一种pH敏感性介孔二氧化硅载胰岛素离子对复合物及其制备方法

摘要

本发明提供了一种pH敏感性介孔二氧化硅载胰岛素离子对复合物及其制备方法。首先将介孔二氧化硅与3‑氨丙基三乙氧基硅烷进行硅烷偶联，对其表面进行氨基修饰，然后将其与聚丙烯酸进行酰胺化反应制得pH敏感性介孔二氧化硅，最后采用浸渍法包载胰岛素离子对复合物，冷冻干燥，得到pH敏感性介孔二氧化硅载胰岛素离子对复合物。本发明针对现有介孔二氧化硅负载药物后不完全释放和难以控制的问题，提供了具有高包封率和载药量的纳米粒制剂，在胃液中不会失活，可实现胰岛素的口服。

说明书

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，更具体的说是涉及一种pH敏感性介孔二氧化硅载胰岛素离子对复合物及其制备方法。

背景技术

据国际糖尿病联盟(IDF)统计，2019年全球Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病患者人数约为4.63亿，2045年预计将达到7亿，而中国是全球糖尿病患者人数最多的国家，患糖尿病人数为1.16亿，到2045年将达到1.5亿。针对Ⅰ型糖尿病患者，胰岛素是降低血糖的唯一药物，部分Ⅱ型糖尿病患者采用胰岛素治疗，可以避免酮症酸中毒或高渗透高血糖带来的昏迷和死亡，并且大大减少慢性微血管并发症。

发展新型胰岛素给药方式对有效控制血糖、延缓糖尿病并发症的发生具有重要意义。目前，胰岛素的研究正朝着可调给药系统方向发展。但药物释放系统依赖于生理环境的变化。主要包括葡萄糖敏感，pH敏感和热敏感系统。具体来说，葡萄糖敏感的胰岛素输送系统基于葡萄糖传感器，可以根据血糖浓度的变化释放胰岛素；热响应性胰岛素输送系统使用外部可调节的热敏水凝胶来控制胰岛素的释放；pH敏感的胰岛素输送系统基于H

根据国际纯化学与应用化学联合会(IUPAC)的定义，介孔材料是指孔径在2-50nm之间的多孔材料，介孔二氧化硅材料因其组成特征而被研究者广泛认可。与其他生物材料相比，介孔二氧化硅在各种生物环境下更稳定，在生理条件下降解速度相对较慢，并且介孔二氧化硅的生物降解可防止毒性和组织中不必要的积累。作为药物载体，介孔二氧化硅颗粒具有多种优势，如高度有序的孔结构、均匀的孔径、高比表面积、大孔体积、易于表面修饰和最佳的生物相容性。许多类型的介孔二氧化硅颗粒被证明在许多生物系统中是无毒的，如果它们具有某些优化的结构特征并以适当的剂量应用。介孔二氧化硅纳米粒智能给药系统广泛应用于药物和生物大分子的给药，可以显著提高药物的包封率和防止药物泄漏。

目前，国内外研究胰岛素口服给药的策略主要有通透增强剂法、抗酶降解法、微颗粒法、肠道贴片法和微针法等。口服胰岛素纳米给药系统的文献较多，尤其是对于胰岛素的非注射给药系统，在口服制剂、吸入制剂、透皮制剂、直肠给药等方面已经取得了一定的进展，但仍然存在诸如胰岛素生物利用度低、给药剂量难以精确控制、质量稳定性差、使用依从性差等。因此，有必要研究开发具有较高的包封率和载药量的纳米粒制剂，达到具有一定缓释性和多种给药途径的制剂来增加患者使用的依从性。

发明内容

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种pH敏感性介孔二氧化硅载胰岛素离子对复合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将介孔二氧化硅加入到无水甲苯中，用超声波进行空化，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在氮气气氛下回流后离心并洗涤固体沉淀物，真空干燥，得到氨基化介孔二氧化硅纳米粒，即为NH

(2)将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺加入到去离子水中，再加入聚丙烯酸，磁力搅拌，然后加入NH

