新型遞送系統(tǒng)讓口服胰島素更有效
糖尿病是以高血糖為特征的代謝性疾病,由于患者體內(nèi)胰島素分泌不足、胰島素抵抗等引起血糖調(diào)節(jié)功能受損,因而必須使用外源胰島素進(jìn)行治療。其中,口服胰島素使用方便、患者依從性好,但卻很難克服胃腸道嚴(yán)苛的三重屏障,臨床上尚未實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
7月16日,科技日?qǐng)?bào)記者獲悉,浙江大學(xué)愛丁堡大學(xué)聯(lián)合學(xué)院周民研究員團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院(以下簡(jiǎn)稱浙大二院)嚴(yán)盛教授利用綠色營養(yǎng)源食品小球藻吸附胰島素,并用海藻酸鈉凝膠將其包裹,制成微藻—胰島素復(fù)合口服遞送系統(tǒng)。該遞送系統(tǒng)可在小鼠實(shí)驗(yàn)中保護(hù)胰島素“突圍”,在腸道內(nèi)實(shí)現(xiàn)響應(yīng)性藥物釋放。相關(guān)研究論文近日發(fā)表于國際期刊《美國化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》(《ACS Nano》)。
注射給藥存在諸多不便
國際糖尿病聯(lián)盟(IDF)2021年發(fā)布的第10版《IDF全球糖尿病地圖》顯示,彼時(shí)全球有5.37億名成年人患有糖尿??;中國有1.41億名成年人患有糖尿病,約占國內(nèi)成年人口總數(shù)的13%。
糖尿病主要分為1型糖尿病與2型糖尿病。浙大二院內(nèi)分泌科副主任醫(yī)師康英秀介紹,1型糖尿病是兒童期最常見的慢性疾病之一,但成年人患1型糖尿病也時(shí)有發(fā)生。其主要病因是產(chǎn)生胰島素的胰島β細(xì)胞遭到破壞導(dǎo)致胰島素缺乏。
臨床上大多數(shù)糖尿病患者所患的是2型糖尿病,其由遺傳和環(huán)境因素共同作用形成,患者通常因攝入高糖膳食過多導(dǎo)致胰島素需求增加,從而產(chǎn)生胰島素抵抗,或受體細(xì)胞對(duì)胰島素缺乏敏感性,使血糖無法得到及時(shí)處理。兩種糖尿病類型均會(huì)引發(fā)多種并發(fā)癥。
當(dāng)人體自身分泌的胰島素不足以控制血糖,就需要補(bǔ)充外源胰島素。1921年,加拿大科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)并提純了胰島素。1965年,我國科學(xué)家成功合成結(jié)晶牛胰島素,這也是世界上首個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)。
“目前胰島素的給藥方式主要為皮下注射或者是靜脈給藥?!闭撐牡谝蛔髡摺⒄憬髮W(xué)博士生任超杰介紹,很多患者需要每天注射胰島素,但注射方式的缺點(diǎn)很明顯,比如準(zhǔn)備工作太多、胰島素需要在冰箱冷藏、會(huì)產(chǎn)生疼痛感等。
在副作用方面,長(zhǎng)期在同一部位注射胰島素的患者,皮下脂肪容易萎縮或增生肥大;患者注射部位可能出現(xiàn)紅腫、瘙癢、蕁麻疹、血管神經(jīng)性水腫;注射劑量過大,會(huì)使血糖迅速下降,引發(fā)饑餓、眩暈和四肢麻木等癥狀。
如今,科學(xué)家們正致力開展鼻腔、口腔、肺部給藥等多種非侵入式胰島素給藥途徑的研究,以造福糖尿病患者。
口服胰島素面臨三道屏障
通常情況下,口服藥通過人的食道進(jìn)入胃腸道,經(jīng)消化液溶解,被小腸絨毛吸收進(jìn)入血液和淋巴系統(tǒng),隨著血液循環(huán)到達(dá)全身。
由于胰島素是由多個(gè)氨基酸合成的肽類物質(zhì),屬于蛋白質(zhì)類激素,分子量大、易被酶降解、滲透性低,經(jīng)口服渠道參與全身循環(huán)之前需要闖過化學(xué)、酶、滲透三道屏障,即胃腸道內(nèi)復(fù)雜多變的酸堿環(huán)境,消化系統(tǒng)包含的多種蛋白酶,以及在滲透環(huán)節(jié)中因腸道上皮細(xì)胞緊密排列產(chǎn)生的狹窄通道與杯狀細(xì)胞創(chuàng)造的黏膜屏障。
任超杰介紹,胰島素進(jìn)入血液前必須保持完整的結(jié)構(gòu),但有這三道屏障,途中很容易被吸收截停,失去降血糖的作用。這也是胰島素不能口服,需要注射給藥的重要原因。
“提高口服胰島素生物利用度,關(guān)鍵要提升其在消化道中的穩(wěn)定性和在腸道細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運(yùn)效率?!敝苊裾f,目前主要有3種技術(shù)路線:修飾胰島素的化學(xué)結(jié)構(gòu)、尋找安全高效的吸收促進(jìn)劑以及設(shè)計(jì)新型遞藥系統(tǒng)。
