糖尿病，且預(yù)計(jì)到2045年，全球糖尿病患者數(shù)量將達(dá)到7億。目前治療糖尿病的手段主要有兩種：人工注射胰島素和口服降糖藥?？诜堤撬幦菀鬃尰颊弋a(chǎn)生依賴性，從而使得藥物的有效性和安全性較低；但是，直接注射胰島素則容易出現(xiàn)低血糖和體重增加等問題，并且一天多次的注射過程會(huì)讓患者飽受痛苦，從而導(dǎo)致患者的依從性不高。為了減少頻繁注射以及達(dá)到更好的血糖控制效果，無(wú)創(chuàng)給藥以及智能釋放的方式受到了廣泛關(guān)注。

近年來(lái)，微針（MN）貼片這種無(wú)痛的給藥方式已經(jīng)在美容領(lǐng)域得到應(yīng)用。微針貼片由數(shù)十到數(shù)百根長(zhǎng)度為數(shù)百微米的細(xì)針陣列組成，透皮時(shí)幾乎沒有痛覺，也不會(huì)留下明顯創(chuàng)口，是一種理想的透皮給藥方式。微針可以分為實(shí)心微針、涂層微針、空心微針、水凝膠微針和可溶性微針等?？扇苄晕⑨樢?yàn)橹苽溥^程相對(duì)簡(jiǎn)單、載藥量高、材料來(lái)源廣、生物相容性好等優(yōu)勢(shì)在透皮給藥方面具有良好的研究潛力，其中的藥物被集成到微針的針體內(nèi)，并隨著微針的溶解而釋放，藥物利用率高，且不產(chǎn)生醫(yī)療廢物。然而，如果僅僅是將胰島素集成到可溶性微針上，雖也能提高糖尿病患者的用藥舒適性，卻無(wú)法避免低血糖風(fēng)險(xiǎn)和頻繁給藥的麻煩。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來(lái)自暨南大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)制備了一種基于透明質(zhì)酸的可溶性微針，并通過負(fù)載礦化胰島素（m-INS）和礦化葡萄糖氧化酶（m-GOx）進(jìn)一步構(gòu)建了一個(gè)智能給藥系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)血糖濃度信號(hào)的自主識(shí)別，并控制胰島素的釋放行為，以維持血糖正常，并最終實(shí)現(xiàn)糖尿病的有效治療，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果以“透明質(zhì)酸微針經(jīng)皮遞送胰島素智能給藥系統(tǒng)用于糖尿病治療”為題發(fā)表在《生物工程學(xué)報(bào)》期刊上。

載藥微針的制備

該研究制備的透明質(zhì)酸（HA）微針陣列的體視顯微鏡照片和電子顯微鏡照片分別如圖1A和1B所示，微針針體飽滿、形狀均一，針體高約730 μm、底寬約356 μm，針尖直徑約30 μm。隨后，研究人員用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)透明微針的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果顯示，每根微針能承受約0.33 N的力，與合成的聚合物微針機(jī)械強(qiáng)度相當(dāng)，足夠刺穿皮膚。隨后，研究人員利用礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶，制備獲得了載藥透明質(zhì)酸微針貼片。萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的檢測(cè)結(jié)果顯示，載藥微針的機(jī)械強(qiáng)度提高到了0.43 N/針。接著，研究人員分別用FITC和Cy5對(duì)胰島素和葡萄糖氧化酶進(jìn)行了標(biāo)記，并隨后按照同樣步驟制備獲得了載藥透明質(zhì)酸微針。將獲得的載藥微針在倒置熒光顯微鏡下進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖1C-1E所示，微針針體飽滿、形態(tài)規(guī)則，在488 nm激發(fā)波長(zhǎng)下能看到強(qiáng)烈的綠色熒光，而在546 nm激發(fā)波長(zhǎng)下能看到強(qiáng)烈的紅色熒光，表明FITC-礦化胰島素和Cy5-礦化葡萄糖氧化酶在微針中分布均勻。

圖1 微針顯微照片：（A）體式顯微鏡下的透明質(zhì)酸（HA）微針；（B）掃描電子顯微鏡下的透明質(zhì)酸（HA）微針；（C-E）同時(shí)負(fù)載FITC-礦化胰島素（m-INS）和Cy5-礦化葡萄糖氧化酶（m-GOx）的透明質(zhì)酸（HA）微針