(3)配制胰岛素溶液和阴离子表面活性剂溶液；

(4)将阴离子表面活性剂溶液滴加到胰岛素溶液中并不断振摇，静置后离心，得到白色沉淀物，洗涤后冷冻干燥，得到胰岛素离子对复合物粉末，即为INS-C

(5)将INS-C

优选地，步骤(1)中介孔二氧化硅与无水甲苯的比例为500mg：30ml。

优选地，步骤(1)中介孔二氧化硅与3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1：2。

优选地，步骤(1)中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷后，磁力搅拌10min。

优选地，步骤(1)中氮气气氛回流的条件为在80℃下回流8h。

优选地，步骤(1)和步骤(2)中超声波空化功率为250W，时间为3min。

优选地，步骤(2)中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和聚丙烯酸的质量比为50：10：50-200。

优选地，步骤(2)中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与去离子水的比例为50mg：50ml。

优选地，步骤(2)中聚丙烯酸和NH

优选地，步骤(2)中聚丙烯酸和NH

优选地，步骤(2)中聚丙烯酸的分子量为30000-45000。

优选地，步骤(2)中将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺加入到去离子水中后，磁力搅拌10min。

优选地，步骤(2)中加入聚丙烯酸后，在150-200rpm的转速下磁力搅拌4h。

优选地，步骤(2)中用超声波进行空化后，磁力搅拌24h。

优选地，步骤(2)中离心后用无水乙醇洗涤。

优选地，步骤(3)中胰岛素溶液的配制方法为，将胰岛素溶于pH＝2的酸性水溶液或缓冲溶液中，得到10-15mg/ml的胰岛素溶液；阴离子表面活性剂溶液的配制方法为，将阴离子表面活性剂溶于pH＝5的酸性水溶液或缓冲溶液中，得到2-5mg/ml阴离子表面活性剂溶液。

优选地，步骤(3)中酸性水溶液为盐酸、磷酸或醋酸溶液；缓冲溶液为磷酸盐溶液。

优选地，步骤(3)中胰岛素为动物胰岛素或重组人胰岛素。

优选地，步骤(3)中阴离子表面活性剂选自癸酸钠、脱氧胆酸钠、油酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种。

优选地，步骤(4)中，阴离子表面活性剂溶液与胰岛素溶液的摩尔比为6：1。

优选地，步骤(4)中静置时间为12h。

优选地，步骤(4)中白色沉淀物用0.01mol/L的盐酸或缓冲液洗涤。

优选地，步骤(5)中INS-C

优选地，步骤(5)中胰岛素离子对复合物溶液的浓度为0.5-2mg/ml。

优选地，步骤(5)中超声波空化功率为250W，时间为5min。

优选地，步骤(5)中磁力搅拌的时间为24h。

优选地，步骤(5)中离心的方法为，在8000r/min的转速下离心3min。

优选地，步骤(5)中洗涤的方法为，用0.01mol/L盐酸洗涤。

一种由上述方法制备得到的pH敏感性介孔二氧化硅载胰岛素离子对复合物。

本发明的有益效果为：

(1)采用pH敏感性介孔二氧化硅作为药物载体，二氧化硅本身具有较强的粘液穿透性，其次将胰岛素与癸酸钠形成离子对复合物，采用浸渍法将胰岛素-癸酸钠离子对复合物装载到pH敏感性介孔二氧化硅孔道内部，以pH敏感性聚合物聚丙烯酸作为介孔二氧化硅孔道的封堵材料，在酸性环境的胃液中，聚丙烯酸会收缩，在PAA@NH

本发明选择聚丙烯酸的分子量大小为30000-45000，如果分子量过大，会导致聚丙烯酸在肠液环境中溶胀时间延长，无法及时释放药物。同时，聚丙烯酸的用量，决定了能否有效封堵裸露在外的介孔二氧化硅孔出口。本发明在研究中发现，聚丙烯酸和NH

