葡萄糖响应性胰岛素递送组合物和方法技术

本文公开了一种葡萄糖响应性胰岛素递送系统，所述胰岛素递送系统基于经葡萄糖修饰的胰岛素与红血球(或红细胞，RBC)上的葡萄糖转运蛋白(GLUT)之间的相互作用。在与葡萄糖缀合之后，胰岛素可以有效地结合到RBC膜。所述结合在高血糖症的情况下是可逆的，导致胰岛素的快速释放以及随后体内血糖(BG)水平的下降。在一些实施方案中，递送媒介物可以包括：1)可静脉内注射的聚合物纳米颗粒(直径为约100nm)，所述纳米颗粒涂布有RBC膜并装载有经葡萄糖修饰的胰岛素，和/或2)无痛微针(MN)贴剂，所述无痛微针贴剂装载有GLUT和经葡萄糖修饰的胰岛素的复合物。

Glucose responsive insulin delivery compositions and methods

A glucose-responsive insulin delivery system based on the interaction between glucose-modified insulin and glucose transporter (GLUT) on red blood cells (or red blood cells, RBC) is disclosed. After glucose conjugation, insulin can bind to the RBC membrane effectively. The binding is reversible in the case of hyperglycemia, resulting in rapid release of insulin and subsequent decrease in blood sugar (BG) levels in the body. In some implementations, delivery media may include: 1) intravenously injectable polymer nanoparticles (about 100 nm in diameter) coated with RBC membranes and loaded with glucose-modified insulin, and/or 2) painless microneedle (MN) patches loaded with GLUT and glucose-modified pancreas. Isomer complex.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】葡萄糖响应性胰岛素递送组合物和方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年1月14日提交的美国临时申请号62/278,614的权益，所述申请特此以引用的方式整体并入本文。关于联邦政府赞助的研究或开发的声明本专利技术在政府以美国国立卫生研究院授予的资助号1UL1TR001111支持下进行。政府享有本专利技术的某些权利。背景糖尿病目前影响全球4.15亿人口，并且预计到2040年这一数字将增加到6.42亿。胰岛素对于1型糖尿病的存活至关重要，并且通常也是治疗2型糖尿病所需的，以便控制血糖并预防并发症。然而，传统的外源性胰岛素施用无法与由朗格罕斯胰岛细胞内的β-细胞对血糖实现的精细调节相匹配，其中内源性胰岛素分泌通过新陈代谢与葡萄糖转运关联起来。较差的葡萄糖控制会导致高糖尿病并发症风险，诸如截肢、失明和肾衰竭。此外，低血糖可导致行为和认知障碍、癫痫、昏迷、脑损伤或死亡。因此，非常需要“智能的”葡萄糖响应性胰岛素递送装置或制剂，其可以模拟β-细胞的功能来调节胰岛素“分泌”，目的是改善糖尿病患者的血糖控制和生活质量。这种“智能的”疗法通常整合了葡萄糖感测或转换模块以及感测/转换激活的胰岛素释放模块。例如，穿戴式闭环电子/机械泵结合了连续葡萄糖监测电化学传感器和外部胰岛素输注泵。这些系统历来受到滞后的血糖与小间隙的平衡、进入循环的胰岛素吸收和生物污染的限制。从二十世纪七十年代开始也已经广泛地探索了基于合成材料的葡萄糖响应制剂。经常利用三种经典策略，通常包括不同的葡萄糖感测部分：葡萄糖氧化酶、葡萄糖结合蛋白(GPB)(例如，ConA)(14)和苯基硼酸(PBA)，以实现葡萄糖触发。