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一次给药一周有效!浙大团队发明长效智能胰岛素

发布时间:2023-12-07来源:浙大融媒体作者:柯溢能798

对于数以亿计的糖尿病患者来说,注射胰岛素已经成为他们日常生活中不可或缺的治疗方式。

胰岛素可以促使葡萄糖被细胞摄入进行代谢,进而降低血液里的葡萄糖浓度。然而,在现有的治疗模式下,糖尿病患者通常需要每天多次皮下注射胰岛素,以配合日常饮食规律,维持空腹血糖和餐后血糖平稳,这无疑给糖尿病患者的日常生活带来了巨大的负担。而一旦胰岛素用量过多,便可能导致低血糖,给患者带来安全风险。

那么能不能研制出一种能够精准控制胰岛素释放的制剂,实现一次注射较长时间有效控制血糖呢?这个老百姓的朴素愿望,也是胰岛素发现100多年来国际科学界一直瞄准的科学前沿问题。

日前,浙江大学药学院、金华研究院顾臻教授和王金强研究员团队开发出一款长效胰岛素制剂,能够智能感知血糖的波动,动态调节胰岛素的释放率,可实现对血糖长时间的智能调控。

打入皮下的长效智能胰岛素制剂可以在血糖升高时快速释放胰岛素,稳定血糖

“这种可皮下注射的制剂是一种由胰岛素和葡萄糖响应性高分子形成的白色粉末状复合物,目前在基于猪的大动物模型实验结果表明,该种创新制剂显示出长效且智能响应血糖变化的胰岛素释放特性。”顾臻表示,团队正在推进临床试验的申报,未来打一次胰岛素管一周甚至在更长时间范围里安全平稳控糖或将成为现实。

这一成果也于12月6日,刊登在国际知名期刊《自然·生物医学工程学》上。

研究团队(右起:王金强研究员、顾臻教授、博士生张娟和王延芳)


仿生人体β细胞,打一针让血糖稳一周

人体的β细胞能感知葡萄糖浓度,并相应地调控胰岛素的分泌,来调整体内葡萄糖的代谢速度。然而,糖尿病患者往往因失去β细胞(1型糖尿病)或对胰岛分泌不敏感(2型糖尿病),无法维持正常血糖。

围绕这一科学原理,顾臻和王金强研究团队通过仿生β细胞的功能,重点突破如何在单次给药后,较长的时间内既能在餐后快速地释放胰岛素,又能在空腹时缓慢地释放胰岛素这一难题。

“我们研制的新型复合物,由葡萄糖酸修饰的重组人胰岛素与苯硼酸修饰的聚赖氨酸紧密结合而成。”顾臻介绍,这个新型复合物注射到皮下后类似一个胰岛素的“储库”,既有利于胰岛素长期储存在皮下,又便于在血糖上升时快速释放。

复合物形成与胰岛素糖响应释放示意图

它的魔法在哪里呢?

这种新型复合物如同一个八爪鱼,通过吸盘(苯硼酸)把带有葡萄糖的胰岛素牢牢抓住,改变了以往胰岛素储库制剂易泄露、治疗不长久的困境,在正常血糖条件下,使复合物缓慢持续释放少量胰岛素,从而维持基础血糖的稳定。

而当血液中葡糖糖浓度升高时,葡萄糖可以竞争性地与该复合物的“吸盘”结合,进而将胰岛素迅速释放,让血糖回到正常范围。

这种既“聪明”又持久的胰岛素剂型,目前在实验动物小鼠和猪上实现了成功验证。王金强说:“现有的实验,我们能够通过一次给药让30千克1型糖尿病模型猪维持一周以上的正常血糖,并且没有出现低血糖的症状。”

糖尿病小猪经长效智能胰岛素制剂治疗的血糖水平变化及复合物颗粒荧光图片


来去无踪的药物胶囊,体内不留痕迹

注射或植入的包含有生物材料的药物制剂或器件往往存在一个风险,那就是其中的材料一般会诱导纤维囊的形成。纤维囊的形成会影响制剂和器件发挥功能,比如抑制药物的释放。

顾臻和王金强研究团队研发的新型复合物,通过皮下注射后,会在脂肪层快速形成一个黄豆粒大小的药物储库,而随着胰岛素的缓慢释放,相关高分子材料也会被快速吸收。

“这个特性令我们很兴奋。正是因为我们开发的材料以及剂型的独特属性,不会产生成纤维细胞的沉积,所以不形成囊状物。”王金强介绍。

美国糖尿病学会前医学与科学主席、论文合作者John Buse教授评价说:“这是新型胰岛素研发领域令人激动的重要突破,几十年来人们一直在追寻如何让胰岛素使用更方便和安全的方法。”

这项研究第一作者是浙江大学药学院博士研究生张娟,论文共同通讯作者是顾臻和王金强。

值得一提的是,这是顾臻回国三年多来,组建的团队产生的又一项创新进展。“我们团队将继续围绕临床需求,坚持问题与产品导向,期盼让更多生物医药创新早日惠及于民。”