基于新型糖敏感材料的生物微囊模拟生理胰岛素分泌模式与释放行为研究

目前临床上胰岛素治疗糖尿病须频繁监测血糖以及时调整给药剂量，但仍很难完全模拟正常人体胰岛素的分泌，势必影响糖尿病的整体治疗效果。我们在前期工作中已制备出一种负载胰岛素的糖敏感微囊，实现了胰岛素的自调式释放。本研究计划进一步优化合成工艺，筛选一种具有良好生物相容性且有效满足人体葡萄糖变化阈值的糖敏感材料，在此基础上构筑一种圈养分泌胰岛素的β-TC3细胞的糖敏感生物微囊。预期研究结果不仅有望实现源源不断地分泌胰岛素，而且能够及时有效响应外界葡萄糖变化的刺激而释放胰岛素，模拟生理性胰岛素的分泌模式与释放行为，对平稳控制血糖，延缓糖尿病慢性并发症具有积极意义，实现真正意义上的糖尿病生物治疗。

随着人们生活水平逐步提高，糖尿病已成为严重威胁人类健康的疾病，且有年轻化和扩大化趋势。胰岛素作为一种蛋白质类药物，由于对酸、碱、热和酶等因素敏感，口服或其它非注射途径给药后生物利用度明显降低。目前胰岛素治疗糖尿病的有效方案为频繁监测血糖并根据结果调整剂量进行皮下注射，给患者带来诸多痛苦和不便，且该疗法并不能提供一种生理性胰岛素分泌与释放模式，更不能有效延缓心脑血管疾病、肾病、眼底病变等糖尿病慢性并发症进程。因此，临床治疗迫切需要研究一种能够感应体内血糖浓度变化，并能有效模拟生理性胰岛素分泌与释放的供给装置。本研究设计并合成一系列基于苯硼酸的葡萄糖敏感的含糖共聚物：聚（3-丙烯酰胺基苯硼酸-b-2-葡萄糖酰胺基乙基甲基丙烯酸酯）、聚（2-葡萄糖酰胺基乙基甲基丙烯酸酯-r-3-丙烯酰胺基苯硼酸）、聚（2-乳糖酰胺基乙基甲基丙烯酸酯-r-3-丙烯酸氨基苯硼酸），并进一步优化筛选，利用苯硼酸基团与糖分子中羟基相互作用后带负电荷的特性，通过海藻酸和改性壳聚糖层层自组装制备出圈养分泌胰岛素的β-TC3细胞的糖敏感生物微囊，创新之处在于该微囊能满足机体内环境血糖刺激的响应性，实现模拟生理性胰岛素分泌模式与释放行为；且微囊膜强度与膜厚成正比，与体积膨胀率成反比，具有良好的渗透性和机械稳定性，对β-TC3具有良好生物相容性，细胞相对增殖率均在80%以上。生物微囊体外胰岛素释放结果显示，血糖浓度在5.0mmol/L时，胰岛素保持基础性释放；>5.5mmol/L时，释放率显著提高；达到17mmol/L时胰岛素释放达到极限；当血糖低于1.7mmol/L-2.5mmol/L，则胰岛素释放完全停止；血糖水平与胰岛素分泌与释放之间相互制约，维持血糖和胰岛素水平的稳态。动物实验研究结果表明，生物微囊能明显降低糖尿病大鼠血糖并维持血糖稳定，有效提高胰岛素生物利用度；组织切片激光共聚焦照片显示，生物微囊能进入粘膜细胞内，进而到达粘膜下层；免疫组化实验证实微囊对粘膜组织没有任何刺激。本项目制备的智能化生物微囊实现了高分子材料葡萄糖刺激响应性和微囊内细胞生存环境高度仿真性，不仅能够源源不断分泌胰岛素，且能及时有效响应外界葡萄糖浓度变化的刺激而释放胰岛素，模拟胰岛素生理性分泌模式与释放行为，实现对胰岛素自调式释放，对于控制并维持血糖稳定、延缓糖尿病慢性并发症进程具有积极意义，为糖尿病的生物治疗提供有力证据。