糖尿病是一種以高血糖為特征的慢性代謝疾病,目前治療方法主要是皮下注射胰島素和口服降糖藥,但存在頻繁注射、胰島素抵抗、低血糖、血糖失控等問題,給患者帶來諸多不便,因此亟需不打胰島素、不吃降糖藥糖尿病新療法。
2017年,杜建忠教授課題組提出了“以糖控糖”新概念。該課題組設計了一種基于糖聚合物及糖結合蛋白的可“呼吸”糖的囊泡(也稱為納米“糖海綿”),它能在血糖濃度升高時自動“吸入”葡萄糖并存儲起來,而在血糖濃度降低時自動“呼出”葡萄糖,從而維持血糖穩(wěn)定,即“以糖控糖”(J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7640-7647; C & EN 2017, 95, 9)。
最近,他們又構建了第二代“以糖控糖”囊泡(如圖1)。該囊泡是通過苯硼酸糖聚合物PEO-b-P(CMA-stat-AAPBA-stat-AGA)自組裝形成的。其中,苯硼酸嵌段AAPBA與葡萄糖及含糖嵌段AGA的動態(tài)結合作用賦予了囊泡的吸糖、釋糖特性;含糖嵌段AGA還可以增強囊泡的生物相容性;光交聯(lián)嵌段CMA可延長囊泡的體內(nèi)循環(huán)時間。該囊泡像人工肝臟一樣,可實現(xiàn)葡萄糖的動態(tài)置換:當外界葡萄糖濃度升高時,囊泡吸入葡萄糖,并將其存儲在囊泡中(表現(xiàn)為溶脹);當外界葡萄糖濃度降低時,囊泡釋放葡萄糖(表現(xiàn)為收縮)。
圖1. 第二代“以糖控糖”囊泡的設計思想及其血糖調(diào)控性能
體外實驗表明,該囊泡調(diào)控葡萄糖過程中伴隨著明顯的粒徑變化,其攝取和釋放葡萄糖的臨界濃度約為100 mg / dL,這與正常人血糖水平(70~110 mg / dL)相符合(圖2)。
體內(nèi)實驗表明,該囊泡對2型糖尿病小鼠具有良好的長效血糖調(diào)控作用,注射一次可維持正常血糖水平30 h,并在70 h內(nèi)仍有療效,且具備較低的生物毒性(圖3)。
圖2. “以糖控糖”囊泡的血糖調(diào)控行為
圖3. “以糖控糖”囊泡的體內(nèi)降糖實驗及組織切片分析結果
與第一代“以糖控糖”囊泡相比,第二代囊泡不需要糖結合蛋白的輔助,生物相容性得到提升,制備過程也大為簡化。
這一成果以“Controlling blood sugar levels with a glycopolymersome(以糖控糖)”為題發(fā)表在英國皇家化學會權威期刊《Materials Horizons》(Mater. Horiz. 2019, DOI: 10.1039/C9MH00625G; IF 14.356)上。同濟大學博士生蕭雨芬和碩士生胡宇是論文的共同第一作者,杜建忠教授為通訊作者。
論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/MH/C9MH00625G#!divAbstract
杜建忠教授課題組主頁:https://jzdu.#edu.cn/
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