基于温度和葡萄糖双重响应性生物微囊的胰岛素控制释放研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21604034
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0507.医用材料化学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The treatment of diabetes lies in developing novel functional carriers, which are expected to have the unique capability of monitoring blood glucose levels continuously and dispensing insulin correctly. Hence, this project is proposing to create a smart self-regulated insulin delivery system according to the changes in glucose concentration. A random copolymer bearing PNIPAAm and AAPBA is synthesized by free radical polymerization. The effects of species and mixing ratio of monomers, reactive condition and synthetic route on the end-product properties have been revealed. Then, the copolymer microcapsules are fabricated by bottom-spray fluidized bed and template method. The influence of solution concentration, atomized time, droplet size, microsphere dimension and annealing way on the wall thickness and particle size of the microcapsules have also been discussed. The microcapsules with glucose and temperature sensitivity are available for effective loading and controlled release of exogenous insulin. It describes the interaction between the factors including environment temperature, glucose concentration, material composition, microcapsule dimension and the outcomes of response speed, load capacity, encapsulation efficiency and controlled release ability of copolymer microcapsules. Finally, the insulinoma cells employed to secrete insulin in response to glucose are embedded in the copolymer microcapsules to explore the relationship between insulin production and environmental glucose concentration. The intelligent drug delivery system is supposed to mimic insulin secretion in physiological manner, and further providing new perspective and technical support for the development of artificial pancreas.
目前,糖尿病的治疗进展期于开发能够实时监测机体血糖浓度以及精确释放特定剂量胰岛素的功能载体。本项目拟创建一种可根据环境葡萄糖浓度变化情况而进行自我调节的智能胰岛素递送系统。采用自由基聚合法合成以PNIPAAm和AAPBA为主体的无规共聚物,揭示单体种类和配比、反应条件、合成途径对终产物性能的影响规律;运用流化床底喷技术和模板腐蚀法制备共聚物微囊,探讨溶液浓度、雾化时间、喷雾粒径、微球尺寸、退火程度对微囊壁厚和粒径的调控准则;利用微囊的温度和葡萄糖双重响应特性实现外源性胰岛素的有效负载和可控释放,阐述环境温度、葡萄糖浓度、材料组成及微囊尺度对微囊响应速度、载药容量、包封性能和控释能力的作用模式;完成胰岛素瘤细胞的包埋与葡萄糖响应性胰岛素分泌与释放,探究细胞胰岛素分泌量与环境葡萄糖浓度之间的反馈机制。以期创建的智能给药系统能够模拟机体胰岛素的分泌模式,为人工胰腺的研发提供崭新思路及技术支持。

