浙江大学王立教授、俞豪杰教授团队 Carbohyd. Polym.：基于糖敏水凝胶的智能长效胰岛素递送微针贴

2024-11-21 来源：高分子科技

糖尿病是一种常见慢性病，患病人数快速增加并呈现年轻化的趋势。据世界卫生组织2024年11月14日发布的研究报告显示，1990年至2022年全球成年人糖尿病患病率从7%上升至14%，已超过8亿人。I型和重症II型糖尿病患者需要通过补充外源性胰岛素来控制血糖。目前胰岛素通常用注射器或胰岛素笔递送，有一定的疼痛和操作上的不便。微针技术为胰岛素递送提供了新方式，并且通过对微针基体材料的设计，可以实现智能可控的胰岛素递送，避免低血糖的风险。

浙江大学王立教授和俞豪杰教授团队长期从事葡萄糖响应胰岛素递送水凝胶及微针贴方面的研究。近日他们报道了一种新型的基于苯硼酸基功能化壳聚糖和苯硼酸基功能化海藻酸钠水凝胶的智能胰岛素递送微针贴，通过对血糖响应智能实现胰岛素的释放，显著提升了胰岛素的利用率和血糖控制周期。受到光诱导睡莲花朵开合的启发，他们设计了葡萄糖诱导水凝胶交联结构开合的胰岛素可控递送系统。如图1所示，用苯硼酸基改性的海藻酸钠（Alg-PBA）和间氟苯硼酸基改性的季铵盐壳聚糖（HTCC-FPBA）以及聚乙烯醇（PVA）制备水凝胶基微针贴，通过双硼酸酯键和静电作用共同控制水凝胶交联结构打开：在高血糖环境下，水凝胶的部分交联点被打开，释放胰岛素治疗；在正常血糖环境下，水凝胶的交联点不打开，维持血糖稳定；从而实现胰岛素的智能长效递送。单片微针贴实现了对糖尿病SD大鼠48小时的血糖平稳控制。

Figure 1. Glucose-responsive intelligent microneedle patch system.

用智能长效胰岛素递送微针贴片对糖尿病SD大鼠进行治疗。如图2所示，负载20 IU胰岛素的Alg-PBA/HTCC-FPBA/PVA水凝胶基微针贴对糖尿病SD大鼠治疗4.5小时后其血糖恢复至正常水平（200 mg/dL）。相比于负载同等剂量胰岛素的皮下注射治疗组（图2b中粉色曲线），Alg-PBA/HTCC-FPBA/PVA水凝胶基微针贴组（图2b中绿色曲线）避免了低血糖的发生，其血糖控制更加稳定，接近健康大鼠的状态（图2b中蓝色曲线），有效控制正常血糖时间超过48小时，具有很好的应用前景。

Figure 2. In vivo hypoglycemic efficacy and skin penetration analysis of microneedles in a diabetic rat model. (a) Schematic illustration of the microneedle treatment for diabetic rats and the controlled insulin release from microneedles. (b) Blood glucose levels and in vivo microneedle dissolution over 48 hours in rats. (c) Skin penetration experiment using microneedles and the disappearance of puncture sites over time. (d) Histological sections of healthy skin and microneedle-punctured areas. (e) Comparison of hypoglycemic rates between subcutaneous injection and microneedle treatment groups. (f) Duration of hypoglycemic effects and effective blood glucose control in subcutaneous injection versus microneedle treatment groups. (g) Glucose tolerance test and post-prandial blood glucose monitoring in rats after targeted feeding. (h) Quality changes and dissolution rate of microneedles during the treatment period.

以上成果近期发表在Carbohydrate Polymers上，论文题为“Intelligent microneedle patch based on functionalized alginate and chitosan for long-term self-regulated insulin delivery”。论文的第一作者为浙江大学化学工程与生物工程学院博士研究生王禹，通讯作者为浙江大学化学工程与生物工程学院俞豪杰教授和王立教授。

论文信息：Carbohydrate Polymers 2025, 348, 122885

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122885

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（责任编辑：xu）

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