相比起用定期針頭注射胰島素治療糖尿病患者，口服蛋白藥物被認為是有效解決方案?？诜鞍踪|(zhì)制劑的臨床轉(zhuǎn)化由于藥物不能有效地穿過腸粘液和上皮細胞層而受到阻礙，這導(dǎo)致其吸收和生物利用度低，且打開緊密連接（緊密連接：又稱閉鎖小帶，相鄰細胞膜共同構(gòu)成的一個事實上液體無法穿透的屏障。是兩個細胞間緊密相連的區(qū)域。它是一類只在脊椎動物中出現(xiàn)的細胞連接復(fù)合物）會引起安全問題。
近日，Nature Nanotechnology刊登了由美國韋恩州立大學(xué)華人學(xué)者曹智強副教授團隊的最新成果。他們報告的兩性離子膠束有望解決上述問題，該膠束具有模擬病毒的兩性離子表面，甜菜堿側(cè)鏈和超低的臨界膠束濃度，能夠使藥物通過粘液滲透，并通過轉(zhuǎn)運蛋白的上皮有效吸收，而無需打開緊密連接。
亮點：
1. 該膠束平臺通過將兩性離子膠束胰島素的冷凍干燥粉末封裝到腸溶衣膠囊中而用于制備口服胰島素原型樣本。
2. 生物相容性口服胰島素具有高達 40％的高口服生物利用度，提供了微調(diào)胰島素作用模式的可能性，以及長期安全性，從而可以通過口服方式遞送蛋白質(zhì)藥物。
【圖文解析】
作者使用兩性甜菜堿聚合物膠束（DSPE-PCB）來模擬衣殼病毒的表面特征（圖1a），并封裝模型蛋白胰島素。聚羧酸甜萊堿（PCB）通過質(zhì)子輔助氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白1（PAT1）穿透上皮細胞層（圖1b）。PAT1可以促進甜菜堿和甜菜堿衍生物滲透到上皮細胞層。
兩性離子膠束DSPE-PCB的一項主要優(yōu)勢是其超低臨界膠束濃度（CMC）低于10-6?mM。與CMC值高幾個數(shù)量級的普通表面活性劑相比，這意味著DSPE-PCB分解并在緊密連接蛋白和細胞膜上發(fā)揮去污垢作用的可能性很小。經(jīng)乳果糖-甘露醇腸道通透性測試和透射電子顯微鏡（TEM）表征，DSPE-PCB處理的上皮組織未顯示任何閉鎖小帶打開（圖1c）。
作者構(gòu)建了由兩性單體和其他中性，帶正電和帶負電的單體與熒光交聯(lián)劑交聯(lián)而成的納米凝膠顆粒（圖2a）。
盡管這些納米凝膠顆粒粒徑約40 nm，但他們ζ電勢明顯不同（圖2b）。
將這些顆粒與豬的胃粘液溫育，并在共聚焦熒光顯微鏡下追蹤其擴散軌跡。
兩性PCB顆粒的整體平均幾何均方位移（MSD）約為PEG顆粒的6.7倍，是陰離子和陽離子顆粒的100倍甚至更多倍（圖2c））。
這些結(jié)果表明，兩性顆粒在粘液中的擴散速度比現(xiàn)有技術(shù)中穿透粘液的PEG顆?？斓枚唷?/p>
兩性離子膠束通過轉(zhuǎn)運蛋白增加吸收
兩性離子DSPE-PCB用于通過簡單過程封裝人類重組胰島素，在存在DSPE-PCB和胰島素的情況下，緩慢添加Zn2+，這會導(dǎo)致胰島素沉淀和膠束封裝。DSPE-PCB /胰島素和聚山梨酯80 /胰島素的尺寸低于30 nm（圖3a，b）。經(jīng)發(fā)現(xiàn)，DSPE-PCB輸送注射入糖尿病小鼠的胰島素有效的降低了小鼠血糖水平（圖3c）。為了研究DSPE-PCB膠束穿過上皮層的潛在途徑，將金納米顆粒封裝其內(nèi) 。注射后1小時， TEM圖表明位于上皮細胞內(nèi)部的金納米顆粒證明的轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)途徑（圖3d）。