结项摘要

目前,糖尿病的治疗进展在于开发能够实时监测机体血糖浓度以及精确释放特定剂量胰岛素的功能载体。本项目创建了一种可根据环境葡萄糖浓度变化情况而进行自我调节的智能胰岛素递送系统。首先采用自由基聚合法合成以N-异丙基丙烯酰胺和3-丙烯酰胺基苯硼酸为主要成分的无规共聚物,并借助自制的气液固三相流化床反应器运用底喷包衣技术在经由羟基活化处理的玻璃微球表面涂覆未键合的共聚物涂层,然后通过加热退火方式使共聚物颗粒固定接枝于微球表面,并采用HF溶解玻璃模板,形成共聚物微囊。随即进行外源性胰岛素的负载和控释研究,并对释放的胰岛素进行生物活性检测。最后相继完成胰岛素瘤βTC6细胞在共聚物微囊中的包埋操控、生长增殖观察和葡萄糖响应性分泌胰岛素功能监测等工作。实验结果表明利用底喷包衣技术和模板腐蚀法制备的共聚物微囊依然维持原有共聚物的温度和葡萄糖双重响应特性,并且具有优良的可逆性和稳定性;经过不同浓度、逐步上升浓度以及脉冲变化浓度的三种类型葡萄糖刺激方式实验,证实共聚物微囊孔径随葡萄糖浓度的提升而不断增大,胰岛素释放量也随之增加,同时释放的胰岛素依然保持生物活性;包埋于共聚物微囊中的βTC6细胞生长状态良好、扩增能力强、可在葡萄糖刺激下产生胰岛素;由于微囊结构限制,与游离βTC6细胞的胰岛素分泌量(即释放量0.5mg∙mL-1)相比,固定化βTC6细胞的胰岛素释放峰值所对应的葡萄糖浓度升至2mg∙mL-1,此种释放模式非常有利,即在不断消耗葡萄糖的同时,胰岛素释放量始终处于峰值状态,这对于糖尿病的临床治疗十分奏效。本项目创建的智能给药系统能够模拟机体胰岛素的分泌模式,为人工胰腺的研发提供崭新思路及技术支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Temperature and glucose dual-responsive carriers bearing poly(N-isopropylacrylamide) and phenylboronic acid for insulin-controlled release: A review
用于胰岛素控制释放的温度和葡萄糖双响应载体,带有聚(N-异丙基丙烯酰胺)和苯基硼酸:综述
  • DOI:
    10.1080/00914037.2016.1263954
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    International Journal of Polymeric Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Jiaxing;Yang Lei;Fan Xiaoguang;Zhang Jing;Wang Fei;Wang Zhanyong
  • 通讯作者:
    Wang Zhanyong
P(NIPAAm-co-AAPBA-co-HPM-co-TMSPM)四元共聚物的温度及葡萄糖响应行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨磊;王乐民;李佳星;范晓光;郝浩然;裴红杰;伞迦楠;薛钧文
  • 通讯作者:
    薛钧文
Preparation and Characterization of Thermoresponsive Poly(N-Isopropylacrylamide) for Cell Culture Applications
用于细胞培养应用的热响应性聚(N-异丙基丙烯酰胺)的制备和表征
  • DOI:
    10.3390/polym12020389
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Polymers
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Lei Yang;Xiaoguang Fan;Jing Zhang;Jia Ju
  • 通讯作者:
    Jia Ju
A review on thermoresponsive cell culture systems based on poly(N-isopropylacrylamide) and derivatives
基于聚(N-异丙基丙烯酰胺)及其衍生物的温敏细胞培养系统综述
  • DOI:
    10.1080/00914037.2017.1327436
  • 发表时间:
    2018-04
  • 期刊:
    International Journal of Polymeric Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Jiaxing;Fan Xiaoguang;Yang Lei;Wang Fei;Zhang Jing;Wang Zhanyong
  • 通讯作者:
    Wang Zhanyong
Multi-Responsive Behaviors of Copolymers Bearing N-Isopropylacrylamide with or without Phenylboronic Acid in Aqueous Solution
含或不含苯基硼酸的 N-异丙基丙烯酰胺共聚物在水溶液中的多响应行为
  • DOI:
    10.3390/polym10030293
  • 发表时间:
    2018-03-01
  • 期刊:
    POLYMERS
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Li, Jiaxing;Yang, Lei;Wang, Zhanyong
  • 通讯作者:
    Wang, Zhanyong

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其他文献

病毒巨噬细胞炎症蛋白Ⅱ对293T细胞APOBEC3G表达的影响
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.0412-4030.2019.09.007
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中华皮肤科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑国霞;刘如锦;齐燕;王小波;闫玉涛;谭晓华;杨磊
  • 通讯作者:
    杨磊
基于改进Ising模型的心理量表大数据分析
  • DOI:
    10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.001
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    应用科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚汝婧;杨磊;杨涛;胡应鑫;田强;吴偶
  • 通讯作者:
    吴偶
毁伤威力场冲击波存储测试系统设计与研究
  • DOI:
    10.15892/j.cnki.djzdxb.2018.06.011
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    弹箭与制导学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨磊;尤文斌;丁永红;王海霞;姚悦
  • 通讯作者:
    姚悦
半干旱黄土区苜蓿退化对坡面草本植物分布及多样性的影响
  • DOI:
    10.5846/stxb201805181099
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王子婷;杨磊;李广;柴春山;张洋东;陈荣;张继强
  • 通讯作者:
    张继强
Terahertz Real-Time Off-Axis Digital Holography with Zoom Function
具有变焦功能的太赫兹实时离轴数字全息术
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/34/5/054207
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    侯磊;韩小卫;杨磊;施卫
  • 通讯作者:
    施卫

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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