仿生型多糖衍生物口服递送胰岛素及其机制的研究

本课题针对胰岛素的口服吸收难题，借鉴穿膜肽的穿膜原理，在前期研究的基础上，以壳聚糖为模型多糖，设计和合成系列仿穿膜肽型的壳聚糖衍生物，从中筛选出安全、高效的胰岛素口服吸收促进剂，研究其促吸收机制；同时探索此仿生型多糖衍生物的空间构象及其与胰岛素的相互作用；并以其为基础构建胰岛素口服制剂及其质量评价体系，系统研究仿生型胰岛素口服递送制剂的生物利用度，为最终实现胰岛素的口服给药提供理论与实践基础，同时也为其它蛋白多肽类药物的口服吸收提供理论基础。本课题不仅具有原始创新性，而且无论在理论上还是实践上，均具有重要的研究价值，如能取得预期效果，经过良好设计的基础研究后，这一课题的研究成果应用于临床的时间不会太久，前景非常广阔。

本课题针对胰岛素的口服吸收难题，借鉴穿膜肽的穿膜原理，以壳聚糖为模型多糖，设计和合成系列仿穿膜肽型的壳聚糖衍生物（Mimic chitosan derivants，MCDs），从中筛选出了系列安全、有效的胰岛素口服吸收促进剂——N-精氨酸-壳聚糖（N-Arginine chitosan，ACS）、N-组氨酸-壳聚糖（N-Histidine chitosan，HCS）和N-辛基- N-精氨酸-壳聚糖（N-octyl-N-Arginine chitosan，OACS)。采用分子模拟软件Discovery studio探索此仿生型多糖衍生物的空间构象及其与胰岛素的相互作用，模拟结果表明MCDs与胰岛素之间可以以氢键、范得华力以及静电等作用结合，与壳聚糖相比，其结合部位增多，位垒降低，△G＜0说明其相互作用为自发进行。同时采用简单的自组装方法优化并并构建了胰岛素-聚电解质复合纳米粒（polyelectrolyte nanocomplexes，PECs)—ACS-insulin-PNCs和HCS-insulin-PNCs，以及聚合物胶束（polymeric micelles，PMs）—OACS-insulin-PMs两大口服制剂给药系统及其质量评价体系。体外抗酶解的实验表明，MCDs包裹后，胰岛素对抗胃蛋白酶和胰酶的作用均增强，而对抗胰酶的效果更佳。采用HepG2和Caco-2细胞系统研究了聚合物材料的毒性以及促进胰岛素细胞摄取的能力（与胰岛素溶液相比，其促进Caco-2和HepG2细胞摄取的能力大大增强，提示此载药系统可能在静脉注射给药系统和靶向给药系统中有较好的应用前景），同时从细胞水平上证明系列MCDs的促吸收作用可能为打开细胞紧密结和促进细胞胞饮共同作用的结果。最后采用糖尿病大鼠口服两大给药系统后的降血糖实验，计算系列胰岛素口服递送制剂的生物利用度（PA%），验证其体内的实际效果。实验结果表明系列MCDs制剂口服后，其PA%值为4.3~16.8%。本项目的研究结果表明结合仿生型原理制备而成的系列仿穿膜肽性壳聚糖衍生物不仅具有较高的载药功能，还具有良好的促吸收作用，并可以采用简单的方法制备得到的胰岛素纳米制剂，不加任何辅料口服后即可取得良好的降血糖效果，为最终实现胰岛素的口服给药提供理论与实践基础，同时也为其它蛋白多肽类药物的口服吸收提供理论依据。