(2)本发明所制备的pH敏感性介孔二氧化硅载胰岛素离子对复合物的载药量达到18.3％，包封率为96.1％，可实现对胰岛素-癸酸钠离子对复合物的有效包埋。pH敏感性介孔二氧化硅作为药物载体，其生物相容性良好，且胰岛素和癸酸钠形成的离子对复合物能实现在水溶液中对药物的负载，实现药物的高载药量，提高了其水溶性和溶出度，有利于药物负载和释放，同时提高了胰岛素的稳定性，表面接枝的pH敏感性材料聚丙烯酸可有效降低胰岛素在模拟胃液中的释放，12h内累积释放仅24.8％的胰岛素，而在模拟肠液中1h就累积释放了43.7％的胰岛素，连续释放12h后，累积释放量可以达到80.9％。介孔二氧化硅的孔道结构在一定程度上保护了胰岛素，同时作为封堵孔道的聚丙烯酸材料使得胰岛素在胃液条件仍能得到有效保护，提高了生物利用度，因此能够实现胰岛素的口服给药。本发明的制备方法简便可靠，条件温和，实验周期较短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1中的(a)为猪胰岛素的傅里叶红外光谱图；图1中的(b)为胰岛素-癸酸钠(物理混合)的傅里叶红外光谱图；图1中的(c)为胰岛素-癸酸钠离子对复合物的傅里叶红外光谱图；图1中的(d)为癸酸钠的傅里叶红外光谱图。

图2(a)为实施例1所制备的1#PAA@NH

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种pH敏感性介孔二氧化硅载胰岛素离子对复合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)取500mg介孔二氧化硅，加入30ml无水甲苯，用超声波进行空化，加入1.0g 3-氨丙基三乙氧基硅烷，磁力搅拌10min，并在80℃、氮气气氛下回流8h，离心并洗涤固体沉淀物，真空干燥，得到氨基化介孔二氧化硅纳米粒，即为NH

(2)将50mg 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和10mg N-羟基琥珀酰亚胺加入到去离子水中，磁力搅拌10min，再加入50mg聚丙烯酸，磁力搅拌4h，然后加入100mg NH

(3)将胰岛素溶于pH＝2的酸性水溶液或缓冲溶液中，得到浓度为10-15mg/ml的胰岛素溶液；将癸酸钠溶于pH＝5的酸性水溶液或缓冲溶液中，得到浓度为2-5mg/ml的阴离子表面活性剂溶液；

(4)按照癸酸钠与胰岛素摩尔比为6：1的比例，将阴离子表面活性剂溶液缓慢滴加到胰岛素溶液中并不断振摇，即析出白色絮状沉淀物，静置12h，将溶液进行离心分离，得到白色沉淀物，用0.01mol/L的盐酸溶液或缓冲液洗涤，冷冻干燥，得到胰岛素离子对复合物粉末；

(5)精密称取10mg胰岛素离子对复合物粉末，溶解于水中，用NaOH溶液调节pH＝7-8，得到浓度为0.5-2mg/ml的胰岛素离子对复合物溶液，再加入50mg PAA@NH

实验1

载药量和包封率的测定

包封率和载药量常用来表示药物载体的载药能力，本文采用间接法，利用高效液相色谱仪检测未负载到介孔二氧化硅上游离的胰岛素来计算包封率和载药量。其中，包封率是指包裹进入药物载体的药量与投药量的比值，载药量是指包裹进入药物载体的药量与总质量(载体+所包裹药物)的比值，其计算公式如下：

其中，V

计算得1#PAA@NH

实验2

模拟释放

分别采用pH＝1.2的盐酸盐缓冲溶液和pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液作为体外模拟胃液和模拟肠液，分析介孔二氧化硅中胰岛素的释放行为。准确称量10.0mg载胰岛素离子对复合物介孔二氧化硅纳米粒分别溶解在10mL的模拟胃液(含有0.15M HCl和0.05M KCl，pH＝1.2)和模拟肠液(含有8g NaCl、0.2g KCl、1.44g Na

E

体外释放结果显示，1#PAA@NH

实施例2

实施例2的制备方法与实施例1相同，区别仅在于：步骤(2)中聚丙烯酸的加入量为100mg，NH

检测方法同实验1和实验2。计算得2#PAA@NH

实施例3

实施例3的制备方法与实施例1相同，区别仅在于：步骤(2)中聚丙烯酸的加入量为150mg，NH

检测方法同实验1和实验2。计算得3#PAA@NH

实施例4

实施例4的制备方法与实施例1相同，区别仅在于：步骤(2)中聚丙烯酸的加入量为200mg，NH

检测方法同实验1和实验2。计算得4#PAA@NH

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。