一种葡萄糖响应性胰岛素自调节释放载体的制备方法

摘要

一种葡萄糖响应性胰岛素自调节释放微凝胶载体的制备方法属于药物控释与生物材料技术领域。所述方法包括：1）将葡萄糖氧乙基丙烯酸酯改性壳聚糖CS-GEA溶解于去离子水中，溶解后的溶液与活化后的Con A溶液混合；2）将环己烷与乳化稳定剂吐温85混合，环己烷的体积毫升数与吐温85的质量克数之比为50~100:1；3）将1体积份数的步骤1）中所得的搅拌好的混合溶液滴加到40～80体积份数的步骤2）的混合液中得到分散液；4）将交联剂京尼平水溶液滴加到分散液中得到硬化的微凝胶颗粒；反应结束后静置，下层沉淀，离心、水洗干燥。本发明所制备的载体材料具有很好的葡萄糖响应性，并且该响应具有可重复性，利于胰岛素的自调节释放；同时该方法固定Con A简单有效，成本低，实施方便，利于大规模生产。

权利要求

1.一种葡萄糖响应性胰岛素自调节释放微凝胶载体的制备方法，所述方法包括：

1）将葡萄糖氧乙基丙烯酸酯改性壳聚糖CS-GEA溶解于去离子水中，CS-GEA初始浓度为10~100mg/mL，溶解后的溶液与活化后的Con A溶液混合，CS-GEA与Con A的质量比为

1~10:1，搅拌2~5h；

2）将环己烷与乳化稳定剂吐温85混合，环己烷的体积毫升数与吐温85的质量克数之比为50~100:1，以500~800 rpm转速于室温下搅拌0.5~2h；

3）将1体积份数的步骤1）中所得的搅拌好的混合溶液用注射器针头滴加到40～80体积份数的步骤2）的混合液中并保持与步骤2）相同转速继续搅拌0.5~2h得到乳白色分散液；

4）将交联剂京尼平水溶液滴加到步骤3）得到的分散液中，保持反应36~48h得到硬化的微凝胶颗粒；

5）反应结束后静置1~2h，去除上层油相，下层用沉淀溶剂沉淀，离心、水洗3-5次，经冷冻干燥即得葡萄糖响应性胰岛素自调节释放微凝胶载体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的萄萄糖氧乙基丙烯酸酯改性壳聚糖CS-GEA由如下方法制备得到：将分子量为50~200kDa、脱乙酰度为86~90%的壳聚糖溶于体积百分数为0.5~2%的醋酸水溶液中，然后滴加葡萄糖氧乙基丙烯酸酯水溶液，壳聚糖醋酸水溶液浓度为10~25mg/mL，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯水溶液浓度为0.2~0.8mol/L，加入的o葡萄糖氧乙基丙烯酸酯与壳聚糖分子中氨基的摩尔比为0.8~1.2:1，40~60 C下搅拌反应

24~48h，反应结束后使用过量NaHCO3调节反应液的pH值至8-9，然后使用溶剂进行沉淀，过滤收集固体组分，重新用去离子水溶解后使用截留分子量8~15kDa的透析膜在去离子水中透析4~7天，经冷冻干燥得到取代度为1.5~3的CS-GEA。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述沉淀溶剂为甲醇，乙醇，丙酮，异丙醇或二甲基亚砜。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的Con A活化溶液由如下方法得到：将Con A溶于含有0.1 mol/L KCl, 0.1 mmol/L CaCl2, 0.1 mmol/L MnCl2 的pH 7.0~7.8 的缓冲溶液中，Con A初始浓度为1~10 mg/mL，缓冲溶液为磷酸盐缓冲液、三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液或磷酸盐-柠檬酸缓冲液，静置6h以上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的交联剂京尼平的初始浓度为1~10 mg/mL，京尼平质量为CS-GEA与Con A质量总和的5%~12%。

说明书

一种葡萄糖响应性胰岛素自调节释放载体的制备方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种具有葡萄糖响应性、能够根据血糖需要自调节释放胰岛素的药物载体的制备方法，尤其是基于伴刀豆球蛋白与糖单元特异性相互作用的葡萄糖响应性胰岛素自调节释放载体的制备方法，属于药物控释与生物材料技术领域。背景技术：

