CN105813652A - 用于糖尿病治疗的可注射纳米网络凝胶 - Google Patents

Abstract

一种用于治疗剂、预防剂或诊断剂的“智能”递送，如经由囊封胰岛素的带相反电荷的葡聚糖纳米粒子和形成凝胶类3D架构的葡萄糖特异酶组成的可注射纳米网络的葡萄糖介导的胰岛素递送的系统。如实例所证明，所述系统在高血糖条件下有效地解离以释放胰岛素，其中促进葡萄糖催化转化成葡糖酸和聚合基质的后续降解。这一制剂设计提供用于自调节和长期的糖尿病管理两种的递送策略。

Description

用于糖尿病治疗的可注射纳米网络凝胶

相关申请案的交叉参考

本申请要求2013年4月30日递交的第61/817,752号美国临时申请案和2013年8月9日递交的第61/864,069号美国临时申请案的权益。2013年4月30日递交的第61/817,752号申请案和2013年8月9日递交的第61/864,069号申请案在此以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及响应于葡萄糖水平，治疗剂、预防剂或诊断剂的智能或交互递送系统。

背景技术

糖尿病是葡萄糖调节病症，其中葡萄糖在血液中积聚。在正常个体中，基础分泌胰岛素，通常在每小时0.5到1.0个单位范围内，并且在用餐后水平提高。响应于用餐后血糖水平升高，胰腺分泌胰岛素丸剂，其通过刺激葡萄糖摄入到细胞中和信号传导肝脏以降低葡萄糖产量而使血糖回到正常水平。响应于餐食，通常存在胰岛素释放的两个阶段。早期阶段(负责停止肝葡萄糖产生)是在进食2-15分钟内发生的胰岛素释放迅速增加。后期阶段释放延伸约2个小时。在餐食之间，肝脏分解糖原储存物以向大脑和其它组织提供葡萄糖。

糖尿病导致归因于胰腺不能产生足够量的胰岛素或能力下降或归因于细胞不能合成和/或释放胰岛素或能力下降的慢性高血糖。在糖尿病中，第一阶段响应有效性降低或不存在，导致较高的餐后葡萄糖水平。糖尿病是在世界范围内影响2.85亿人的主要公众健康问题，并且这一数字预期到2030超过4.5亿(魏尔德(Wild)等人.,糖尿病护理(DiabetesCare),27:1047-1053(2004))。葡萄糖调节失常由以下引起：1)由于自身免疫介导的胰腺f3细胞的破坏，胰岛素分泌不足(1型糖尿病)；或2)胰岛素抗性和分泌障碍(2型糖尿病)(皮卡普(Pickup)等人,糖尿病代谢研究和评论(DiabetesMetab.Res.Rev.),24:604-610(2008)；斯塔威尔(Stumvoll)等人柳叶刀(Lancet),365:1333-1346(2005)；以及卡恩(Kahn),糖尿病(Diabetes)43:1066-1084(1994))。

对于治疗1型糖尿病患者和一些2型糖尿病患者来说，频繁的皮下胰岛素注射和血糖水平的常规监测是必需的(欧文斯(Owens)等人,柳叶刀,358:739-746(2001))。然而，此类自我投与是疼痛的并且需要患者必不可少的承诺。更重要的是，被称为开环胰岛素递送的这一治疗由于高度动态的血糖浓度而不会维持正常血糖(珍迪迪尔(Jeandidier)等人,先进药物输送评论(Adv.DrugDeliv.Rev.),35:179-198(1999)；欧文斯等人,自然评论：药物发现(Nat.Rev.DrugDiscov.),1:529-540(2002))。缺乏对更接近正常水平的葡萄糖浓度的严格控制引发许多慢性并发症，如肢体切除、失明以及肾衰竭，并且可以导致致命的低血糖症(新英格兰医学杂志(NEnglJMed),329:977-986(1993))。因此，能够连续地并且智能地响应于血糖水平而释放胰岛素的类胰腺合成闭环装置是非常合乎需要的(库马华兰(Kumareswaran)等人医疗器械专家评论(ExpertRev.Med.Devices),6:401-410(2009)；拉维尼(Ravaine)等人,控制释放杂志(J.ControlRelease),132:2-11(2008))。

实现响应于葡萄糖水平而连续释放的简单策略是将葡萄糖监测部分和传感器触发的胰岛素释放部分整合到一个系统中。迄今为止，已研究了多种葡萄糖响应制剂和装置，主要来源于三种类别：1)基于葡萄糖氧化酶(GOx)的酶促反应诱发的响应系统；2)基于结合凝集素蛋白质伴刀豆球蛋白A(ConA)的响应系统，以及3)基于苯基硼酸(PBA)的合成葡萄糖结合系统(拉维尼等人,控制释放杂志132:2-11(2008))。

