離子液體介導(dǎo)納米囊泡助力胰島素高效經(jīng)皮給藥

2024年12月，九州大學(xué)Fahmida Habib Nabila等團(tuán)隊(duì)在《ACS Biomaterials Science & Engineering》發(fā)表研究。該研究針對(duì)胰島素經(jīng)皮遞送的技術(shù)瓶頸，開(kāi)發(fā)了含生物相容性脂質(zhì)基離子液體[EDMPC][Lin]的類(lèi)脂體（ET）和反式類(lèi)脂體（TET1）納米囊泡制劑，通過(guò)預(yù)混合-涂覆工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)胰島素的高效經(jīng)皮滲透，為糖尿病提供了無(wú)創(chuàng)、長(zhǎng)效的給藥方案。

摘要

胰島素經(jīng)皮遞送是糖尿病管理的潛在方案，可實(shí)現(xiàn)可控緩釋并延長(zhǎng)藥效。但胰島素分子量較大（約5800 Da），難以被動(dòng)穿透皮膚角質(zhì)層，且需高劑量給藥，限制了其商業(yè)化應(yīng)用。本研究開(kāi)發(fā)了含生物相容性脂質(zhì)基離子液體[EDMPC][Lin]的類(lèi)脂體（ET）和反式類(lèi)脂體（TET）納米囊泡制劑。動(dòng)態(tài)光散射、ζ電位、透射電鏡和共聚焦激光掃描顯微鏡研究表明，納米囊泡粒徑穩(wěn)定，在4℃下可穩(wěn)定保存3個(gè)月以上。與熒光素異硫氰酸酯標(biāo)記胰島素（FITC-Ins）對(duì)照溶液及其他TET制劑相比，含IPM的ET和TET1制劑通過(guò)改變角質(zhì)層分子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了FITC-Ins在小鼠和豬皮膚中的經(jīng)皮滲透（p<0.0001）。體外三維人工皮膚模型和體內(nèi)糖尿病小鼠模型研究顯示，這些納米囊泡生物相容性良好且無(wú)刺激性（細(xì)胞存活率>80%）。以30 IU/kg劑量對(duì)糖尿病小鼠經(jīng)皮給藥后，ET和TET1制劑降低了初始高血糖水平（>150 mg/dL），分別使血糖降低62%和34%，并維持低血糖狀態(tài)超過(guò)15小時(shí)，而注射組僅維持2小時(shí)。該ET和TET1制劑在商業(yè)化經(jīng)皮胰島素貼劑中具有應(yīng)用潛力。

實(shí)驗(yàn)材料與使用儀器

（一）實(shí)驗(yàn)材料

1. 化學(xué)試劑：肉豆蔻酸異丙酯（IPM）、吐溫-80（T80）、司盤(pán)-20（S20）、1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸膽堿（DMPC）、三氟甲磺酸乙酯、3-（4,5-二甲基-2-噻唑基）-2,5-二苯基-2H-四氮唑溴化物（MTT）、人重組胰島素、熒光素異硫氰酸酯異構(gòu)體1（FITC-I）、99.5%乙醇、亞油酸、PD-10葡聚糖G-25 M柱、杜氏磷酸鹽緩沖液（D-PBS）、胰蛋白酶/乙二胺四乙酸（EDTA）、異丙醇（IPA）、乙腈（ACN）。

2. 模型與樣本：三維重建人表皮模型、HR-1小鼠皮膚切片、雌性尤卡坦微型豬（YMP）冷凍皮膚樣本、5周齡雄性糖尿病小鼠。

3. 試劑盒：人胰島素酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA）試劑盒。

（二）實(shí)驗(yàn)儀器

1.表征儀器：動(dòng)態(tài)光散射儀、色譜儀、透射電子顯微鏡、共聚焦激光掃描顯微鏡。

2.滲透與分析儀器：改良型Franz擴(kuò)散池、多功能酶標(biāo)儀、光譜儀（PerkinElmer）、ASCH VAPOSCAN 經(jīng)皮水分流失測(cè)量?jī)x。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.納米囊泡制備與制劑表征。

2.體外皮膚滲透實(shí)驗(yàn)：采用改良型Franz擴(kuò)散池，將制劑應(yīng)用于豬皮膚角質(zhì)層，32.5℃孵育24小時(shí)，通過(guò)酶標(biāo)儀測(cè)定接收液中FITC-Ins含量；冷凍切片后用共聚焦顯微鏡觀察皮膚滲透深度。

改良型Franz擴(kuò)散池

3.角質(zhì)層結(jié)構(gòu)分析：經(jīng)制劑處理后的皮膚分離角質(zhì)層，通過(guò)光譜儀檢測(cè)脂質(zhì)和角蛋白的特征峰位移，分析分子結(jié)構(gòu)變化。

4.體內(nèi)外刺激性實(shí)驗(yàn)：體外采用三維人工皮膚模型，通過(guò)MTT法測(cè)定細(xì)胞存活率；體內(nèi)在糖尿病小鼠皮膚上給藥，通過(guò)ASCH VAPOSCAN 經(jīng)皮水分流失測(cè)量?jī)x檢測(cè)24小時(shí)和48小時(shí)的皮膚屏障功能。

ASCH VAPOSCAN經(jīng)皮水分流失測(cè)量?jī)x

5.體內(nèi)藥效與藥代動(dòng)力學(xué)：將ET和TET1制劑（30 IU/kg）經(jīng)皮應(yīng)用于糖尿病小鼠，監(jiān)測(cè)24小時(shí)血糖變化；不同時(shí)間點(diǎn)采集血樣，通過(guò)ELISA試劑盒測(cè)定血漿胰島素濃度，分析藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1.成功制備了ET和TET1納米囊泡制劑，ET粒徑約160 nm（PDI<0.3），TET1粒徑約400 nm（PDI<0.15），均具有良好的物理穩(wěn)定性，4℃儲(chǔ)存3個(gè)月無(wú)聚集、相分離或藥物沉淀。

2.制劑生物相容性?xún)?yōu)異，體外細(xì)胞存活率>90%，體內(nèi)經(jīng)皮水分流失無(wú)顯著變化，皮膚屏障功能可在48小時(shí)內(nèi)恢復(fù)，無(wú)刺激性。

3.體外皮膚滲透實(shí)驗(yàn)證實(shí)，ET和TET1制劑可通過(guò)改變角質(zhì)層脂質(zhì)流動(dòng)性和角蛋白結(jié)構(gòu)，顯著提升胰島素滲透率；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，ET制劑使糖尿病小鼠血糖降低62%，TET1制劑降低34%，且兩者均能維持低血糖狀態(tài)15小時(shí)，是注射組（2小時(shí)）的7倍。

4.該制劑無(wú)需侵入性操作，避免了注射帶來(lái)的疼痛、感染風(fēng)險(xiǎn)和胰島素峰值過(guò)高問(wèn)題，為胰島素及其他肽類(lèi)藥物的經(jīng)皮遞送提供了新策略，具有重要的商業(yè)化應(yīng)用潛力。

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