[0002] 糖尿病是一种严重的终身性疾病（分为Ⅰ型和Ⅱ型），表现为持续高血糖，主要病因是胰岛β细胞受损而引起的胰岛素绝对或相对分泌不足。糖尿病（I型以及严重的Ⅱ型患者）最有效的治疗方法是每天多次皮下注射胰岛素，从而帮助人体血糖维持在正常水平。不幸的是，这种广泛应用的治疗方法亦不能很好的控制血糖，常常会引发低血糖这一急性并发症，严重时甚至晕厥、休克，并且长期注射还会给病人带来很大不便，还可能引起过敏、水肿等副作用。因此，为寻求更有效舒适的治疗方法，人们致力于开发新的胰岛素递送体系，包括新的递送路线，新的胰岛素剂型等。自调节胰岛素释放体系能够响应不同血糖浓度调节胰岛素释放量，因而能模拟胰岛的智能分泌胰岛素功能，它将给糖尿病人血糖平衡的控制带来很大帮助。

[0003] 葡萄糖响应性载体材料能够响应介质中葡萄糖浓度的变化而改变自身溶胀性质，因而适合用于制备自调节胰岛素释放体系。目前文献报道较多的葡萄糖响应性载体材料主要有三种（Progress in Polymer Science,2010,35:278-301）分别是葡萄糖氧化酶体系、伴刀豆球蛋白体系和苯硼酸基团体系。其中，基于伴刀豆球蛋白的葡萄糖响应性体系对于葡萄糖的专一性最强。伴刀豆球蛋白（Concanavalin A,Con A）是一种从刀豆中提取的植物凝集素，能够与葡萄糖以及含糖环的聚合物可逆地特异性结合。这种特性能够使Con A与含糖环聚合物（如右旋糖酐、糖基聚丙烯酸酯）特异性结合形成凝胶网络。当环境中葡萄糖浓度升高至一定水平时，由于游离的葡萄糖与Con A的特异性结合作用更强，因此游离的葡萄糖能够竞争Con A-聚合物结合位点，从而使得凝胶网络解离而释放出包裹的胰岛素。而当环境中葡萄糖浓度低于一定值时，Con A能够与聚合物再次结合，从而再次形成凝胶网络，使得体系能够根据血糖浓度变化可逆释放胰岛素。

[0004] 然而，在上述伴刀豆球蛋白体系中，Con A在溶胀过程中很有可能流失，不仅造成体系的葡萄糖响应性减弱，影响载体的可重复性，而且流失的Con A量增加时有可能引发人体免疫反应。为解决这一问题，将Con A共价交联到与其具有特异性糖结合作用的聚合物基体中是一种非常重要的方法。已有的文献报道中（Biomaterials,2006,27:1586-1597;Carbohydrate Polymers,2010,82:412-418）分别利用Con A与甲基丙烯酸酐的亲核取代反应以及Con A与丙烯酰氧乙基甲基丙烯酸酯的迈克尔加成反应对Con A进行改性使其带有可反应性碳碳双键，进而通过紫外光聚合与同样带有可反应性双键的右旋糖酐交联，得到了葡萄糖响应性的右旋糖酐-Con A基水凝胶。但是，以上方法除需要对配体聚合物右旋糖酐进行改性外，对Con A也需要先进行化学改性，不仅成本高，不易实现大规模生产，而且对Con A改性过程中难免造成部分失活，影响最终载体的葡萄糖响应能力。发明内容：

[0005] 本发明的目的是提供一种葡萄糖响应性胰岛素自调节释放载体的制备方法，采用一种既与Con A具有特异性结合作用又能够通过交联剂直接与Con A交联的聚合物基体——糖基壳聚糖（葡萄糖氧乙基丙烯酸酯改性壳聚糖，CS-GEA）与Con A相互作用，并以京尼平为交联剂通过反相乳液分散法形成具有葡萄糖响应性的胰岛素自调节释放微凝胶载体。

[0006] 本发明所述的葡萄糖响应性胰岛素自调节释放微凝胶载体，通过CS-GEA与Con A的相互作用以京尼平为交联剂通过反相乳液分散法制备，具体包括以下步骤：

[0007] 1）将CS-GEA溶解于去离子水中，CS-GEA初始浓度为10～100mg/mL,溶解后的溶液与活化后的Con A溶液混合，CS-GEA与Con A的质量比为1～10:1，优选为3～8:1，搅拌2～5h；

[0008] 2）将环己烷与乳化稳定剂吐温85混合，环己烷的体积毫升数与吐温85的质量克数之比为50～100:1，以500～800rpm转速于室温下搅拌0.5～2h；

[0009] 3）将1体积份数的步骤1）中所得的搅拌好的混合溶液用注射器针头滴加到40～80体积份数的步骤2）的混合液中并保持与步骤2）相同转速继续搅拌0.5～2h得到乳白色分散液；

