一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可注射水凝膠的制備方法及應用技術

本發明專利技術涉及一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可注射水凝膠的制備與應用，選擇具有良好生物相容性、生物降解性和抑菌性的殼聚糖衍生物為基礎高分子，利用亞胺鍵和苯硼酸酯兩種動態鍵制備pH/葡萄糖雙敏感可注射水凝膠，同時將葡萄糖氧化酶等生物活性分子通過二硫鍵等動態鍵引入到凝膠基質中，構筑雙重葡萄糖響應體系。利用苯硼酸和葡萄糖氧化酶兩種葡萄糖響應因素同時感應外界環境中的葡萄糖濃度變化，分別引起體系中亞胺鍵和苯硼酸酯的可逆反應，使水凝膠的雙交聯網絡結構發生較大改變并釋放出藥物，通過雙感應元(葡萄糖氧化酶和苯硼酸基)和雙接受元(亞胺和苯硼酸酯)實現其對葡萄糖濃度變化的高靈敏度和快速響應。

【技術實現步驟摘要】


本專利技術屬于生物醫藥
，具體涉及一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可注射水凝膠的制備方法，本專利技術還涉及將該水凝膠作為藥物載體的應用。

技術介紹

糖尿病已經成為社會健康問題之一，嚴重威脅著人類的健康。預計到2030年，全世界糖尿病患者數量將從2000年的1.71億上升至3.66億，成為本世紀最重要的健康問題之一。目前，糖尿病的主要治療方法是胰島素注射。多次注射胰島素的確可以維持基礎的胰島素水平，但這種治療方式給患者帶來了很大的負擔，包括注射時的痛楚，注射后短時間內的低血糖效應，飲食的節制以及無止盡的醫院之行等。應糖尿病治療的需要，胰島素自我調節給藥體系成為近幾年的研究熱點，其中生物降解高分子體系，尤其是生物降解“智能”水凝膠，在藥物控制釋放領域具有十分重要的意義，引起了研究者們極大的關注。血糖濃度是臨床上檢測和治療糖尿病的唯一標準，因此葡萄糖響應性體系在發展胰島素自我調節給藥系統方面十分有用，為構筑人造胰腺提供了可能，在糖尿病的治療方面具有十分重要的應用前景。
胰島素釋放需要根據血液環境中葡萄糖濃度的改變，在正確的時間釋放出正確的劑量，對凝膠載體的響應靈敏度和響應速度提出了更高的要求，即能夠響應環境葡萄糖濃度的微小變化從而快速的引起較大物理化學性質、降解、溶液-凝膠轉變或形狀變化并釋放出藥物。葡萄糖響應體系主要有三大類，包括葡萄糖氧化酶(GOx)、凝集素和苯硼酸基體系[Macromol.Biosci，2009；9(9)：864-868；Biomacromolecules，2009；10(6)：1337-1345；Biomacromolecules，2009；10(5)：1212-1216.]。葡萄糖氧化酶和凝集素為蛋白類化合物，對環境要求比較苛刻，外界環境的變化可能會導致其失活，而苯硼酸及其衍生物在于對其分子結構的設計，使之具有較低的葡萄糖響應pKa值。目前關于葡萄糖響應性體系的構筑主要采用三大響應因素中的一個，而將其中兩個或兩個以上因素結合到一起，構筑葡萄糖響應性體系的研究還未見報道，且研究主要集中在載藥體系的制備及其響應方式上，即如何保持蛋白等物質的活性和對苯硼酸衍生物分子結構的設計上，而對于如何提高體系響應靈敏度和響應速度的研究卻很少。
在前期研究中，我們利用苯甲酰亞胺鍵構筑了pH/溫度雙敏感的可注射殼聚糖基質水凝膠，該水凝膠可用于抗腫瘤藥物和胰島素的長效可控釋放，取得了較好的腫瘤治療效果，并能使STZ高血糖大鼠的血糖濃度在一周內維持較低水平；苯硼酸改性殼聚糖具有雙親性，能與多羥基化合物交聯形成水凝膠，在生理pH下能夠響應環境中葡萄糖濃度變化并釋放出藥物，且通過改變高分子的接枝率能夠調節其葡萄糖響應性。初步研究表明，將亞胺鍵和苯硼酸酯二者結合起來不影響其各自的葡萄糖響應性，這為設計高靈敏、快響應的凝膠體系提供了基礎和新思路，即利用亞胺鍵和苯硼酸酯兩種動態鍵制備pH/葡萄糖雙敏感可注射水凝膠，同時將葡萄糖氧化酶等生物活性分子通過二硫鍵等動態鍵引入到凝膠基質中，構筑雙重葡萄糖響應體系。

