克服胰岛素口服吸收多重屏障的新型纳米给药系统研究

Oral delivery of insulin has always been a research highlight in the field of pharmaceutics. The key issue is to improve the bioavailability of orally delivered insulin by overcoming the multiple barriers to absorption of insulin simultaneously. Based on our previous research, the “4Ps rules” is proposed by us to guide the design of nano-carriers suitable for oral delivery of insulin, including “protection from proteolysis”, “penetration through mucus layer”, “permeation through intestinal epithelial layer” and “programmed release from delivery system”. A novel nano-carrier complying the “4Ps rules” is established by us as insulin-protamine-borneol-loaded lipid calcium phosphate nanoparticle with a densely PEGylated surface. By highly-densed PEGylation of the nano-carrier’s surface, enhanced protection of insulin from proteolysis and rapid penetration of the nano-carrier through mucus layer are realized. The boreneol co-encapsulated with insulin molecules by the nano-carrier could facilitate the permeation of the nano-carrier through intestinal epithelia. Moreover, a complex is formed between insulin and protamine in the nano-carrier to postpone the release of insulin until absorption of the nano-carrier. The enhancement of the nano-carrier on oral absorption of insulin is to be evaluated and the mechanism elucidated. The results of the research will provide a promising new platform for oral delivery of proteins and peptides.

胰岛素的口服给药一直是药剂学领域的研究热点。其核心问题是同时克服胰岛素吸收的多重屏障，提高胰岛素的口服生物利用度。在前期研究的基础上，针对多重吸收屏障，本项目提出了胰岛素口服给药系统设计的“4P原则”，形象地描述为“活得好”、“钻得深”、“穿得过”和“放得出”。依据“4P原则”，本项目构建了一种新型胰岛素口服纳米给药系统——载胰岛素-鱼精蛋白-冰片的高密度PEG修饰脂质磷酸钙纳米粒。通过高密度 PEG 修饰提高纳米给药系统在胃肠道的稳定性和穿透肠道黏液层的能力，实现“活得好”和“钻得深”；通过将冰片与胰岛素共载药，提高纳米给药系统穿透肠上皮细胞层的能力，实现“穿得过”；通过鱼精蛋白与胰岛素形成复合物既控制胰岛素的释放，又不影响胰岛素药效的发挥，实现“放得出”。本项目对该纳米给药系统跨越多重吸收屏障的能力进行评价，阐明其促进胰岛素吸收的机制，研究结果可望为蛋白多肽药物的口服给药提供新的思路。

胰岛素等蛋白质药物的口服给药具有方便、安全性高、患者顺应性好的优点。但是，由于胃肠道中多重吸收屏障的存在，胰岛素的口服生物利用度极低。纳米载药系统在克服口服吸收多重屏障，提高所包载药物的口服生物利用度方面具有独特的优势。本项目使用生物安全性好的PLGA高分子材料用于制备胰岛素口服纳米载药系统，在PLGA纳米粒表面同时修饰PEG和冰片（BO），以提高纳米载体穿透多重吸收屏障的能力。表面高密度PEG修饰有利于PLGA纳米粒克服胰岛素口服吸收的酶屏障和黏液层屏障，却同时降低了穿透肠上皮细胞层的能力。在PEG修饰的同时对PLGA纳米粒进行BO修饰能够显著促进其穿透肠上皮细胞层，且促进作用显著强于将PLGA-PEG纳米粒与冰片物理混合的策略。BO和PEG双修饰的PLGA纳米粒（PLGA-PEG-BO NPs）能够显著抑制肠上皮细胞中P糖蛋白介导的外排，表现出与PLGA-PEG纳米粒不同的胞内转运途径，并可通过打开细胞间紧密连接促进胰岛素的细胞旁路转运。随着PLGA-PEG-BO NPs表面的BO密度增加，其穿透肠上皮细胞层屏障的能力逐渐增强。当BO密度达到15%时，PLGA-PEG-BO NPs促进胰岛素穿透Caco-2细胞单层的能力提高至PLGA-PEG纳米粒的1.7倍左右。然而，随着PLGA-PEG-BO NPs表面的BO密度增加，其表面疏水性增大，克服酶屏障和黏液层屏障的能力逐渐减弱。当PEG修饰密度为90%、BO密度为10%时，PLGA-PEG-BO NPs促进胰岛素穿透Caco-2/HT29-MTX细胞共培养单层的能力最强，表明该修饰比例的纳米粒穿透黏液层和肠上皮细胞层的综合能力最强。将该修饰比例的载胰岛素纳米粒灌胃给予糖尿病大鼠，表现出明显的降血糖效果，其相对胰岛素溶液皮下注射的药理利用度达到了6.22 ± 2.30%，是载胰岛素PLGA-PEG 纳米粒的2倍。而与相同剂量的冰片物理混合后灌胃未显著提高载胰岛素PLGA-PEG 纳米粒的降血糖效果。本项目结果表明，将吸收促进剂修饰至口服纳米载体表面是促吸收的有效策略，在设计多种修饰方式并存的口服纳米载体时，需要对修饰比例进行优化，才能更有效地满足“4P原则”，克服蛋白药物的多重吸收屏障，提高口服递送效率。