離子液體介導納米囊泡助力胰島素高效經(jīng)皮給藥

2024年12月，九州大學Fahmida Habib Nabila等團隊在《ACS Biomaterials Science & Engineering》發(fā)表研究。該研究針對胰島素經(jīng)皮遞送的技術(shù)瓶頸，開發(fā)了含生物相容性脂質(zhì)基離子液體[EDMPC][Lin]的類脂體（ET）和反式類脂體（TET1）納米囊泡制劑，通過預混合-涂覆工藝優(yōu)化，實現(xiàn)胰島素的高效經(jīng)皮滲透，為糖尿病提供了無創(chuàng)、長效的給藥方案。

摘要

胰島素經(jīng)皮遞送是糖尿病管理的潛在方案，可實現(xiàn)可控緩釋并延長藥效。但胰島素分子量較大（約5800 Da），難以被動穿透皮膚角質(zhì)層，且需高劑量給藥，限制了其商業(yè)化應用。本研究開發(fā)了含生物相容性脂質(zhì)基離子液體[EDMPC][Lin]的類脂體（ET）和反式類脂體（TET）納米囊泡制劑。動態(tài)光散射、ζ電位、透射電鏡和共聚焦激光掃描顯微鏡研究表明，納米囊泡粒徑穩(wěn)定，在4℃下可穩(wěn)定保存3個月以上。與熒光素異硫氰酸酯標記胰島素（FITC-Ins）對照溶液及其他TET制劑相比，含IPM的ET和TET1制劑通過改變角質(zhì)層分子結(jié)構(gòu)，增強了FITC-Ins在小鼠和豬皮膚中的經(jīng)皮滲透（p<0.0001）。體外三維人工皮膚模型和體內(nèi)糖尿病小鼠模型研究顯示，這些納米囊泡生物相容性良好且無刺激性（細胞存活率>80%）。以30 IU/kg劑量對糖尿病小鼠經(jīng)皮給藥后，ET和TET1制劑降低了初始高血糖水平（>150 mg/dL），分別使血糖降低62%和34%，并維持低血糖狀態(tài)超過15小時，而注射組僅維持2小時。該ET和TET1制劑在商業(yè)化經(jīng)皮胰島素貼劑中具有應用潛力。

實驗材料與使用儀器

（一）實驗材料

1. 化學試劑：肉豆蔻酸異丙酯（IPM）、吐溫-80（T80）、司盤-20（S20）、1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸膽堿（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）、人重組胰島素、熒光素異硫氰酸酯異構(gòu)體1（FITC-I）、99.5%乙醇、亞油酸、PD-10葡聚糖G-25 M柱、杜氏磷酸鹽緩沖液（D-PBS）、胰蛋白酶/乙二胺四乙酸（EDTA）、異丙醇（IPA）、乙腈（ACN）。

2. 模型與樣本：三維重建人表皮模型、HR-1小鼠皮膚切片、雌性尤卡坦微型豬（YMP）冷凍皮膚樣本、5周齡雄性糖尿病小鼠。

3. 試劑盒：人胰島素酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）試劑盒。

（二）實驗儀器

1.表征儀器：動態(tài)光散射儀、色譜儀、透射電子顯微鏡、共聚焦激光掃描顯微鏡。

2.滲透與分析儀器：改良型Franz擴散池、多功能酶標儀、光譜儀（PerkinElmer）、ASCH VAPOSCAN 經(jīng)皮水分流失測量儀。

實驗過程

1.納米囊泡制備與制劑表征。

2.體外皮膚滲透實驗：采用改良型Franz擴散池，將制劑應用于豬皮膚角質(zhì)層，32.5℃孵育24小時，通過酶標儀測定接收液中FITC-Ins含量；冷凍切片后用共聚焦顯微鏡觀察皮膚滲透深度。

改良型Franz擴散池

3.角質(zhì)層結(jié)構(gòu)分析：經(jīng)制劑處理后的皮膚分離角質(zhì)層，通過光譜儀檢測脂質(zhì)和角蛋白的特征峰位移，分析分子結(jié)構(gòu)變化。

4.體內(nèi)外刺激性實驗：體外采用三維人工皮膚模型，通過MTT法測定細胞存活率；體內(nèi)在糖尿病小鼠皮膚上給藥，通過ASCH VAPOSCAN 經(jīng)皮水分流失測量儀檢測24小時和48小時的皮膚屏障功能。

ASCH VAPOSCAN經(jīng)皮水分流失測量儀

5.體內(nèi)藥效與藥代動力學：將ET和TET1制劑（30 IU/kg）經(jīng)皮應用于糖尿病小鼠，監(jiān)測24小時血糖變化；不同時間點采集血樣，通過ELISA試劑盒測定血漿胰島素濃度，分析藥代動力學參數(shù)。

實驗結(jié)論

1.成功制備了ET和TET1納米囊泡制劑，ET粒徑約160 nm（PDI<0.3），TET1粒徑約400 nm（PDI<0.15），均具有良好的物理穩(wěn)定性，4℃儲存3個月無聚集、相分離或藥物沉淀。

2.制劑生物相容性優(yōu)異，體外細胞存活率>90%，體內(nèi)經(jīng)皮水分流失無顯著變化，皮膚屏障功能可在48小時內(nèi)恢復，無刺激性。

3.體外皮膚滲透實驗證實，ET和TET1制劑可通過改變角質(zhì)層脂質(zhì)流動性和角蛋白結(jié)構(gòu)，顯著提升胰島素滲透率；體內(nèi)實驗中，ET制劑使糖尿病小鼠血糖降低62%，TET1制劑降低34%，且兩者均能維持低血糖狀態(tài)15小時，是注射組（2小時）的7倍。

4.該制劑無需侵入性操作，避免了注射帶來的疼痛、感染風險和胰島素峰值過高問題，為胰島素及其他肽類藥物的經(jīng)皮遞送提供了新策略，具有重要的商業(yè)化應用潛力。

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