基于GOx的系统描述在罗西富(Lossef)等人的第4,364,385号美国专利中，其包括通过半渗透的离子带电荷的膜隔离的、含有葡萄糖氧化酶和催化酶的隔室。泰勒(Taylor)的第6,410,053号美国专利公开了固定在葡聚糖/伴刀豆球蛋白A基质中的胰岛素，所述基质可以可逆地响应于改变的葡萄糖浓度而结合葡萄糖并且释放胰岛素。PBA是含有苯基取代基和连接到硼的两个羟基的硼酸。PBA和其衍生物与多元醇分子，如葡萄糖和果糖形成复合物，并且可以与多元醇，如聚(乙烯醇)形成稳定水凝胶(久光(Hisamitsu)等人,药物研究(Pharm.Res.),14:289-293(1997))。已经以不同方式利用PBA结合多元醇的能力来提供葡萄糖结合胰岛素递送系统。获自N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和PBA的水凝胶根据pH9的葡萄糖浓度而膨胀和收缩。通过在苯环上利用吸电子基团的修饰受体的化学结构来修饰这一系统以在生理pH条件下操作。松本(Matsumoto)等人,生物分子(Biomolecules),4(5):1410-6(2003)。其它研究人员直接将PBA部分偶合到胰岛素上以提供葡萄糖结合胰岛素。举例来说，赫格-约翰逊(Hoeg-Johnson)等人的第20030186846号美国公开案公开了由胰岛素衍生物制成的胰岛素递送系统，其具有内置葡萄糖传感器，如芳基硼酸酯部分。

这些葡萄糖胰岛素递送系统具有若干限制。由于在生理条件下变性，涉及蛋白质的平台长期无活性。基于GOx的反应需要额外溶解氧。ConA展现显著的细胞毒性。以上限制了其可植入应用(拉维尼等人,控制释放杂志132:2-11(2008))。对于PBA系统，挑战仍为设计在生理pH或接近生理pH下响应于葡萄糖起作用的装置。

因此，本发明的目标为提供在生理pH或接近生理pH下响应于改变的葡萄糖浓度的无毒、交互或“智能”的胰岛素递送系统。

本发明的另一目标为提供一种通过在生理pH下响应于改变的胰岛素浓度施以智能胰岛素递送系统而在有需要的患者中控制血糖水平的方法。

发明内容

已研发出用于控制释放治疗剂、预防剂或诊断剂的可注射聚合纳米粒子交联网络制剂。所述制剂包括由酸可降解聚合物基质、响应于生理组分(如葡萄糖)的组分以及治疗剂、预防剂或诊断剂形成的粒子，其中第一多个粒子在表面上具有第一非零电荷，并且第二多个粒子在表面上具有第二相反非零电荷，其相互作用以形成可注射聚合纳米粒子交联网络，并且响应性酸组分在生理组分存在下产生酸，其降解聚合物以释放治疗剂、预防剂或诊断剂。

能够模拟胰腺活性并且响应于葡萄糖水平变化释放胰岛素的人造“闭环”系统可以改善患者顺应性和健康。用于自调节胰岛素递送的葡萄糖介导的释放策略使用可注射和酸可降解聚合网络，其由带相反电荷的聚合纳米粒子(如装载有胰岛素的葡聚糖纳米粒子)与葡萄糖特异酶之间的静电相互作用形成。能够进行葡萄糖介导的胰岛素递送的可注射聚合纳米粒子交联网络(称为纳米网络)优选使用经化学修饰的葡聚糖(称为m-葡聚糖)作为酸可降解和生物相容性基质材料用于葡萄糖调节的胰岛素递送。可以使用其它基质材料，其中通过如酶活性、氧化还原条件或光照射的刺激，来触发制剂降解。组合物含有第一多个粒子和第二多个粒子，两者都具有囊封在酸可降解聚合基质中的胰岛素、葡萄糖氧化酶(“GOx”)。酸可降解聚合基质优选是经修饰的葡聚糖聚合物。第一多个粒子进一步具有表面涂层，如赋予正ζ电位的壳聚糖。第二多个粒子具有表面涂层，如赋予负ζ电位的海藻酸盐。在组合中，第一多个粒子和第二多个粒子形成纳米网络凝胶，所述凝胶在剪切条件下为可注射的并且在非剪切条件下具有刚度。基于纳米复合物的多孔结构在高血糖状态下存在时经由将葡萄糖催化转化成葡糖酸来解离以释放胰岛素。活体外胰岛素释放可以响应于葡萄糖浓度以脉冲图谱形式调变。

活体内研究显示在经皮下投与可降解纳米网络的1型糖尿病小鼠中制剂提供改进的葡萄糖控制。单次注射所研发的纳米网络促进血糖水平在正常血糖状态(<200mg/dL)下稳定直到至少10天。

公开了用于控制释放治疗剂、预防剂或诊断剂的可注射聚合纳米粒子交联网络制剂。所述制剂可以包括粒子，其中所述粒子包括响应性聚合基质，如酸可降解聚合物基质；响应性信号传导工具，如响应性组分或组成(其实例包括响应性信号传导组分、响应性酸组分以及响应性酸信号传导组分)以及治疗剂、预防剂或诊断剂。第一多个粒子在表面上具有第一非零电荷，并且第二多个粒子在表面上具有第二相反非零电荷。带相反电荷的粒子相互作用以形成可注射聚合纳米粒子交联网络。响应性组分在生理组分存在下产生酸，并且酸降解聚合物以释放治疗剂、预防剂或诊断剂。

在一些实施例中，药剂是胰岛素或胰岛素类似物或提高胰岛素浓度、胰岛素水平、内源性胰岛素、其组合的药剂。在一些实施例中，响应性信号传导工具是包括葡萄糖氧化酶和催化酶的响应性信号传导组分。这是葡萄糖响应性信号传导组分的一个实例。在一些实施例中，葡萄糖氧化酶和催化酶与酸可降解聚合物基质的比率(w/w)是1:100到1:15。在一些实施例中，葡萄糖氧化酶和催化酶以4:1的比率(w/w)存在。