載藥透明質(zhì)酸微針的血糖調(diào)控能力

隨后，為了評(píng)價(jià)載藥透明質(zhì)酸微針對(duì)血糖的調(diào)控能力，研究人員選用4 ~ 6周齡雄性SD大鼠，并按照55 mg/kg的量經(jīng)腹腔注射鏈脲佐菌素（STZ）以建立1型糖尿病大鼠模型。研究結(jié)果顯示，注射后大鼠的血糖持續(xù)升高，10 d后平均血糖穩(wěn)定在21.7 mmol/L左右，明顯高于3.9 mmol/L ~ 6.1 mmol/L的正常范圍，證明成功構(gòu)建了1型糖尿病SD大鼠模型。

接著，研究人員將糖尿病大鼠隨機(jī)分為4組，每組3只，并分別將空白透明質(zhì)酸微針、負(fù)載胰島素的微針、負(fù)載礦化胰島素的微針以及同時(shí)負(fù)載礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶的微針貼在大鼠皮膚表面。如圖2C所示，空白透明質(zhì)酸微針組和負(fù)載礦化胰島素的微針組的大鼠血糖濃度幾乎不變，而負(fù)載胰島素的微針組以及同時(shí)負(fù)載礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶的微針組的大鼠血糖均在1 h內(nèi)下降到了6 mmol/L ~7 mmol/L。此外，負(fù)載胰島素的微針組在給藥6 h后大鼠的血糖水平恢復(fù)到了19.3 mmol/L；而同時(shí)負(fù)載礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶的微針組在給藥10 h后大鼠血糖仍維持在較低的11.3 mmol/L，且在36 h內(nèi)大鼠的血糖濃度均低于對(duì)照組（空白透明質(zhì)酸微針組），說明相對(duì)于單純的胰島素給藥來(lái)說，同時(shí)負(fù)載礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶的胰島素智能給藥系統(tǒng)降糖藥效更持久，藥物利用率更高。

圖2 微針給藥動(dòng)物實(shí)驗(yàn)：（A）微針給藥時(shí)的糖尿病大鼠照片；（B）微針給藥36 h后的糖尿病大鼠照片；（C）負(fù)載不同藥物成分的微針降糖效果

同時(shí)負(fù)載礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶的微針給藥后糖尿病大鼠的葡萄糖耐受性

將負(fù)載胰島素的微針以及同時(shí)負(fù)載礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶的微針分別作用于3只糖尿病大鼠，1 h后待大鼠血糖接近正常范圍后，再腹腔注射1.5 g/kg的葡萄糖溶液，健康組的3只大鼠則直接注射葡萄糖溶液。由圖3A可以看出，注射葡萄糖后大鼠血糖均出現(xiàn)升高，其中健康組大鼠血糖在20 min達(dá)到14.0 mmol/L的峰值后快速下降，在150 min時(shí)恢復(fù)到了正常水平，而同時(shí)負(fù)載礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶的微針組的大鼠血糖在40 min時(shí)達(dá)到16.3 mmol/L的峰值，然后緩慢下降并在150 min后維持在較低水平的11.1 mmol/L左右，而負(fù)載胰島素的微針組的大鼠血糖升高后則一直維持在較高的水平。此外，葡萄糖耐受實(shí)驗(yàn)在0 ~ 150 min的血糖濃度曲線下面積積分結(jié)果表明，相對(duì)于負(fù)載胰島素的微針組，健康組和同時(shí)負(fù)載礦化胰島素和礦化葡萄糖氧化酶的微針組的葡萄糖耐受性明顯更強(qiáng)。

圖3 大鼠腹腔內(nèi)葡萄糖耐受實(shí)驗(yàn)：（A）血糖濃度變化曲線；（B）葡萄糖耐受實(shí)驗(yàn)的曲線下面積

綜上所述，基于載藥可溶性透明質(zhì)酸微針構(gòu)建的具有血糖響應(yīng)性的胰島素智能給藥系統(tǒng)具有良好的血糖濃度識(shí)別能力和胰島素響應(yīng)釋放能力，能有效將胰島素遞送到大鼠皮下，從而安全、有效地降低糖尿病大鼠的血糖濃度，提高其葡萄糖耐受能力，不至于引發(fā)低血糖風(fēng)險(xiǎn)，具有替代胰島素注射給藥方式應(yīng)用于糖尿病治療的潛力。

審核編輯：劉清