本發(fā)明屬于生物材料。更具體地，涉及一種具有葡萄糖響應性的可注射胰島素水凝膠及其制備方法與應用。
背景技術：
：：1、糖尿病是一種全球性常見的慢性疾病，其主要特征是生理血糖水平升高，進而引發(fā)嚴重的并發(fā)癥。目前主要治療方式仍然是通過皮下注射外源胰島素，糖尿病患者每天需進行一次或多次皮下注射，頻繁注射導致患者依從性低，同時也容易引起局部組織壞死、感染、神經損傷及胰島素淀粉樣變性，無法實現(xiàn)生理葡萄糖穩(wěn)態(tài)。另外，由于胰島素在脂肪中的溶解度低、易失活，導致其生物利用率低。為避免上述問題，近年來發(fā)展了多種胰島素輸送系統(tǒng)包括口服給藥、肺吸入、鼻腔給藥和透皮微針給藥等。但這些方法包括皮下注射，大多是餐后血糖升高后給予胰島素，無法及時應對血糖變化從而將血糖降至正常范圍。此外，給藥劑量不精確，可能導致高血糖或低血糖。因此，開發(fā)一種新型的胰島素輸送系統(tǒng)，以減少注射頻率并實現(xiàn)快速響應血糖濃度變化的胰島素精控釋放是目前亟待解決的問題。2、葡萄糖響應的自調節(jié)胰島素給藥系統(tǒng)，可根據(jù)人體血糖水平自動釋放相應量的胰島素，有望克服傳統(tǒng)糖尿病注射療法的弊端。已報道的葡萄糖響應控釋系統(tǒng)主要基于三種響應單元，包括葡萄糖氧化酶(gox)、刀豆球蛋白a(con?a)、和苯硼酸(pba)。gox和con?a同屬蛋白質物質，易受環(huán)境變化影響，在儲存、使用、滅菌過程中不穩(wěn)定?；谂c葡萄糖分子形成可逆共價鍵的pba系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，在自調節(jié)胰島素給藥系統(tǒng)中展現(xiàn)出更廣闊的應用前景。3、可注射水凝膠因其給藥方便、微創(chuàng)治療、匹配不規(guī)則缺陷和良好的生物相容性等優(yōu)點在藥物遞送和組織工程領域受到廣泛關注。水凝膠的多孔形態(tài)可將各種藥物分子封裝在其基質中，隨后根據(jù)被封裝藥物的擴散系數(shù)和凝膠網絡的孔徑大小對藥物進行可控釋放。同時，可注射水凝膠具有微創(chuàng)遞送的優(yōu)勢，沒有手術植入和感染風險。開發(fā)葡萄糖響應的可注射水凝膠用于無痛、持續(xù)輸送胰島素，可進一步加強血糖控制并減輕患者依從性的負擔，對糖尿病的治療具有重要意義。同時，基于pba的葡萄糖響應性，可注射水凝膠具有剪切稀化和自愈特性，可在皮下注射后恢復凝膠狀態(tài)。4、近年來，絲素蛋白水凝膠被廣泛用于藥物遞送、組織工程、以及可再生醫(yī)學工程，絲素蛋白具有良好的生物相容性、生物降解性、低免疫原性、優(yōu)異的物理和機械性能等特性，被發(fā)現(xiàn)具有極大的應用前景。但絲素蛋白在水性介質中需要相對較長的凝膠時間(4天)，不適合制備可注射水凝膠。為了加速其凝膠化過程，目前常用的方法包括渦旋、超聲、電場，或借助添加劑如表面活性劑、酸、鹽和聚合物等。如現(xiàn)有技術(maity,biswanath,hariharan?moorthy,and?thimmaiah?govindaraju."glucose-responsive?self-regulated?injectable?silk?fibroin?hydrogel?for?controlled?insulin?delivery."acs?applied?materials&interfaces?15.43(2023):49953-49963.)