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浙江大學王立教授、俞豪杰教授團隊 Carbohyd. Polym.：基于糖敏水凝膠的智能長效胰島素遞送微針貼

2024-11-21 來源：高分子科技

糖尿病是一種常見慢性病，患病人數快速增加并呈現年輕化的趨勢。據世界衛生組織2024年11月14日發布的研究報告顯示，1990年至2022年全球成年人糖尿病患病率從7%上升至14%，已超過8億人。I型和重癥II型糖尿病患者需要通過補充外源性胰島素來控制血糖。目前胰島素通常用注射器或胰島素筆遞送，有一定的疼痛和操作上的不便。微針技術為胰島素遞送提供了新方式，并且通過對微針基體材料的設計，可以實現智能可控的胰島素遞送，避免低血糖的風險。

浙江大學王立教授和俞豪杰教授團隊長期從事葡萄糖響應胰島素遞送水凝膠及微針貼方面的研究。近日他們報道了一種新型的基于苯硼酸基功能化殼聚糖和苯硼酸基功能化海藻酸鈉水凝膠的智能胰島素遞送微針貼，通過對血糖響應智能實現胰島素的釋放，顯著提升了胰島素的利用率和血糖控制周期。受到光誘導睡蓮花朵開合的啟發，他們設計了葡萄糖誘導水凝膠交聯結構開合的胰島素可控遞送系統。如圖1所示，用苯硼酸基改性的海藻酸鈉（Alg-PBA）和間氟苯硼酸基改性的季銨鹽殼聚糖（HTCC-FPBA）以及聚乙烯醇（PVA）制備水凝膠基微針貼，通過雙硼酸酯鍵和靜電作用共同控制水凝膠交聯結構打開：在高血糖環境下，水凝膠的部分交聯點被打開，釋放胰島素治療；在正常血糖環境下，水凝膠的交聯點不打開，維持血糖穩定；從而實現胰島素的智能長效遞送。單片微針貼實現了對糖尿病SD大鼠48小時的血糖平穩控制。

Figure 1. Glucose-responsive intelligent microneedle patch system.

用智能長效胰島素遞送微針貼片對糖尿病SD大鼠進行治療。如圖2所示，負載20 IU胰島素的Alg-PBA/HTCC-FPBA/PVA水凝膠基微針貼對糖尿病SD大鼠治療4.5小時后其血糖恢復至正常水平（200 mg/dL）。相比于負載同等劑量胰島素的皮下注射治療組（圖2b中粉色曲線），Alg-PBA/HTCC-FPBA/PVA水凝膠基微針貼組（圖2b中綠色曲線）避免了低血糖的發生，其血糖控制更加穩定，接近健康大鼠的狀態（圖2b中藍色曲線），有效控制正常血糖時間超過48小時，具有很好的應用前景。

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.

以上成果近期發表在Carbohydrate Polymers上，論文題為“Intelligent microneedle patch based on functionalized alginate and chitosan for long-term self-regulated insulin delivery”。論文的第一作者為浙江大學化學工程與生物工程學院博士研究生王禹，通訊作者為浙江大學化學工程與生物工程學院俞豪杰教授和王立教授。

論文信息：Carbohydrate Polymers 2025, 348, 122885

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122885

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（責任編輯：xu）

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