已经开发了各种各样的制剂，诸如大块水凝胶、微凝胶、基于乳液的纳米颗粒和自组装囊泡，以对高血糖状态作出溶胀、收缩、降解或解离的响应，以便促进胰岛素的释放。尽管有这些颇具前景的策略，但是要呈现能对升高的血糖(BG)水平快速作出响应，从而严密地复制健康胰腺的动力学的系统仍然存在挑战。此外，那些合成系统的免疫响应、在生理环境中的稳定性和长期毒性需要进一步调查。概述本文公开了葡萄糖响应性胰岛素递送组合物，所述递送组合物可以用于控制受试者体内的葡萄糖水平。具体而言，公开了一种组合物，所述组合物包含经葡萄糖修饰的胰岛素分子，所述胰岛素分子包含例如通过至少一个连接子分子缀合到至少一个葡萄糖部分的胰岛素部分。在这些实施方案中，经葡萄糖修饰的胰岛素分子被配置成可逆地结合葡萄糖结合结构，使得经葡萄糖修饰的胰岛素在高葡萄糖条件下被内源性葡萄糖置换。这导致产生了经葡萄糖修饰的胰岛素分子的生物利用度，在此情况下它可以促进葡萄糖代谢。由于释放率取决于葡萄糖浓度，可以紧密地调节葡萄糖水平。在一些实施方案中，经葡萄糖修饰的胰岛素分子包含通过不同的连接子分子缀合到胰岛素部分的2、3、4、5、6或更多个葡萄糖部分。例如，连接子分子可以是合成的。在一些实施方案中，连接子分子包含马来酰亚胺基团。在一些实施方案中，连接子分子包含聚乙二醇(PEG)基团。在一些情况下，连接子分子是肽连接子，诸如具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个氨基酸的肽。胰岛素部分可以是任何生物活性形式的胰岛素，诸如人胰岛素或胰岛素同系物。胰岛素优选地是重组蛋白。胰岛素可以是速效的(例如，赖脯胰岛素、门冬胰岛素、赖谷胰岛素)、短效的(普通胰岛素、velosulin、诺和灵)、中效的(NPH)或长效的(甘精胰岛素、地特胰岛素、德谷胰岛素)。在一些实施方案中，所公开的组合物包含具有不同形式的胰岛素部分的经葡萄糖修饰的胰岛素分子的混合物。在一些情况下，使用者在向受试者施用之前在适合于经葡萄糖修饰的胰岛素分子可逆地结合葡萄糖结合结构的条件下将包含经葡萄糖修饰的胰岛素分子的组合物与葡萄糖结合结构混合。在其他实施方案中，所述组合物包含已结合到葡萄糖结合结构的经葡萄糖修饰的胰岛素分子。葡萄糖结合结构可以是能够在体内可逆地结合葡萄糖的任何生物相容性底物。例如，所述结构可以包含葡萄糖转运蛋白(GLUT)，所述葡萄糖转运蛋白是有助于葡萄糖转运到质膜上的膜蛋白。GLUT1是在红细胞(红血球)中以最高水平表达的葡萄糖转运蛋白。因此，在特定实施方案中，葡萄糖结合结构是红细胞(红血球)，诸如人红细胞。然而，在其他实施方案中，葡萄糖结合结构仅包括红细胞的质膜或包含GLUT蛋白的其他细胞。例如，质膜可以附着于生物相容性纳米颗粒。在一些实施方案中，合适的纳米颗粒的平均直径可以为约50至约150纳米，包括约50、60、70、80、90、100、110、120、130、140和150纳米。在一些实施方案中，纳米颗粒包含聚(丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)共聚物。在一些实施方案中，纳米颗粒由葡聚糖形成。在一些实施方案中，纳米颗粒由透明质酸形成。在一些实施方案中，纳米颗粒是脂质体。经葡萄糖修饰的胰岛素分子被配置成在高葡萄糖条件下从葡萄糖结合结构移出。在一些实施方案中，经葡萄糖修饰的胰岛素分子被配置成在葡萄糖水平达到或超过约200mg/dL时从葡萄糖结合结构移出。虽然应理解经葡萄糖修饰的胰岛素分子在低葡萄糖水平下仍然会从葡萄糖结合结构移出，但是它是在较低的速率下进行的。因此，在一些实施方案中，葡萄糖结合结构优选地在低葡萄糖生理环境，例如葡萄糖浓度为0至200mg/dL中结合经葡萄糖修饰的胰岛素。在优选的实施方案中，葡萄糖结合结构被配置成在这些低葡萄糖条件下在至少10、20、30、40或50天内稳定地结合经葡萄糖修饰的胰岛素。在一些实施方案中，可以通过连接子性质在激素与葡萄糖衍生物之间调整这些动力学性质。还公开了一种使用所公开的葡萄糖响应性胰岛素递送组合物控制受试者体内的胰岛素水平的方法。具体而言，所公开的方法可以包括向经诊断患有糖尿病的受试者施用治疗有效量的所公开的组合物。在一些实施方案中，受试者患有I型糖尿病。在一些实施方案中，受试者患有II型糖尿病。