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苯硼酸对糖类物质具有识别作用,通常作为糖敏感的组分用于糖的检测、传感器等。对苯硼酸的糖敏感性能的研究已有多年,然而用于构建控制糖尿病患者血糖水平的胰岛素释放体系受到两方面条件的限制,一是胰岛素在疏水性材料中不易被负载和保持活性,二是苯硼酸对细胞具有毒性,目前尚未见报道对苯硼酸聚合物的生物相容性进行改善。为了建立一种生物相容性良好的依糖释放胰岛素的糖敏感给药载体,本文用自由基引发3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)和马来酰亚胺基葡萄糖(MAGA)共聚得到两亲性的含糖共聚物。糖类作为生物体的基本组成物质之一,具有良好的细胞亲和性,在苯硼酸聚合物中引入含糖单体有望提高聚合物的生物相容性。此外,含糖单体可作为极性成分,和疏水的苯硼酸形成两亲性材料,具有自组装行为。糖敏感的两亲性材料负载胰岛素后,在含糖介质中受葡萄糖的刺激而释放胰岛素。
一、纳米粒子的制备和胰岛素的负载。
采用自由基溶液聚合,将糖敏感性的AAPBA和生物相容性的MAGA进行共聚,得到两亲性的无规含糖共聚物。然后通过纳米沉淀法可得到分布均一的纳米粒子溶液。胰岛素作为药物模型,可通过氢键及范德华作用力被负载到纳米粒子中,载药量约10%。
二、纳米粒子的表征。
1.形态和粒径。
透射电镜和光散射结果显示,纳米粒子成规整的球形结构,分布均一(粒径分散指数介于0.112-0.128之间),粒径范围在120-200nm之间。
2.糖敏感性。
透射电镜显示,纳米粒子经过葡萄糖的作用后,形态由规整的球形变成中间紧密外围疏松的形态。同时通过光散射监测纳米粒子在含糖介质中的粒径变化:纳米粒子的粒径随着葡萄糖浓度的增大而增大;在无糖和含糖的交替介质中,纳米粒子的粒径可逆的膨胀和变化,糖敏感性具有可逆性。
3.载药纳米粒子的体外释放行为。
载药纳米粒子在含糖介质中具有依糖释放特性,在前2h发生突释,胰岛素突释量以及最后的释放总量随着葡萄糖的浓度增加而增大。释放的快慢也根据含糖聚合物的组成不同而改变。释放结果显示,纳米粒子在含1-3mg/mL的葡萄糖介质中具有较好的响应性,接近糖尿病患者的异常血糖水平。
三、释药机理的初步探讨。
所合成的两亲性含糖共聚物是一种无规共聚物,然而通过自组装可形成分布均一的纳米粒子。自组装的形成一方面是亲水-疏水相互作用所致,另一方面也是因为分子内AAPBA和MAGA有较弱的结合作用所致。释药行为同样受到这两个因素影响:
(1)疏水的苯硼酸和葡萄糖结合后转变成亲水的,使得亲水-疏水相互作用减小。
(2)自由的葡萄糖分子与MAGA竞争结合AAPBA,使得分子内MAGA与AAPBA的弱结合解离。
四、生物相容性。
细胞毒性实验显示含糖共聚物具有良好的细胞增殖能力,能使细胞相对增殖率在98-145%之间,并且随MAGA组分的增加而增大。圆二色实验表明含糖聚合物纳米粒子能保持所负载的胰岛素的活性。
综上所述,该糖敏感性含糖共聚物纳米粒子有望作为胰岛素的智能给药载体。本文设计的两亲性含糖共聚物具有以下创新:
(1)通过简单而廉价的方法制备得到两亲性含糖共聚物,虽为无规结构,但是通过自组装可形成分布均一的纳米粒子;自组装负载胰岛素的条件温和,能保持胰岛素的活性;
(2)含糖共聚物具有可逆的糖敏感性,依糖释放所负载的胰岛素,可作为胰岛素自我调节释放的载体基质;
(3)通过含糖单体的引入改善了苯硼酸聚合物的生物相容性,为糖尿病患者的治疗提供了一个相对安全的途径。