在一些实施例中，在其表面上具有正电荷的第一多个粒子和在其表面上具有负电荷的第二多个粒子相互作用以形成凝胶。在一些实施例中，第一多个粒子中的粒子的ζ电位和第二多个粒子中的粒子的ζ电位具有5到15mV的量值。在一些实施例中，第一多个粒子中的粒子可以进一步包括表面改性剂。在一些实施例中，表面改性剂是壳聚糖或海藻酸盐。在一些实施例中，粒子的流体动力学半径小于350nm。

在一些实施例中，响应性聚合基质是酸可降解聚合物基质，并且所述酸可降解聚合物基质包括可交联聚合物和酸可降解交联剂。在一些实施例中，酸可降解聚合物基质包括具有多个可水解部分的聚合物。在一些实施例中，制剂在高血糖条件下解离并且在正常葡萄糖水平下不会实质上解离。在一些实施例中，制剂在400mg/dL的葡萄糖浓度下8小时后解离。在一些实施例中，制剂在正常葡萄糖水平下15小时后不会实质上解离。在一些实施例中，当葡萄糖浓度在正常条件与高血糖条件之间循环改变时，胰岛素或胰岛素类似物的释放或提高胰岛素浓度的药剂是脉冲式的。

还公开了治疗有需要的患者的方法，其包含向有需要的个体投与有效量的如本文所公开的可注射聚合纳米粒子交联网络制剂。在一些实施例中，所述药剂是胰岛素或胰岛素类似物或提高胰岛素浓度的药剂，并且所述个体患有1型或2型糖尿病。在一些实施例中，投与所述制剂以维持正常血糖、正常二醇化白蛋白水平或更高身体条件得分。在一些实施例中，投与能有效地使血糖浓度维持在70-130mg/dL或90-110mg/dL之间的制剂的量。

附图说明

图1A描绘了左侧的壳聚糖涂布m-葡聚糖纳米粒子(NP)和右侧的海藻酸盐涂布m-葡聚糖纳米粒子(NP)，各含有囊封的胰岛素、葡萄糖氧化酶(GOx)以及催化酶(CAT)。图1B描绘了经缩醛修饰的葡聚糖聚合物m-葡聚糖的结构。图1C描绘了在混合壳聚糖涂布粒子和海藻酸盐涂布粒子后纳米网络(NN)凝胶的形成。GOx将葡萄糖转化成葡糖酸，从而降低pH。NN和NP降解从而释放胰岛素。图1D描绘了将NN凝胶皮下注射到处于高血糖的糖尿病小鼠中。葡萄糖介导的NN降解有助于正常血糖。

图2是m-葡聚糖的合成和酸降解的示意图。

图3A是经由葡萄糖氧化酶(GOx)和催化酶(CAT)的酶反应的示意图。图3B是pH随时间推移(分钟)的图，显示在37℃下在具有不同重量比的GOx和CAT存在下0.5mL400mg/dL葡萄糖盐水溶液的下降。

图4A和4B是在用海拉(HeLa)细胞培养24小时之后涂布有壳聚糖或海藻酸盐的空m-葡聚糖纳米粒子(图4A)和其降解产物(图4B)的细胞活力(百分比)随浓度(微克/毫升)变化的图。

图5是在与400mg/dL葡萄糖一起在37℃下培育后随时间推移纳米网络(NN(E+I))的粘度和剪切稀化行为的图。

图6A-6C是显示纳米网络的葡萄糖响应性降解和胰岛素释放的图。图6A是在具有纳米网络的不同培育溶液中相关pH变化的图；图6B是在37℃下在不同葡萄糖浓度下纳米网络的活体外积聚胰岛素释放的图；并且图6C是呈现随葡萄糖浓度变化的胰岛素释放速率的纳米网络的自调节分布的图。在a)、d)以及e)中，数据点表示平均值±SD(n＝2)。

图7A-7D是用于1型糖尿病治疗的纳米网络的活体内研究的图。在皮下注射1×PBS、囊封胰岛素和酶的纳米网络(NN(E+I))、仅囊封胰岛素的纳米网络(NN(I))、仅囊封酶的纳米网络(NN(E))或纯胰岛素溶液之后，在STZ诱发的C57B6糖尿病小鼠中的血糖水平(7A)和血浆人类胰岛素浓度(7C)。在投与时间内，在正常血糖范围(<200mg/dL)内的不同组中的小鼠数量变化显示在图7B中。用PBS、NN(E+I)、NN(I)、NN(E)以及胰岛素溶液处理的小鼠的糖化白蛋白百分比显示在图7D中。斯图登氏t检验(Student'st-test)：*p<0.05，***p<0.001。数据点表示平均值±SD(n＝8)。

图8是在皮下注射1×PBS、囊封胰岛素和酶的纳米网络(NN(E+I))、仅囊封胰岛素的纳米网络(NN(I))、仅囊封酶的纳米网络(NN(E))或纯胰岛素溶液之后，在STZ诱发的C57B6糖尿病小鼠中的血糖水平的12小时监测的图。