在一些实施方案中，受试者患有妊娠糖尿病。所公开的方法在一些情况下可以用来取代胰岛素泵。此外，所公开的方法在一些情况下可以实现对葡萄糖监测的需求和/或频率的降低。所公开的组合物可以适合于暴露于循环中的葡萄糖的任何方式施用。在一些实施方案中，所述组合物通过透皮贴剂来递送。例如，所述组合物可以通过微针阵列贴剂来递送。附图和下面的描述中阐述了本专利技术的一个或多个实施方案的细节。根据说明书和附图以及权利要求书将清楚明白本专利技术的其他特征、目的和优点。附图描述图1A示出了基于红细胞的葡萄糖响应性胰岛素递送系统的示意图。合成的Glu-胰岛素通过与质膜上的葡萄糖受体/转运蛋白相互作用而附着于红细胞(红血球)。I和II：mRBC的收集和分离。Ⅲ：Glu-胰岛素结合到mRBC。图1B示出了用于由高血糖状态触发来释放更多胰岛素的体内胰岛素递送的附着有胰岛素的红细胞的示意图。图2示出了将葡萄糖缀合到胰岛素的合成步骤。图3A示出了葡萄糖-胰岛素缀合物的十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)。葡萄糖与胰岛素的摩尔比为(1)0:1，(2)1:1，(3)10:1和(4)100:1。当与葡萄糖缀合时，胰岛素的分子量增加，使得它们可以在SDS-PAGE中与天然胰岛素区分开来。此外，当葡萄糖与胰岛素之比增加至100:本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，所述组合物包含：经葡萄糖修饰的胰岛素分子，所述胰岛素分子包含通过至少一个连接子分子缀合到至少一个葡萄糖部分的胰岛素部分，并且其中所述经葡萄糖修饰的胰岛素分子被配置成可逆地结合葡萄糖结合结构，其中所述葡萄糖结合结构在高葡萄糖条件下释放所述经葡萄糖修饰的胰岛素的一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.14 US 62/278,6141.一种组合物，所述组合物包含：经葡萄糖修饰的胰岛素分子，所述胰岛素分子包含通过至少一个连接子分子缀合到至少一个葡萄糖部分的胰岛素部分，并且其中所述经葡萄糖修饰的胰岛素分子被配置成可逆地结合葡萄糖结合结构，其中所述葡萄糖结合结构在高葡萄糖条件下释放所述经葡萄糖修饰的胰岛素的一部分。2.如权利要求1所述的组合物，所述组合物还包含所述葡萄糖结合结构，其中所述葡萄糖结合结构结合到所述经葡萄糖修饰的胰岛素分子。3.如权利要求1或2所述的组合物，其中所述经葡萄糖修饰的胰岛素分子包含两个或更多个葡萄糖部分，其中每个葡萄糖部分通过不同的连接子分子缀合到所述胰岛素部分。4.如权利要求3所述的组合物，其中所述经葡萄糖修饰的胰岛素分子包含两个葡萄糖部分。5.如权利要求1-4中任一项所述的组合物，其中所述连接子分子是合成的。6.如权利要求1-5中任一项所述的组合物，其中所述连接子分子包含马来酰亚胺基团。7.如权利要求1-6中任一项所述的组合物，其中所述连接子分子包含聚乙二醇(PEG)基团。8.如权利要求1-7中任一项所述的组合物，其中所述葡萄糖结合结构是红细胞。9.如权利要求8所述的组合物，其中所述红细胞是人的。10.如权利要求1-7中任一项所述的组合物，其中所述葡萄糖结合结构包含附着于纳米颗粒的红细胞膜。11.如权利要求10所述的组合物，其中所述纳米颗粒的直径为50-150纳米。12.如权利要求10或11所述的组合物，其中所述纳米颗粒包含PLGA。13.如权利要求1-7中任一项所述的组合物，其中所述葡萄糖结合结构包含GLUT蛋白。14.如权利要求13所述的组合物，其中所述GLUT蛋白为GLUT1蛋白。15.如权利要求1-14中任一项所述的组合物，其中高葡萄糖条件大于或等于200mg/dL。16.如权利要求1-15中任一项所述的组合物，其中所述葡萄糖结合结构在低葡萄糖条件下结合所述经葡萄糖修饰的胰岛素，其中低葡萄糖条件是从0直至200mg/dL。17.如权利要求16所述的组合物，其中所述葡萄糖结合结构被配置成在低葡萄糖条件下在至少50天内结合所述经葡萄糖修饰的胰岛素。18.一种控制受试者体内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾臻，C·王，
申请(专利权)人：北卡罗莱纳州立大学，
类型：发明
国别省市：美国,US