[0010] 4）将交联剂京尼平水溶液滴加到步骤3）得到的分散液中，保持反应36～48h得到硬化的微凝胶颗粒；

[0011] 5）反应结束后静置1～2h，去除上层油相，下层用沉淀溶剂沉淀，离心、水洗3-5次，经冷冻干燥即得葡萄糖响应性微凝胶载体。

[0012] 所述沉淀溶剂为甲醇，乙醇，丙酮，异丙醇或二甲基亚砜。

[0013] 所述的CS-GEA由如下方法制备得到：将分子量为50～200kDa、脱乙酰度为86～90%的壳聚糖溶于体积百分数为0.5～2%的醋酸水溶液中，后滴加葡萄糖氧乙基丙烯酸酯水溶液，壳聚糖初始浓度为10～25mg/mL，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯的初始浓度为0.2～
0.8mol/L，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯与壳聚糖分子中氨基的摩尔比为0.8～1.2:1，40～
60°C下搅拌反应24～48h，反应结束后使用过量NaHCO3调节反应液的pH值至8-9，然后使用溶剂（溶剂包括甲醇，乙醇，丙酮，异丙醇，二甲基亚砜）进行沉淀，过滤收集固体组分，重新用去离子水溶解后使用截留分子量8～15kDa的透析膜在去离子水中透析4～7天，经冷冻干燥得到取代度为1.5～3的CS-GEA。

[0014] 所述的Con A活化溶液由如下方法得到：将Con A溶于含有0.1mol/L KCl,0.1mmol/LCaCl2,0.1mmol/L MnCl2的pH7.0～7.8的缓冲溶液中，Con A初始浓度为1～10mg/mL，缓冲溶液优选为磷酸盐缓冲液、三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液、磷酸盐-柠檬酸缓冲液三者之一，静置6h以上。

[0015] 所述的交联剂京尼平的初始浓度为1～10mg/mL，京尼平质量为CS-GEA与Con A质量总和的5%～12%。

[0016] 本发明的有益效果：使用的聚合物基体既与Con A具有特异性结合作用，又能够通过京尼平直接与Con A共价交联，避免了Con A改性过程造成的损失，从而保证了该方法所制备的载体材料具有很好的葡萄糖响应性，并且该响应具有可重复性，利于胰岛素的自调节释放；同时该方法固定Con A简单有效，成本低，实施方便，利于大规模生产。具体实施方式：

[0017] 实施例1：

[0018] 1）CS-GEA的制备：将分子量为50kDa、脱乙酰度为90%的壳聚糖溶于体积百分数为0.5%的醋酸水溶液中，后滴加葡萄糖氧乙基丙烯酸酯水溶液，壳聚糖初始浓度为10mg/mL，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯的初始浓度为0.2mol/L，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯与壳聚糖分子中氨基的摩尔比为0.8:1，40°C下搅拌反应24h，反应结束后使用过量NaHCO3调节反应液的pH值至8-9，然后使用甲醇溶剂沉淀，过滤收集固体组分，重新溶解后于去离子水中透析（透析膜截留分子量8Da）4天，经冷冻干燥得到取代度为1.5的CS-GEA。

[0019] 2）Con A活 化 液 的 制 备：将Con A 溶 于 含 有 0.1mol/L KCl,0.1mmol/L CaCl2,0.1mmol/LMnCl2的pH7.4的磷酸盐-柠檬酸缓冲溶液中，Con A初始浓度为1mg/mL，静置6h。

[0020] 3）微凝胶载体的制备：

[0021] ①将CS-GEA溶解于去离子水中，CS-GEA初始浓度为100mg/mL，溶解后的溶液与活化后的Con A溶液混合，CS-GEA与Con A的质量比为1:1，搅拌2h；

[0022] ②将环己烷与乳化稳定剂吐温85混合，环己烷的体积毫升数与吐温85的质量克数之比为50:1，以500rpm转速于室温下搅拌30分钟；

[0023] ③将1体积份数的步骤①中所得的搅拌好的混合溶液用5#注射器针头缓慢滴加到40体积份数的步骤②的混合液中并保持与步骤②相同转速继续搅拌0.5h得到乳白色分散液；

[0024] ④将浓度为1mg/mL的京尼平水溶液滴加到步骤③得到的分散液中，京尼平质量为CS-GEA与Con A质量总和的5%，保持反应36h得到硬化的微凝胶颗粒；