图9是显示纳米网络的活体内葡萄糖响应性的图。在注射NN(E+I)6天后，在用NN(E+I)处理的组中进行静脉内葡萄糖耐量测试(1.5g/kg体重)，并且与健康小鼠进行比较。数据表示为平均值±SD(n＝5)。

图10是显示活体内生物相容性的图，具有在用NN(E+I)和NN(I)处理的STZ诱发的C57B6糖尿病小鼠的注射部位中的团块大小随时间推移变化的图。

具体实施方式

I.定义

如本文所使用，“亲水性”是指相比于有机溶剂，对水具有更大的亲和性并且因此具有更大的溶解性的分子。化合物的亲水性可以通过测量其在水(或缓冲水溶液)与水不混溶的有机溶剂(如辛醇、乙酸乙酯、氯化甲烷或甲基叔丁基醚)之间的分配系数来进行定量。如果平衡后相比于在有机溶剂中，更大浓度的化合物存在于水中，那么化合物被视为亲水性的。

如本文所使用，“疏水性”是指相比于水，对有机溶剂具有更大的亲和性并且因此具有更大的溶解性的分子。化合物的疏水性可以通过测量其在水(或缓冲水溶液)与水不混溶的有机溶剂(如辛醇、乙酸乙酯、氯化甲烷或甲基叔丁基醚)之间的分配系数来进行定量。如果平衡后相比于在水中，更大浓度的化合物存在于有机溶剂中，那么化合物被视为疏水性的。

如本文所使用，“水凝胶”是指在细微分散的半固体状态下的聚合分子的胶状胶体或聚集体，其中聚合分子呈外部或分散相，并且水(或水溶液)形成内部或分散相。一般来说，水凝胶是水溶液的至少90重量％。

如本文所使用的“肽”包括“多肽”、“寡肽”，并且是指通过共价键(例如肽键)连接在一起的α-氨基酸残基的链。在下端处，肽的长度仅受形成自组装肽所需的最小数目氨基酸限制。

如本文所使用，“小分子”是指分子量小于2,000道尔顿、小于1,500道尔顿、小于1,000道尔顿、小于750道尔顿或小于500道尔顿的分子，如有机或有机金属化合物。小分子可以是亲水性、疏水性或两亲性化合物。

如本文所使用，术语“寡聚”描述主要由多个单体单元构成并且一般被称作“寡聚物”的某物。寡聚物的分子量可以在10道尔顿与15,000道尔顿之间，在100道尔顿与10,000道尔顿之间，或在500道尔顿与5,000道尔顿之间。寡聚物可以具有3到100个单体单元，4到50个单体单元，或5到25个单体单元。

如本文所使用，术语“酶”一般可以指酶中的一种或组合。应理解，酶变体(产生由重组技术例如)包括在术语“酶”的含义内。

如本文所使用，术语“聚合”描述主要由“聚合物”构成的某物。术语“聚合物”是所属领域中公认的。术语“聚合”应广义地解释为包括(但不限于)均聚物、共聚物、三元共聚物等以及互聚物以及掺合物以及上述所有的组合。如本文所使用，聚合组分的分子量通常大于1kDa、大于5kDa或大于10kDa。

术语“并入”和“囊封”是指并入、调配或以其它方式包括活性剂到组合物中和/或上，其允许此类药剂在所需应用中释放，如持续释放。术语涵盖治疗剂或其它材料并入到聚合物基质中的任何方式，包括例如：连接到此类聚合物的单体(通过共价、离子或其它结合相互作用)；在聚合物的涂层中物理掺合、包封药剂；并入到聚合物中；分布在整个聚合基质中；附接到聚合基质的表面(通过共价或其它结合相互作用)；囊封到聚合基质内部等。术语“共并入”或“共囊封”是指在主题组合物中并入治疗剂或其它材料和至少一种其它治疗剂或其它材料。

如本文所使用，“纳米粒子”一般是指直径是约1nm直到但不包括约1微米，优选是3nm到约500nm的任何形状的粒子。球形形状的纳米粒子一般被称作“纳米球”。纳米粒子的大小可以使用所属领域中已知的多种方法以实验方式测定，所述方法包括透射电子显微法(TEM)、动态光散射(DLS)、凝胶过滤色谱(GFC)以及荧光相关光谱(FCS)。

如本文所使用，“生物相容性”和“生物学上相容的”一般是指一般与其任何代谢物或降解产物一起对接受者无毒并且不会对接受者产生任何显著不良作用的材料。一般来说，生物相容性材料是当向个体投与时不会引发显著发炎性、免疫或毒性响应的材料。

“生物可降解的聚合物”和“生物可侵蚀的聚合物”在本文中可互换使用，并且一般是指通过酶促作用将降解或侵蚀或在生理条件下水解为能够被个体代谢、消除或排泄的更小单元或化学物质的聚合物。降解时间随聚合物组成、形态(如孔隙度)、粒子尺寸以及环境变化。适合的降解时间是几小时到几周，更优选是几小时到几天。举例来说，聚合物可以降解历经一小时到十四天、三小时到七天、十二小时到七天或十八小时到两天的时间段。