在修飾胰島素的化學(xué)結(jié)構(gòu)方面,有科研人員發(fā)現(xiàn),胰島素與低分子量魚精蛋白共價(jià)連接可顯著改善腸黏膜層和上皮細(xì)胞的通透性,胰島素—膽酸共價(jià)偶聯(lián)物可借助回腸膽鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白被小腸吸收……然而,共價(jià)修飾可能會(huì)影響胰島素的生物活性。
就吸收促進(jìn)劑而言,pH調(diào)節(jié)劑和酶抑制劑可以幫助胰島素抵抗酶的降解,黏液滲透劑可促進(jìn)胰島素通過黏膜屏障。雖然在實(shí)驗(yàn)階段,多種促進(jìn)劑均有不同程度的效果,但要用于臨床,許多問題還有待解決。
比如今年1月,以色列公司Oramed Pharmaceuticals宣布旗下口服胰島素ORMD-0801治療2型糖尿病的Ⅲ期臨床沒有達(dá)到主要終點(diǎn)和次要終點(diǎn)。這一采用了pH護(hù)盾包衣和蛋白酶抑制劑等多種方法的口服胰島素以失敗告終。
“新型遞藥系統(tǒng)的載體種類多樣。”周民介紹,比如基于脂質(zhì)材料的納米載體、二氧化硅納米粒等無機(jī)納米載體,均被用于開發(fā)胰島素遞送系統(tǒng)。
新遞送系統(tǒng)“使命必達(dá)”
周民介紹,微藻可以利用表面結(jié)構(gòu)或非共價(jià)靜電相互作用運(yùn)載藥物。研究團(tuán)隊(duì)在前期篩選多種不同類型微藻對(duì)胰島素的負(fù)載能力時(shí)發(fā)現(xiàn)小球藻效果最佳,因此決定用小球藻來吸附胰島素。
周民介紹,他們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的遞送系統(tǒng)所使用的海藻酸鈉凝膠具有高黏度,可有效隔絕消化酶,還能在近中性和堿性環(huán)境溶解,但其在酸性環(huán)境不溶于水,可使胰島素不被胃酸破壞,更易在小腸被吸收,這等于闖過兩道屏障。
當(dāng)胰島素幾經(jīng)險(xiǎn)阻,借助海藻酸鈉凝膠抵擋住蛋白酶的“轟炸”和胃酸侵襲后抵達(dá)小腸,便會(huì)迎來最后一道屏障——腸道滲透屏障。
“腸道吸收主要分跨細(xì)胞和細(xì)胞旁兩種途徑?!敝苊窠榻B,有的研究利用滲透增強(qiáng)劑強(qiáng)行打開腸道上皮間隙,通過細(xì)胞旁途徑使胰島素分子通過,但存在腸道損傷的風(fēng)險(xiǎn)。此次團(tuán)隊(duì)研究的口服胰島素遞送系統(tǒng),外覆的海藻酸鈉凝膠能夠黏附在腸壁,延長(zhǎng)滯留時(shí)間的同時(shí)創(chuàng)造出相對(duì)安全的遞送環(huán)境。胰島素委身于小球藻,又得海藻酸鈉凝膠庇佑,在腸道能夠安全、緩慢地游離出來,通過腸道上皮細(xì)胞的胞吞、胞吐進(jìn)入血液。
任超杰補(bǔ)充道,在他們的研究中,也有保持完整結(jié)構(gòu)的遞送系統(tǒng)被腸道M細(xì)胞(可簡(jiǎn)單理解為腸道的巨噬細(xì)胞)攝取并轉(zhuǎn)運(yùn)到淋巴循環(huán),最終進(jìn)入血液。兩種吸收機(jī)制一主一輔、一快一慢,保證該遞送系統(tǒng)擁有有效和長(zhǎng)期的降血糖作用。
此次研究中,團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠模型,發(fā)現(xiàn)其口服微藻—胰島素復(fù)合口服遞送系統(tǒng)后,體內(nèi)血糖明顯降低,并在12小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定水平。與此同時(shí),團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期飼喂載體小球藻和海藻酸鈉凝膠能夠有效改善2型糖尿病小鼠的腸道菌群紊亂,顯著提高其胰島素敏感性,改善其胰島素抵抗情況,并緩解小鼠臟器損害。
此外,團(tuán)隊(duì)通過研究微藻—胰島素復(fù)合口服遞送系統(tǒng)的體外和體內(nèi)生物安全性、觀察30天內(nèi)每日口服該遞送系統(tǒng)的小鼠,初步驗(yàn)證了該遞送系統(tǒng)具有良好的生物相容性。
“這一遞送系統(tǒng)的可行性已在小鼠身上得到了驗(yàn)證,且該遞送系統(tǒng)具有原料天然、無毒、低成本的優(yōu)勢(shì),可以制成凍干粉末,便于長(zhǎng)期儲(chǔ)存和運(yùn)輸?!敝苊癖硎?,但要邁向產(chǎn)業(yè)化,還得開展大型動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證。
周民告訴記者,和其他新藥研發(fā)歷程相似,該遞送系統(tǒng)要真正變成產(chǎn)品,要經(jīng)歷臨床試驗(yàn)、安全性評(píng)價(jià)等階段,在此期間,技術(shù)改進(jìn)、風(fēng)險(xiǎn)投資缺一不可。瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo),相關(guān)工作正在有序進(jìn)行。(洪恒飛 盧馨怡 記者 江 耘)
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