《AFM》郑州大学梅英武、陕西科技大学陈咏梅:双齿β-环糊精水凝胶仿生葡萄糖触发胰岛素释放系统
【摘要】
人体通过D-葡萄糖与生物受体的特异性结合启动,具有精细的代谢系统来调节血液中的D-葡萄糖水平,但不能释放胰岛素会诱发高血糖或I型糖尿病。虽然胰岛素输送是一种有效的高血糖治疗形式,但用于按需补充的胰岛素释放的自我调节触发仍然不足。
最近,郑州大学基础医学院梅英武副教授,陕西科技大学Renqi Wang博士、陈咏梅教授团队共同提出了一种仿生葡萄糖触发-胰岛素释放系统,即一种预载胰岛素的双齿 β-环糊精基水凝胶;双自我调节系统显示特定的 D-葡萄糖反应,以实现准确监测和同时按需触发胰岛素释放。D-葡萄糖与双齿β-环糊精之间的特异性结合诱导质子的释放,导致水凝胶的宏观膨胀,随后触发胰岛素的按需和长期补充。相反,D-葡萄糖的异构体,如 D-果糖和 D-半乳糖,会导致水凝胶收缩,并延迟胰岛素释放。I 型糖尿病小鼠模型的体内研究确定,虽然双齿 β-CD 水凝胶预装了短效胰岛素,但它可以在12小时内对血糖水平进行长效控制。相关论文以题为Biomimetic Glucose Trigger-Insulin Release System Based on Hydrogel Loading Bidentate β-Cyclodextrin发表在《Advanced Functional Materials》上。
【总结】
双齿 β-CD 通过三个简单的反应很容易合成,从 DMβCD 和对(溴甲基)苯基硼酸开始。双齿β-CD的形成过程被发现是尺寸选择性的,因为从间(溴甲基)苯基硼酸试剂中,不能提供双齿β-CD衍生物。双齿 β-CD(即 4-CH2PACD)包含葡萄糖狭缝,并显示出与 D-葡萄糖的高效特异性结合。合成的 4-CH2PACD 被掺杂到 PAAm 水凝胶中,赋予水凝胶对 D-葡萄糖的特异性反应。具体而言,当凝胶在 D-葡萄糖溶液中平衡时,水凝胶的膨胀是可见的,而在 D-葡萄糖异构体(如 D-果糖和 D-半乳糖)溶液中则收缩。发现这种特征有利于自我调节的特定葡萄糖响应性胰岛素释放,因为溶液中高浓度的 D-葡萄糖会导致凝胶膨胀并增加网格尺寸。体内试验表明,在 T1DM 中预加载双齿 β-CD 和短活性胰岛素的 PAAm 水凝胶能够实现长期持续的血糖控制。预计这种简便的合成方法将为双齿 β-CD 作为各种重要生物化合物或代谢物的受体的合成打开一扇新的大门。考虑到 β-CD 与许多生物或药物活性化合物之间的多功能主客体内含物,以及双齿 β-CD 与靶向生物分子之间的特定相互作用,为 DSGTIR 开发了一种新机制。
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