本文中使用术语“ζ电位”意味着(但不限于)跨越界面产生的电位梯度。这一术语尤其指跨越纳米粒子表面处的界面产生的电位梯度，也称为表面电荷。粒子的迁移速度取决于表面电荷的量和所施加的场强度。具有正ζ电位的粒子朝向负电极迁移，并且同样地具有负ζ电位的粒子朝向正电极迁移。为了测定迁移速率，在电场中用激光照射正在迁移的粒子。以相比于入射光，反射光的频率偏移来测量粒子移动。频率偏移量取决于迁移速度并且其是所谓的多普勒(Doppler)频率偏移(多普勒效应)。由多普勒频率，可以导出粒子的波长、散射角度和迁移速率。通过移动速度和电场强度的比率测定电泳迁移率。ζ电位与电泳迁移率成正比并且通常以mV为单位报告。如本文所使用，定义“ζ电位”，其中通过动态光散射(DLS)使用布鲁克海文仪器公司(BrookhavenInstruments)的90Plus粒径分析器测量ζ电位和粒度分布。

如本文中可互换使用的术语“智能递送系统”或“交互递送系统”是指一种或多种治疗剂、防治剂或诊断剂的递送系统，其中递送速率响应于一种或多种指示递送需求的刺激，即，作为非限制性实例，智能胰岛素递送系统以取决于接近递送系统的葡萄糖水平的速率递送胰岛素。

总响应，即，所释放的胰岛素的总量或聚合基质的降解总量将取决于pH为足够促进降解的酸性的总时间，即，恢复正常血糖所需的时间量。所述响应优选是脉冲式的，并且优选在生理pH7.4下释放极少胰岛素或无胰岛素(降解极少或无降解)。本文所描述的酸可降解聚合物在溶液中在pH7.4下应具有比在pH5下明显更低的降解速率。在一个优选实施例中，聚合物在pH5.0下在37℃下的降解半衰期应是5分钟到24小时，但在pH7.4下半衰期更长，为至少12小时到250天。在一些实施例中，可能适用的是，聚合物在pH5.0、37℃下的半衰期是约5-30分钟，约2-5小时，或约24小时，而在pH7.4、37℃下的半衰期是约90天、约180天或约250天，以促进在酸性pH值下生物活性材料的快速释放和在生理pH下生物活性材料的缓慢释放。在一些实施例中，经修饰的多羟基化聚合物在高于7.4的pH下为基本稳定的，但在优选约5的pH下水解。

如本文所使用，术语“脉冲式”或“脉冲式释放”是指向个体释放自单次投与的多种剂量。可以在取决于递送系统的制剂和应用的多种时间间隔投与个体剂量。智能脉冲式递送系统能够响应于一种或多种刺激投与治疗剂、防治剂或诊断剂的多种剂量，优选其中递送剂量响应于刺激相比于目标值的偏差。作为非限制性实例，智能脉冲式胰岛素递送系统优选在正常血糖时段期间递送极少胰岛素或无胰岛素，但响应于低血糖条件，即，响应于相比于正常血糖的偏差而优选以足以恢复正常血糖葡萄糖水平的量递送胰岛素剂量。

释放量取决于pH和针对示例性pH响应性胰岛素递送系统局部恢复生理pH的时间，更一般来说，释放量应取决于外部刺激相比于正常值的偏差和恢复到正常值所需的时间。

如本文所使用，术语“配体和受体对”可以指生物相容性配体和受体的任何组合，其中配体排他性地或主要地与受体结合。结合可以包括(但不限于)非共价(即，例如离子、范德华力(VanderWaalsforce)、静电等)或共价相互作用中的一个或多个。配体和/或受体可以是天然存在的或可以是合成的。所述配体可以是核酸、多肽、肽、糖蛋白、糖肽、蛋白聚糖、碳水化合物、脂质、小分子等。所述受体可以是天然存在的受体，如细胞表面受体或其类似物或衍生物，或可以是合成受体。所述受体可以是蛋白质、碳水化合物、脂质和/或核酸。配体和受体对优选以高亲和力结合。以“高亲和力”结合的配体和受体对以小于1μM、小于10nM、小于1nM或小于100pM的解离常数结合。

II.用于控制响应性胰岛素释放的智能纳米网络

已研发出能够连续地并且智能地响应于血糖水平而释放胰岛素的人造类胰腺合成闭环装置。这一可注射凝胶类纳米网络使用如酸可降解和生物相容性葡聚糖的材料作为基质材料以便长期递送胰岛素。通过并入葡萄糖氧化酶，纳米网络可以有效地在高血糖条件下解离，其适用于以葡萄糖响应性方式发展基于自调节的胰岛素递送系统。

用于这一路径的主体聚合基质是高度生物相容性和生物可降解的。代表性聚合物包括葡聚糖、聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)、玻尿酸(HA)、壳聚糖、海藻酸盐以及聚(β-氨基酯)(PBAE)；

具有有效负载的纳米网络可以直接经由皮下注射投与；

纳米粒子的小尺寸以及纳米网络的多孔结构提供较大表面积以便药剂的充分接触以及容易扩散；

纳米网络结构可以接近零级动力学调节药物释放；

经由纳米网络有效负载(胰岛素)的囊封效率较高(即，40％-60％)；以及

可以调整基质材料的可降解性以调节释放分布。

从功能观点来看，如实例中所证明：

纳米网络的胰岛素活体外释放曲线展现突出的脉冲式图案：在高血糖水平(400mg/dL)下具有较高释放速率并且在正常水平(100mg/dL)下具有较低释放速率，其对于基于自调节的闭环递送系统来说是非常合乎需要的；