制備了基于改性的苯硼酸和絲素蛋白基的葡萄糖響應性水凝膠，該水凝膠牢固地將葡萄糖傳感元件和胰島素固定在其孔中，能夠以可控的方式釋放胰島素，經過注射上述水凝膠后，血糖水平能夠保持在水平正常血糖水平持續(xù)36h，然后緩慢升高。然而，該水凝膠需要較長時間(28天)才能被完全降解，其血糖水平控制也仍有待進一步提高。另外，上述水凝膠需要在室溫條件下進行較長時間(達6h)的反應，還需要進行透析，制備步驟繁雜。技術實現(xiàn)思路1、本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有負載胰島素的水凝膠的降解性能較差(完全降解時間≥28天)、血糖控制水平有待進一步提升的缺陷和不足，提供一種具有葡萄糖響應性的可注射胰島素水凝膠。2、本發(fā)明的目的是提供所述可注射胰島素水凝膠的制備方法。3、本發(fā)明另一目的是提供所述可注射胰島素水凝膠的應用。4、本發(fā)明上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)：5、本發(fā)明保護一種具有葡萄糖響應性的可注射胰島素水凝膠，所述可注射胰島素水凝膠包括水凝膠基質和胰島素，其中胰島素包封于水凝膠基質中；6、所述水凝膠基質由苯硼酸和絲素蛋白構建；所述苯硼酸和絲素蛋白的質量比為(2～12)：1。7、為了避免糖尿病治療中頻繁注射胰島素帶來的副作用，本發(fā)明采用綠色化學合成方法，將絲素蛋白與苯硼酸相結合制備了一種新型生物可降解的葡萄糖響應性可注射水凝膠，用于胰島素的精控釋放。其中，苯硼酸可通過與絲素蛋白形成氫鍵充當交聯(lián)劑加速其凝膠化，同時可作為葡萄糖檢測器，對葡萄糖濃度做出特異性響應。另外，苯硼酸通過與葡萄糖形成苯硼酸酯，使水凝膠的交聯(lián)網絡結構發(fā)生改變，釋放出其中包載的胰島素，調節(jié)維持葡萄糖生理水平(正常人餐后血糖應小于199.8mg/dl)；絲素蛋白的良好生物相容性和生物降解性使該藥物輸送系統(tǒng)可在人體內被完全代謝，無毒副產物，具有良好體內適用性。8、更優(yōu)選地，所述苯硼酸和絲素蛋白的質量比為(6～12)：1。9、更優(yōu)選地，所述苯硼酸和絲素蛋白的質量比為(6～8)：1。10、更優(yōu)選地，所述苯硼酸和絲素蛋白的質量比為6：1。11、優(yōu)選地，所述可注射胰島素水凝膠中胰島素的質量濃度為0.15～1mg/ml?？梢愿鶕?jù)實際情況負載適量的胰島素，實現(xiàn)有效、針對性的治療效果。12、本發(fā)明還保護所述可注射胰島素水凝膠的制備方法，包括如下步驟：將苯硼酸溶液和絲素蛋白溶液混合，加入胰島素，充分混勻，靜置，即得可注射胰島素水凝膠。13、進一步地，所述苯硼酸溶液為將苯硼酸溶解在乙醇水溶液中得到。14、進一步地，所述乙醇水溶液的濃度為60～80vol％，更優(yōu)選為70vol％。15、優(yōu)選地，所述苯硼酸溶液的濃度為80～120mg/ml，更優(yōu)選為90～110mg/ml。16、進一步地，所述絲素蛋白可以通過市購或者自制得到。17、更進一步地，所述絲素蛋白溶液的制備方法包括如下步驟：將富含絲素蛋白的原料依次進行脫膠處理、溶解、純化和過濾，即得。18、優(yōu)選地，所述富含絲素蛋白的原料為蠶繭。19、優(yōu)選地，所述脫膠處理的方式為堿法脫膠、有機酸法脫膠、皂煮法脫膠、酶解法脫膠或高溫高壓水脫膠。