技術實現思路

針對現有技術中的不足，結合前期工作的基礎，本專利技術的目的之一是提供一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可注射水凝膠的制備方法，目的之二是提供該水凝膠在醫藥領域中的應用。
本專利技術的目的之一通過以下技術方案實現：
一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可注射水凝膠的制備，包括以下步驟：
(1)將殼聚糖(簡稱CS)與3-羧基苯硼酸(簡稱PBA)反應，生成苯硼酸改性殼聚糖(簡稱CSPBA)；
(2)將步驟(1)中制備的苯硼酸改性殼聚糖(簡稱CSPBA)與葡萄糖氧化酶(簡稱GOx)通過二硫鍵相連，生成CSPBA-GOx；
(3)將多聚糖通過氧化反應引入醛基官能團，生成氧化多聚糖；
(4)將CSPBA-GOx與高分子交聯劑反應，通過苯硼酸酯和亞胺鍵交聯形成水凝膠。
進一步的，所述步驟(1)中，苯硼酸改性殼聚糖具有以下結構：
其中，上述結構式中的R為H或CH2OH；R’為-NHC＝O或R”為甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、鹵素、羥基、羥甲基、酯基中的一種；n＝9～200；
所述步驟(2)中，CSPBA-GOx具有以下結構：
其中，上述結構式中的R為H或CH2OH；R’為-NHC＝O或R”為甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、鹵素、羥基、羥甲基、酯基中的一種。
進一步的，所述步驟(4)中的高分子交聯劑為I/II組合、I/III組合、IIII、V中的一種或幾種，其中，I、II、III、IIII、V具有以下結構式，
I：
II：
III：
IIII：
V：
其中，上述結構式中的R為酯基或酰胺基或醚基，R’為H或CH2OH；n＝9～150，m＝9～150，x＝10～500，y＝10～600。
進一步的，所述步驟(4)中形成水凝膠的溫度為4℃～40℃，形成水凝膠的時間為1s～1h，形成水凝膠時溶液的pH值為3～10；pH值可用磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖液、巴比妥納-鹽酸、Tris-HCl緩沖液、硼酸-硼砂緩沖液、甘氨酸-氫氧化鈉緩沖液、硼砂-氫氧化納緩沖液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液、鹽酸、氫氧化鈉中的至少一種進行調節。
進一步的，該水凝膠采用了苯硼酸和葡萄糖氧化酶兩種葡萄糖響應因素來構筑水凝膠，同時感應外界環境中的葡萄糖濃度變化，分別引起體系中亞胺鍵和苯硼酸酯的可逆反應，使水凝膠的雙交聯網絡結構發生改變并釋放出藥物，通過雙感應元(葡萄糖氧化酶和苯硼酸基)和雙接受元(亞胺和苯硼酸酯)實現其對葡萄糖濃度變化的高靈敏度和快速響應。
本專利技術利用亞胺鍵和苯硼酸酯兩種動態鍵制備pH/葡萄糖雙敏感可注射水凝膠，同時將葡萄糖氧化酶等生物活性分子通過二硫鍵等動態鍵引入到凝膠基質中，構筑雙重葡萄糖響應體系，利用苯硼酸和葡萄糖氧化酶兩種葡萄糖響應因素同時感應外界環境中的葡萄糖濃度變化，分別引起體系中亞胺鍵和苯硼酸酯的可逆反應，使水凝膠的雙交聯網絡結構發生較大改變并釋放出藥物，通過雙感應元(葡萄糖氧化酶和苯硼酸基)和雙接受元(亞胺和苯硼酸酯)實現其對葡萄糖濃度變化的高靈敏度和快速響應。
本專利技術的目的之二通過以下技術方案實現：
一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可注射水凝膠在生物醫學領域中的應用，將藥物溶液和/或細胞分散液加入到CSPBA-GOx溶液中，將制備的水凝膠作為藥物或細胞載體。
進一步的，將所述的水凝膠可以作為糖尿病藥物載體，可用于負載抗糖尿病藥物如胰島素等，以形成載藥水凝膠，并依靠雙感應元(葡萄糖氧化酶和苯硼酸基)和雙接受元(亞胺和苯硼酸酯)實現其對葡萄糖濃度變化的高靈敏度和快速響應，可以作為糖尿病治療藥物(如胰島素)的自我調節藥物釋放載體。
本專利技術所述的水凝膠也可以作為細胞載體，可同時負載藥物和細胞，形成水凝膠/細胞/藥物復合體，從組織修復和藥物治療兩個層面對糖尿病足病患者進行醫治。
與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
1、本專利技術以具有良好生物相容性、生物降解性和抑菌性的殼聚糖衍生物為基礎高分子，利用亞胺鍵和苯硼酸酯兩種動態鍵制備pH/葡萄糖雙敏感可注射水凝膠，同時將葡萄糖氧化酶本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可注射水凝膠的制備，其特征在于，包括以下步驟：(1)將殼聚糖與3?羧基苯硼酸反應，生成苯硼酸改性殼聚糖；(2)將步驟(1)中制備的苯硼酸改性殼聚糖與葡萄糖氧化酶通過二硫鍵相連，生成CSPBA?GOx；(3)將多聚糖通過氧化反應引入醛基官能團，生成氧化多聚糖；(4)將CSPBA?GOx與高分子交聯劑反應，通過苯硼酸酯和亞胺鍵交聯形成水凝膠。