纳米网络展示持续活体内胰岛素释放以及长期的胰岛素活性释放的药理学持续时间(直到7-10天)。可以经由调节注射剂量以及降解特性或基质材料来进一步延长活性持续时间。

当最佳化时，这一用于长期和葡萄糖响应性胰岛素递送的基于纳米网络的平台具有优于当前用于闭环胰岛素递送的途径的优势。出于智能和安全意向，其是竞争性递送工具。此外，除输送胰岛素外，这一平台还可以延伸到递送或共递送其它治疗剂，包括胰岛素类似物、其它蛋白质/肽以及小分子抗炎药。考虑到用于糖尿病管理的装置和疗法的相当大的市场规模，经鉴别有持续和长期的释放、智能响应、易于投与、良好生物相容性和便捷制备的策略的确将引起广泛关注。

纳米网络的示意图显示在图1A-1C中。带相反电荷的可降解纳米粒子经由静电力相互作用并且自组装以产生粘性凝胶类网络。所产生的凝胶网络形成稳定三维多孔结构，其产生提高的表面积与体积比以便于葡萄糖与GOx(图2B)之间的最大相互作用。这一设计的材料应释放具有接近零级动力学25的有效负载。另外，当提高所施加的剪切力时，纳米网络由于粒子-粒子相互作用的破坏而产生剪切稀化状态。在外部力撤回后，恢复强粘性特性，其允许方便的模制和注射(图1A-1B)。

所述实例显示由两种类型纳米粒子形成的凝胶，一种类型由经修饰的葡聚糖纳米粒子(其中羟基转化成具有2个乙氧基丙烯的叔醚)形成，并且另一种类型由海藻酸盐形成。粒子表面涂布有壳聚糖或海藻酸盐以分别在表面上产生正或负电荷。带电粒子接着形成凝胶。所述粒子装载有胰岛素和GOx/CAT(葡萄糖氧化酶/过氧化氢酶)。GOx/CAT系统将葡萄糖转化成局部pH变化。经修饰的聚合物是pH响应性的。

A.响应性聚合基质

主体聚合基质应是高度生物相容性和生物可降解的。主体聚合基质应具有响应于一种或多种外部刺激的生物降解速率。外部刺激可以包括pH、温度、一种或多种化学或酶药剂的浓度、辐射等。在一组优选的实施例中，主体聚合基质的生物降解速率响应于局部pH。

代表性聚合物包括多糖(如海藻酸盐、壳聚糖、葡聚糖、甘露聚糖、普鲁兰(pullulan)、玻尿酸(HA)以及黄原胶)的均聚物和共聚物；生物可降解聚酯，如聚乳酸、聚乙醇酸、聚(3-羟基丁酸酯)以及聚己内酯；丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物，如2-(羟乙基)甲基丙烯酸酯以及其共聚物。在一些实施例中，可以通过改变共聚物中的重复单元的比率来调节生物降解速率。举例来说，当聚合基质是聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)时，生物降解速率可以可控地通过改变聚合物中的乳酸和乙醇酸的比率而从几天变化到若干个月。在一些实施例中，形成聚合基质的聚合物可以经修饰以提供或增强对一种或多种外部刺激的响应性。其优选是亲水性聚合物。举例来说，在一些实施例中，生物可降解聚合物(如)多糖经修饰为pH响应性的。

在优选实施例中，主体聚合基质的生物降解速率响应于局部pH。适用于药物递送的pH敏感性聚合物的实例包括聚丙烯酰胺、邻苯二甲酸酯衍生物，如碳水化合物的酸性邻苯二甲酸酯、直链淀粉乙酸邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸乙酸纤维素、其它纤维素酯邻苯二甲酸酯、纤维素醚邻苯二甲酸酯、羟丙基纤维素邻苯二甲酸酯、羟丙基乙基纤维素邻苯二甲酸酯、羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯、甲基纤维素邻苯二甲酸酯、聚乙烯乙酸邻苯二甲酸酯、聚乙烯乙酸氢邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸乙酸纤维素钠、淀粉酸性邻苯二甲酸酯、苯乙烯-马来酸二丁基邻苯二甲酸酯共聚物、苯乙烯-马来酸聚乙烯乙酸邻苯二甲酸酯共聚物；苯乙烯和马来酸共聚物；聚丙烯酸衍生物，如丙烯酸和丙烯酸酯共聚物、聚甲基丙烯酸以及其酯；聚丙烯酸甲基丙烯酸共聚物；虫胶；以及乙酸乙烯酯和丁烯酸共聚物。

在优选实施例中，形成主体聚合基质的聚合物经修饰以提供或提高对局部pH的响应性。举例来说，在一些实施例中，聚合物是经修饰的多羟基化聚合物，即具有经可逆修饰的羟基的多羟基化聚合物，其中羟基经修饰而以酸可降解官能团为特征。示例性酸可降解官能团可以是缩醛、芳香族缩醛、缩酮、乙烯基醚、醛或酮。多羟基化聚合物中的羟基经修饰，从而使经修饰的多羟基化聚合物为酸可降解的、pH敏感的以及通常不可溶于水的。多羟基化聚合物可以是预先形成的天然聚合物或含羟基聚合物，包括(但不限于)多次羟基化聚合物、多糖、碳水化合物、多元醇、聚乙烯醇、聚氨基酸(如聚丝氨酸)以及其它聚合物(如2-(羟乙基)甲基丙烯酸酯)。可以用于形成经修饰的多羟基化聚合物的示例性多糖包括(但不限于)葡聚糖、甘露聚糖、普鲁兰、麦芽糊精、淀粉、纤维素以及纤维素衍生物、树胶(例如黄原胶、刺槐豆胶等)以及果胶。在一个实施例中，多糖是葡聚糖或甘露聚糖。