[0025] ⑤反应结束后静置2h，去除上层油相，下层用异丙醇沉淀，离心、水洗3次，经冷冻干燥即得葡萄糖响应性微凝胶载体。

[0026] 实施例2：

[0027] 1）CS-GEA的制备：将分子量为100kDa、脱乙酰度为88%的壳聚糖溶于体积百分数为1%的醋酸水溶液中，后滴加葡萄糖氧乙基丙烯酸酯水溶液，壳聚糖初始浓度为20mg/mL，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯的初始浓度为0.5mol/L，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯与壳聚糖分子中氨基的摩尔比为1:1，50°C下搅拌反应36h，反应结束后使用过量NaHCO3调节反应液的pH值至8-9，然后使用乙醇溶剂沉淀，过滤收集固体组分，重新溶解后于去离子水中透析（透析膜截留分子量10kDa）6天，经冷冻干燥得到取代度为1.8的CS-GEA。

[0028] 2）Con A活 化 液 的 制 备：将Con A 溶 于 含 有 0.1mol/L KCl,0.1mmol/L CaCl2,0.1mmol/LMnCl2的pH7.4的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，Con A初始浓度为5mg/mL，静置6h。

[0029] 3）微凝胶载体的制备：

[0030] ①将CS-GEA溶解于去离子水中，CS-GEA初始浓度为10mg/mL，溶解后的溶液与活化后的Con A溶液混合，CS-GEA与Con A的质量比为3:1，搅拌3h；

[0031] ②将环己烷与乳化稳定剂吐温85混合，环己烷的体积毫升数与吐温85的质量克数之比为60:1，以600rpm转速于室温下搅拌1h；

[0032] ③将1体积份数的步骤①中所得的搅拌好的混合溶液用5#注射器针头缓慢滴加到50体积份数的步骤②的混合液中并保持与步骤②相同转速继续搅拌1h得到乳白色分散液；

[0033] ④将浓度为5mg/mL的京尼平水溶液滴加到步骤③得到的分散液中，京尼平质量为CS-GEA与Con A质量总和的10%，保持反应42h得到硬化的微凝胶颗粒；

[0034] ⑤反应结束后静置1.5h，去除上层油相，下层用异丙醇沉淀，离心、水洗3次，经冷冻干燥即得葡萄糖响应性微凝胶载体。

[0035] 实施例3：

[0036] 1）CS-GEA的制备：将分子量为200kDa、脱乙酰度为86%的壳聚糖溶于体积百分数为1%的醋酸水溶液中，后滴加葡萄糖氧乙基丙烯酸酯水溶液，壳聚糖初始浓度为20mg/mL，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯的初始浓度为0.7mol/L，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯与壳聚糖分子中氨基的摩尔比为1:1，50°C下搅拌反应48h，反应结束后使用过量NaHCO3调节反应液的pH值至8-9，然后使用丙酮溶剂沉淀，过滤收集固体组分，重新溶解后于去离子水中透析（透析膜截留分子量8kDa）7天，经冷冻干燥得到取代度为2.1的CS-GEA。

[0037] 2）Con A活 化 液 的 制 备：将Con A 溶 于 含 有 0.1mol/L KCl,0.1mmol/L CaCl2,0.1mmol/LMnCl2的pH7.0的磷酸盐缓冲溶液中，Con A初始浓度为10mg/mL，静置6h。

[0038] 3）微凝胶载体的制备：

[0039] ①将CS-GEA溶解于去离子水中，CS-GEA初始浓度为50mg/mL,溶解后的溶液与活化后的Con A溶液混合，CS-GEA与Con A的质量比为5:1，搅拌3h；

[0040] ②将环己烷与乳化稳定剂吐温85混合，环己烷的体积毫升数与吐温85的质量克数之比为80:1，以600rpm转速于室温下搅拌30分钟；

[0041] ③将1体积份数的步骤①中所得的搅拌好的混合溶液用5#注射器针头缓慢滴加到60体积份数的步骤②的混合液中并保持与步骤②相同转速继续搅拌1h得到乳白色分散液；

[0042] ④将浓度为10mg/mL的京尼平水溶液滴加到步骤③得到的分散液中，京尼平质量为CS-GEA与Con A质量总和的10%，保持反应48h得到硬化的微凝胶颗粒；

[0043] ⑤反应结束后静置1h，去除上层油相，下层用异丙醇沉淀，离心、水洗3次，经冷冻干燥即得葡萄糖响应性微凝胶载体。

[0044] 实施例4：

[0045] 1）CS-GEA的制备：将分子量为200kDa、脱乙酰度为88%的壳聚糖溶于体积百分数为1%的醋酸水溶液中，后滴加葡萄糖氧乙基丙烯酸酯水溶液，壳聚糖初始浓度为20mg/mL，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯的初始浓度为0.8mol/L，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯与壳聚糖分子中氨基的摩尔比为1.1:1，50°C下搅拌反应48h，反应结束后使用过量NaHCO3调节反应液的pH值至8-9，然后使用异丙醇溶剂沉淀，过滤收集固体组分，重新溶解后于去离子水中透析（透析膜截留分子量8kDa）7天，经冷冻干燥得到取代度为2.3的CS-GEA。