20、進一步地，所述堿法脫膠為將蠶繭置于一定濃度的堿性試劑溶液中煮沸，使絲膠蛋白溶解于溶液中，隨后通過透析、離心、過濾、等方法將絲素蛋白分離出來。這種方法簡單易行，是常用的脫膠方法之一。21、進一步地，所述有機酸法脫膠為使用有機酸(如酒石酸)除去蠶繭的絲膠蛋白。通過調整酒石酸的濃度和處理條件，可以有效地將絲膠蛋白從蠶繭中去除，同時保持絲素蛋白的完整性和良好的力學性能。22、進一步地，所述皂煮法脫膠為利用中性皂的堿性環(huán)境和表面活性劑的作用，可以有效地將蠶繭中的絲膠蛋白去除。將蠶繭放入中性皂溶液中煮沸，通過攪拌和漂洗等步驟，使絲膠蛋白溶解并分離出絲素蛋白。23、進一步地，所述酶解法脫膠為將蠶繭放入含有堿性蛋白酶的溶液中進行處理，可以溫和地去除絲膠蛋白，同時保持絲素蛋白的生物活性和完整性。這是利用堿性蛋白酶的特異性和選擇性，選擇性地分解絲膠蛋白而不影響絲素蛋白。24、進一步地，所述高溫高壓水脫膠為將蠶繭置于高溫高壓的水中進行處理，可以快速地去除絲膠蛋白。這是因為在高溫高壓的水環(huán)境中，絲膠蛋白的溶解度會顯著增加。25、更進一步地，作為一種優(yōu)選的方式，所述絲素蛋白的制備方法包括如下步驟：將蠶繭在堿性條件下進行脫膠處理得到絲素蛋白纖維，將所得絲素蛋白纖維進行洗滌、干燥后加入溶劑，充分溶解后，進行透析，取截留液進行離心，收集上清液，進行微孔過濾，即得。26、所述溶劑選自溴化鋰溶液(優(yōu)選為8～10mol/l)、四丁基氫氧化銨(tbaoh)水溶液(優(yōu)選為35～55wt％)，氫氧化鈉-尿素溶液(na(oh)2-ch4n2o，溶液中氫氧化鈉與尿素的質量比為1:(4～6))、氯化鈣水溶液(cacl2-h2o，優(yōu)選為40-45wt％)或氯化鈣/乙醇/水混合溶液(cacl2-c2h6o-h2o，三者摩爾比例優(yōu)選為1：(1～3)：(7～9))。27、優(yōu)選地，所述絲素蛋白溶液的濃度為40～60mg/ml。28、進一步地，所述堿性條件由堿性試劑提供，所述堿性試劑選自碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或多種，更優(yōu)選為碳酸鈉。29、進一步地，所述堿性試劑的使用濃度為0.02～0.2m(mol/l)。30、進一步地，所述透析使用的透析袋的截留分子量是3500～10000mw。31、進一步地，所述微孔的孔徑為0.2～5μm。32、進一步地，所述充分混勻的時間為0.5～2min。33、進一步地，所述靜置的時間為20～55min。34、本發(fā)明還保護所述可注射胰島素水凝膠在制備胰島素制劑中的應用。35、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明開發(fā)了一種具有葡萄糖響應性且可降解的可注射水凝膠，用于胰島素的精控釋放。該水凝膠由絲素蛋白與苯硼酸結合制備而成，基于苯硼酸對葡萄糖的自調節(jié)式響應，其對血液中的葡萄糖濃度表現(xiàn)出特異性響應，并可以實現(xiàn)長效的釋放，避免了現(xiàn)有技術中患者因反復注射胰島素導致的依從性差、胰島素無法精確控釋等問題。并且，該水凝膠可在體內完全代謝，在動物實驗中未見不良反應，表現(xiàn)出良好的體內適用性。另外，絲素蛋白-苯硼酸基水凝膠制備簡單，生產成本低，為開發(fā)長效智能化胰島素制劑以及使用可注射水凝膠進行糖代謝或/和胰島素功能障礙性疾病臨床治療提供了新方法。當前第1頁12當前第1頁12