可以进行经修饰的多羟基化聚合物中的羟基的可逆修饰以提供经修饰的羟基，其中至少20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％或100％聚合物中的羟基经修饰。

多羟基化聚合物的选择和修饰程度可以基于如以下因素：合成容易程度、溶解性、市售药剂、所需酸可降解聚合物的类型、装载效率、包含聚合物的药物递送系统的分散度、毒性、以及缩醛键的水解速率。降解产物优选是生物相容性和生物可降解的。举例来说，降解产物应是非免疫原性和无毒的，例如具有所属领域的技术人员优选大小和/或毒性水平用于经批准的活体内用途。

经修饰的多羟基化聚合物可以是具有侧接缩醛的经修饰的多糖，因此提供缩醛衍生的多糖。在一些实施例中，经修饰的多羟基化聚合物是缩醛衍生的葡聚糖、缩醛衍生的甘露聚糖或缩醛衍生的聚乙烯醇，优选是缩醛衍生的葡聚糖。

在经修饰的羟基处具有经修饰的官能(例如缩醛或缩酮)键的经修饰的聚合物应通过酸催化水解降解为可以全部排泄的更低分子量化合物。可以通过改变官能团(例如缩醛或缩酮)键来使这些聚合物的水解速率从缓慢降解变化到快速降解，修饰程度或修饰的疏水性因此提供广泛范围的药物递送的释放动力学。因此，预期具有不同酸敏感性的多种酸可降解键可以并入到聚合物主链上，允许更好地控制聚合物水解速率。

在一个优选实施例中，本文所描述的本发明酸可降解聚合物在溶液中在pH7.4下应具有比在pH5下明显更低的降解速率。在一个优选实施例中，聚合物应优选在pH5.0下在37℃下的降解半衰期是5分钟到24小时，但在pH7.4下半衰期更长，为至少12小时到250天。在一些实施例中，可能适用的是，聚合物在pH5.0、37℃下的半衰期是约5-30分钟，约2-5小时，或约24小时，而在pH7.4、37℃下的半衰期是约90天、约180天或约250天，以促进在酸性pH值下生物活性材料的快速释放和在生理pH下生物活性材料的缓慢释放。在一些实施例中，经修饰的多羟基化聚合物在高于7.4的pH下为基本稳定的，但在优选约5的pH下水解。在一个实施例中，经修饰的聚合物可溶于共同有机溶剂中以便于加工成多种材料。在另一个实施例中，这些经修饰的聚合物不可溶于水。

可以使用其它基质材料，其中通过其它刺激，如酶活性、氧化还原条件或光照射来触发制剂降解。

B.响应性信号传导工具

在一些实施例中，主体聚合基质将具有响应于相关外部刺激的降解速率。举例来说，经设计以在检测到特定酶时递送生物活性剂的组合物可以含有生物降解速率在特定酶存在时提高的聚合物。在其它实施例中，组合物可以含有将所需刺激转化成影响聚合基质的生物降解的局部变化的响应性信号传导工具。举例来说，含有pH响应性聚合基质的组合物可以含有信号传导工具，其能够检测特定分析物的存在并且局部改变pH作为响应。在优选实施例中，组合物含有葡萄糖响应性信号传导工具，其能够响应于葡萄糖浓度局部改变一个或多个参数。举例来说，提供组合物，其含有pH响应性聚合基质和能够响应于血糖水平局部改变pH的信号传导组分。

酶可以来源于任何适合的来源，如细菌、真菌或酵母。可以适当地作为响应性信号传导工具并入的酶的类型包括氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶以及接合酶。优选酶包括氧化还原酶，如葡萄糖氧化酶、过氧化酶以及漆酶以及过氧化氢酶。所属领域的技术人员将认识到，响应性信号传导工具的总量将取决于响应性聚合基质的量和信号传导工具的活性水平。在一些实施例中，响应性聚合基质含有酸可降解聚合物和上文所描述的GOx/CAT信号传导工具，其中优选地总酶与聚合物的比率(w/w)是1:1000到1:1，优选1:500到1:2，更优选1:100到1:15。原则上，葡萄糖氧化酶可以是展示葡萄糖氧化酶活性的任何生物相容性酶，只要其能够使葡萄糖氧化以产生葡糖酸，优选还在与催化酶组合使用时产生过氧化物。市售葡萄糖氧化酶包括可购自丹麦诺维信AS(NovozymesAS,Denmark)的GLUZYME^TM2.500BG、GLUZYME^TM10000BG以及GLUZYME^TMMONO10000BG；可购自DSM的FERMIZYME^TMGO10.000和FERMIZYME^TMGO1500；可购自安满能(Amano)的HYDERASE^TM15和HYDERASE^TMHC；或可购自杰能科国际公司(GenencorInt.)的市售过氧化氢酶包括TERMINOX^TM和TERMINOXUltra^TM(诺维信A/S，巴格斯维尔德(Bagsvaerd)，丹麦)和催化酶T100T^TM(杰能科国际公司)。