進一步共聚焦激光掃描顯微鏡和流式細胞術(shù)對DSPE-PCB /熒光標(biāo)記的聚苯乙烯納米顆粒進行了體外細胞吸收研究。與常規(guī)3T3細胞相比，在Caco-2細胞上觀察到了DSPE-PCB膠束顆粒的明顯更高水平的細胞攝取（圖4 a–c）。甜菜堿或L-色氨酸明顯抑制了Caco-2這種高水平細胞攝取（圖4 a–c）。聚山梨酯80用作非靶向?qū)φ眨窗l(fā)現(xiàn)Caco-2細胞可觀察到的聚山梨酯80吸收（圖4 d）。
上皮穿透而不打開緊密連接
作者接著將乳果糖，甘露醇和游離膠束共同通過回腸注射給健康和糖尿病小鼠。其中采用液相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜法（LC-MS-MS）對乳果糖和甘露醇含量進行定量（圖5a，b）。緊密連接打開允許更多的乳果糖（比甘露醇大）通過，并總體上增加了排泄的L / M比。與此相反，聚山梨醇酯80和癸酸鈉兩治療組顯示較高的L / M比值。經(jīng)DSPE-PCB膠束處理的組織顯示出完整的緊密連接，其形態(tài)與未經(jīng)任何膠束處理的對照組織相似（圖5c）。
口服胰島素原型樣本的開發(fā)
通過將直接凍干的DSPE-PCB /胰島素粉末包裝到M號豬明膠膠囊中，然后進行Eudragit L100-55腸溶包衣程序?；诮堤乔€（圖7a），經(jīng)計算DSPE-PCB /胰島素膠囊的藥理活性為43.4％，遠高于聚山梨酯80 /胰島素膠囊的8.56％。根據(jù)血清胰島素曲線（圖7b），DSPE-PCB /胰島素膠囊的生物利用度計算為42.6％，而聚山梨酯80 /胰島素僅為8.35％。通過改變原型樣本配方中使用的Zn2+的組成，研究了降低血糖水平的可行性，和食物對DSPE-PCB /胰島素膠囊的潛在作用（圖7c和d）。在離體熒光成像研究中，進一步檢查了口服后不同時間點口服胰島素的吸收部位（圖7e）。
【陳述總結(jié)】
總而言之，該文顯示了兩性膠束平臺（DSPE-PCB）能夠同時解決粘液和上皮屏障的障礙，并大大增強了蛋白質(zhì)有效載荷（胰島素）在腸道的轉(zhuǎn)運。通過將DSPE-PCB /胰島素的干粉包裝到腸溶膠囊中，可以輕松制造口服胰島素原型樣本。與其他臨床前口服胰島素不同，該制劑利用PAT1作為上皮滲透的機制，在微調(diào)藥物作用過程中實現(xiàn)了高生物利用度和可控制的多功能性，并且不會引起緊密連接打開。
作者簡介
曹智強，2000-2007年獲天津大學(xué)高分子材料與工程學(xué)士學(xué)位和生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位， 2011年獲華盛頓大學(xué)化學(xué)工程博士學(xué)位，師從華盛頓大學(xué)華人教授江紹毅。
曾在麻省理工學(xué)院David H. Koch綜合癌癥研究所Robert Langer的實驗室，及波士頓兒童醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院麻醉學(xué)部任研究員。
現(xiàn)任韋恩州立大學(xué)化學(xué)工程與材料科學(xué)學(xué)院副教授。主要研究方向為新材料及其在醫(yī)療和生物醫(yī)學(xué)工程中的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
他的研究由國家科學(xué)基金會（NSF），美國國家衛(wèi)生研究院（NIH）和青少年糖尿病研究基金會（JDRF）等多項計劃支持。并獲得2016年NIH NIDDK 1型糖尿病探路者獎（DP2）。
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