[0046] 2）Con A活 化 液 的 制 备：将Con A 溶 于 含 有 0.1mol/L KCl,0.1mmol/L CaCl2,0.1mmol/LMnCl2的pH7.0的磷酸盐缓冲溶液中，Con A初始浓度为10mg/mL，静置8h。

[0047] 3）微凝胶载体的制备：

[0048] ①将CS-GEA溶解于去离子水中，CS-GEA初始浓度为80mg/mL，溶解后的溶液与活化后的Con A溶液混合，CS-GEA与Con A的质量比为8:1，搅拌4h；

[0049] ②将环己烷与乳化稳定剂吐温85混合，环己烷的体积毫升数与吐温85的质量克数之比为80:1，以600rpm转速于室温下搅拌2h；

[0050] ③将1体积份数的步骤①中所得的搅拌好的混合溶液用5#注射器针头缓慢滴加到70体积份数的步骤②的混合液中并保持与步骤②相同转速继续搅拌2h得到乳白色分散液；

[0051] ④将浓度为10mg/mL的京尼平水溶液滴加到步骤③得到的分散液中，京尼平质量为CS-GEA与Con A质量总和的12%，保持反应48h得到硬化的微凝胶颗粒；

[0052] ⑤反应结束后静置2h，去除上层油相，下层用异丙醇沉淀，离心、水洗3次，经冷冻干燥即得葡萄糖响应性微凝胶载体。

[0053] 实施例5：

[0054] 1）CS-GEA的制备：将分子量为200kDa、脱乙酰度为88%的壳聚糖溶于体积百分数为2%的醋酸水溶液中，后滴加葡萄糖氧乙基丙烯酸酯水溶液，壳聚糖初始浓度为25mg/mL，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯的初始浓度为0.8mol/L，葡萄糖氧乙基丙烯酸酯与壳聚糖分子中氨基的摩尔比为1.2:1，60°C下搅拌反应48h，反应结束后使用过量NaHCO3调节反应液的pH值至8-9，然后使用二甲基亚砜溶剂沉淀，过滤收集固体组分，重新溶解后于去离子水中透析（透析膜截留分子量15kDa）7天，经冷冻干燥得到取代度为3的CS-GEA。

[0055] 2）Con A活 化 液 的 制 备：将Con A 溶 于 含 有 0.1mol/L KCl,0.1mmol/L CaCl2,0.1mmol/LMnCl2的pH7.8的磷酸盐-柠檬酸缓冲溶液中，Con A初始浓度为10mg/mL，静置8h。

[0056] 3）微凝胶载体的制备：

[0057] ①将CS-GEA溶解于去离子水中，CS-GEA初始浓度为100mg/mL，溶解后的溶液与活化后的Con A溶液混合，CS-GEA与Con A的质量比为10:1，搅拌5h；

[0058] ②将环己烷与乳化稳定剂吐温85混合，环己烷的体积毫升数与吐温85的质量克数之比为100:1，以800rpm转速于室温下搅拌1h；

[0059] ③将1体积份数的步骤①中所得的搅拌好的混合溶液用5#注射器针头缓慢滴加到80体积份数的步骤②的混合液中并保持与步骤②相同转速继续搅拌1h得到乳白色分散液；

[0060] ④将浓度为10mg/mL的京尼平水溶液滴加到步骤③得到的分散液中，京尼平质量为CS-GEA与Con A质量总和的12%，保持反应48h得到硬化的微凝胶颗粒；

[0061] ⑤反应结束后静置1h，去除上层油相，下层用异丙醇沉淀，离心、水洗3次，经冷冻干燥即得葡萄糖响应性微凝胶载体。

[0062] 实施例6：

[0063] 将10mg实施例3得到的微凝胶载体置于25mL浓度为1mg/mL的pH6.5的胰岛素溶液中(胰岛素先溶解于0.01N的盐酸中，然后用pH值为6.5的磷酸盐缓冲溶液稀释至1mg/mL)，室温下搅拌5h。载药结束后用去离子水洗涤微凝胶表面3次，冷冻干燥12h后于
4°C保存。

[0064] 实施例7：