【技術特征摘要】
1.一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可注射水凝膠的制備，其特征
在于，包括以下步驟：
(1)將殼聚糖與3-羧基苯硼酸反應，生成苯硼酸改性殼聚糖；
(2)將步驟(1)中制備的苯硼酸改性殼聚糖與葡萄糖氧化酶通過二硫鍵
相連，生成CSPBA-GOx；
(3)將多聚糖通過氧化反應引入醛基官能團，生成氧化多聚糖；
(4)將CSPBA-GOx與高分子交聯劑反應，通過苯硼酸酯和亞胺鍵交聯形
成水凝膠。
2.根據根據權利要求1所述的一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可
注射水凝膠的制備，其特征在于，所述步驟(1)中，苯硼酸改性殼聚糖具有以
下結構：
其中，上述結構式中的R為H或CH2OH；R’為-NHC＝O或R”為甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、鹵素、羥基、羥甲基、酯基中的一種；
n＝9～200；
所述步驟(2)中，CSPBA-GOx具有以下結構：
其中，上述結構式中的R為H或CH2OH；R’為-NHC＝O或R”為甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、鹵素、羥基、羥甲基、酯基中的一種。
3.根據根據權利要求2所述的一種用于胰島素精控釋放的雙響應雙交聯可
注射水凝膠的制備，其特征在于，所述步驟(4)中的高分子交聯劑為I/II組合、
I/III組合、IIII、V中的一種或幾種，其中，I、II、III、IIII、V具有以下結構式，
其中，上述結構式中的R為酯基或酰胺基或醚基，R’為H或CH2OH；
n＝9～150，m＝9～150，x＝10～500，y＝10～600。
4.根據權利要求3所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王瑞，趙玲玲，張雅娟，王爽，馮夢婷，鄭英仙，梁洪澤，
申請(專利權)人：寧波大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33