离子液体介导纳米囊泡助力胰岛素高效经皮给药

2024年12月，九州大学Fahmida Habib Nabila等团队在《ACS Biomaterials Science & Engineering》发表研究。该研究针对胰岛素经皮递送的技术瓶颈，开发了含生物相容性脂质基离子液体[EDMPC][Lin]的类脂体（ET）和反式类脂体（TET1）纳米囊泡制剂，通过预混合-涂覆工艺优化，实现胰岛素的高效经皮渗透，为糖尿病提供了无创、长效的给药方案。

摘要

胰岛素经皮递送是糖尿病管理的潜在方案，可实现可控缓释并延长药效。但胰岛素分子量较大（约5800 Da），难以被动穿透皮肤角质层，且需高剂量给药，限制了其商业化应用。本研究开发了含生物相容性脂质基离子液体[EDMPC][Lin]的类脂体（ET）和反式类脂体（TET）纳米囊泡制剂。动态光散射、ζ电位、透射电镜和共聚焦激光扫描显微镜研究表明，纳米囊泡粒径稳定，在4℃下可稳定保存3个月以上。与荧光素异硫氰酸酯标记胰岛素（FITC-Ins）对照溶液及其他TET制剂相比，含IPM的ET和TET1制剂通过改变角质层分子结构，增强了FITC-Ins在小鼠和猪皮肤中的经皮渗透（p<0.0001）。体外三维人工皮肤模型和体内糖尿病小鼠模型研究显示，这些纳米囊泡生物相容性良好且无刺激性（细胞存活率>80%）。以30 IU/kg剂量对糖尿病小鼠经皮给药后，ET和TET1制剂降低了初始高血糖水平（>150 mg/dL），分别使血糖降低62%和34%，并维持低血糖状态超过15小时，而注射组仅维持2小时。该ET和TET1制剂在商业化经皮胰岛素贴剂中具有应用潜力。

实验材料与使用仪器

（一）实验材料

1. 化学试剂：肉豆蔻酸异丙酯（IPM）、吐温-80（T80）、司盘-20（S20）、1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DMPC）、三氟甲磺酸乙酯、3-（4,5-二甲基-2-噻唑基）-2,5-二苯基-2H-四氮唑溴化物（MTT）、人重组胰岛素、荧光素异硫氰酸酯异构体1（FITC-I）、99.5%乙醇、亚油酸、PD-10葡聚糖G-25 M柱、杜氏磷酸盐缓冲液（D-PBS）、胰蛋白酶/乙二胺四乙酸（EDTA）、异丙醇（IPA）、乙腈（ACN）。

2. 模型与样本：三维重建人表皮模型、HR-1小鼠皮肤切片、雌性尤卡坦微型猪（YMP）冷冻皮肤样本、5周龄雄性糖尿病小鼠。

3. 试剂盒：人胰岛素酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒。

（二）实验仪器

1.表征仪器：动态光散射仪、色谱仪、透射电子显微镜、共聚焦激光扫描显微镜。

2.渗透与分析仪器：改良型Franz扩散池、多功能酶标仪、光谱仪（PerkinElmer）、ASCH VAPOSCAN 经皮水分流失测量仪。

实验过程

1.纳米囊泡制备与制剂表征。

2.体外皮肤渗透实验：采用改良型Franz扩散池，将制剂应用于猪皮肤角质层，32.5℃孵育24小时，通过酶标仪测定接收液中FITC-Ins含量；冷冻切片后用共聚焦显微镜观察皮肤渗透深度。

改良型Franz扩散池

3.角质层结构分析：经制剂处理后的皮肤分离角质层，通过光谱仪检测脂质和角蛋白的特征峰位移，分析分子结构变化。

4.体内外刺激性实验：体外采用三维人工皮肤模型，通过MTT法测定细胞存活率；体内在糖尿病小鼠皮肤上给药，通过ASCH VAPOSCAN 经皮水分流失测量仪检测24小时和48小时的皮肤屏障功能。

ASCH VAPOSCAN经皮水分流失测量仪

5.体内药效与药代动力学：将ET和TET1制剂（30 IU/kg）经皮应用于糖尿病小鼠，监测24小时血糖变化；不同时间点采集血样，通过ELISA试剂盒测定血浆胰岛素浓度，分析药代动力学参数。

实验结论

1.成功制备了ET和TET1纳米囊泡制剂，ET粒径约160 nm（PDI<0.3），TET1粒径约400 nm（PDI<0.15），均具有良好的物理稳定性，4℃储存3个月无聚集、相分离或药物沉淀。

2.制剂生物相容性优异，体外细胞存活率>90%，体内经皮水分流失无显著变化，皮肤屏障功能可在48小时内恢复，无刺激性。

3.体外皮肤渗透实验证实，ET和TET1制剂可通过改变角质层脂质流动性和角蛋白结构，显著提升胰岛素渗透率；体内实验中，ET制剂使糖尿病小鼠血糖降低62%，TET1制剂降低34%，且两者均能维持低血糖状态15小时，是注射组（2小时）的7倍。

4.该制剂无需侵入性操作，避免了注射带来的疼痛、感染风险和胰岛素峰值过高问题，为胰岛素及其他肽类药物的经皮递送提供了新策略，具有重要的商业化应用潜力。

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