聚焦超声体外遥控纳米网络释放胰岛素调控血糖

adhm201470027-gra-0001-m糖尿病已成为继肿瘤及心脑血管疾病之后严重危害人类健康的第三大慢性病。据世界卫生组织统计预测,2030 年全球糖尿病患者数量将突破4.5 亿。目前对于I型以及晚期II型糖尿病患者的普遍疗法依然依赖于血糖监控基础上的胰岛素皮下注射。频繁的注射给病人带来痛苦的同时,会引发皮下红肿发炎、皮下硬结、皮下脂肪萎缩、皮疹及神经血管性水肿等。如何实现胰岛素无创送药一直是药物传递领域的一个研究热点。已有的方法包括口服给药、鼻腔或肺部吸入式给药以及通过超声空化效应暂时“打开”皮肤表面的透皮式给药。但以上经表皮或粘膜穿透的方法存在胰岛素有效利用率低、一次给药持续时间短的不足,并有继发炎症及感染的风险。美国北卡罗来纳大学教堂山分校、北卡罗来纳州立大学联合生物医学工程系生物大分子诊疗工程实验室Zhen Gu(顾臻)教授及其团队针对以上问题,将可皮下注射纳米网状结构制剂和聚焦超声相结合,利用超声体外定点遥控激励储存在纳米网状制剂中的胰岛素有效释放,有效调控血糖。该技术可显著提高胰岛素的利用率,潜在改善糖尿病人的舒适度、有效提升生活质量。相关结果作为封面文章发表在近期的Advanced Healthcare Materials上。

通过双乳液法,研究人员先制得了包裹有胰岛素的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)基可降解纳米颗粒。纳米网状结构由表面带相反电荷的PLGA纳米颗粒(涂层分别为壳聚糖和海藻酸)通过静电作用自组装而成。该结构呈3D多孔状,稳定性好并易于注射在皮下。在聚焦超声的定点激励下,纳米网状结构立即解散,促使从纳米颗粒中释放出来并暂时存储于网络结构的胰岛素迅速释放,进而降低血糖。移除超声后,纳米网状结构重新回复网络结构以备下一次的超声激励释放。在体外调试材料配比、优化聚焦超声的物理参数的基础上,基于I型糖尿病小鼠模型的实验表明:经一次性注射于皮下的纳米网状结构,在聚焦超声诱导的作用下(每次30秒)可多次反复释放胰岛素,将糖尿病小鼠的迅速血糖降至正常范围,有效作用时间达10天之久。

该种“先注射,后体外遥控释放”的新型递药方法,不仅给胰岛素无痛递药引入了新策略,还有望广泛应用于其他小分子药物或肽类无创式反复多次的递药。