葡萄糖氧化酶(GOx)是在氧存在下催化葡萄糖转化成葡糖酸的酶，显示在以下反应中

具有GOx的先前葡萄糖响应性系统通常将酶捕获或固定在生物材料内，使得随着葡萄糖浓度提高，pH局部降低。参见例如高迪友(Gordijo)等人,先进功能材料(Adv.Funct.Mater.)2011,21(l):73-82；菲谢尔-戈登(Fischel-Gordon)等人,美国国家科学院院刊(Proc.Nat.Acad.Sci.USA)1988,85(7):2403-2406；以及特雷特尔(Traitel)等人,生物材料(Biomaterials)2000,21(16):1679-1687。基于这一策略已研发出多种主体水凝胶系统，如布拉尔(Bratlie),等人先进医疗材料(Adv.HealthcareMater.)2012,1:267-284和拉维尼等人,控制释放杂志2008,132(1):2-11中所描述的那些。然而，如这些的主体水凝胶系统由于质量运输限制展现对葡萄糖浓度变化的较慢响应。另一方面，含有GOx的膜具有导致过早胰岛素泄漏的不佳机械强度。

胶态水凝胶材料能够提供对葡萄糖浓度变化的快速响应。所述组合物可以含有GOx和催化酶(CAT)两个。通过提供GOx介导的葡萄糖到葡糖酸的氧化中消耗的O₂，催化酶与GOx酶(如图3A中所描绘)协同工作。通过CAT所产生的H₂O₂转化回O₂，为葡萄糖转化提供氧源和提高的动力。

酶的总量将取决于多种因素，尤其是聚合基质的总量和酶的活性水平。

实例1具有3.5mg总酶(GOx和Cat)和240mg经修饰的葡聚糖。所属领域的技术人员将认识到，响应性信号传导工具的总量将取决于响应性聚合基质的量和信号传导工具的活性水平。在一些实施例中，响应性聚合基质含有酸可降解聚合物和上文所描述的GOx/CAT信号传导工具，其中优选地总酶与聚合物的比率(w/w)是1:1000到1:1，优选1:500到1:2，更优选1:100到1:15。原则上，葡萄糖氧化酶可以是展示能够使葡萄糖氧化以产生葡糖酸，优选还在与催化酶组合使用时产生过氧化物的葡萄糖氧化酶活性的任何生物相容性酶。

在一些实施例中GOx与CAT的重量比经最佳化以增强酶混合物响应于改变的葡萄糖水平的能力。GOx与CAT的重量比可以是1:100到100:1，但比率优选是1:1到8:1。在一些实施例中，GOx/CAT系统的响应在GOx与CAT的重量比是约4:1时最佳化。

响应性信号传导工具可以并入到聚合基质中，可以涂布到粒子表面上，可以囊封在不同生物可降解粒子内，或与组合物分开投与。在优选实施例中，将响应性信号传导工具并入在组合物内，优选在响应性聚合基质内。

响应性信号传导工具可以含有一种或多种酶，如上文所描述的GOx/CAT信号传导工具。适用于这一目的的酶可以是任何酶。适合的酶包括水解酶、角质酶、氧化酶、转移酶、还原酶、半纤维素酶、酯酶、异构酶、果胶酶、乳糖酶、过氧化酶、漆酶、果胶酶、过氧化氢酶、腈水解酶以及其混合物。水解酶水解衬底并且包括(但不限于)蛋白酶(细菌、真菌、酸性、中性或碱性)、淀粉酶(α或β)、脂肪酶、磷脂酶、酯酶、甘露聚糖酶、纤维素酶以及其混合物。相关特定酶是氧化酶、过氧化氢酶、过氧化酶以及脱氢酶。

在一些实施例中，提供响应性水凝胶组合物，其含有与CAT组合的一种或多种氧化酶。可以任选地与CAT组合使用的酶的实例包括葡萄糖氧化酶、α-羟基氧化酶、乳酸氧化酶、尿素酶、肌酸酰胺水解酶、肌酸脒基水解酶、肌氨酸氧化酶、谷氨酸脱氢酶、丙酮酸激酶、乙醇氧化酶、乳酸脱氢酶以及果糖脱氢酶。举例来说，含有pH响应性聚合基质和乙醇氧化酶和催化酶的酶组合的氢组合物可以用于响应于血液乙醇水平而递送一种或多种活性剂。

C.表面改性剂

在一些实施例中，所述粒子涂布有表面改性剂。可以涂覆表面改性剂以产生具有一种电荷的粒子或产生具有不同电荷的粒子，即，产生两组或更多组多个粒子，其中一组多个粒子可以具有较大量值的电荷(更多正的或更多负的)或可以具有与不同多个粒子相比相反的电荷。相反电荷的纳米粒子可以用于产生凝胶，如图1A和1B中所示。表面改性剂可以在本质上是小分子的、寡聚的或聚合的。表面改性剂可以改性一个或多个特性，其涉及电荷、电荷密度、ζ电位、机械强度、刚度、颜色、表面粗糙度、磁矩或表面上的部分的存在和密度。所述部分可以包括在粒子之间产生特定或非特定吸引性(结合)相互作用的部分。示例性部分可以包括配体和受体对(如抗原/抗体对)、氢键供体和氢键受体以及交联部分。举例来说，第一多个粒子可以具有呈现多个受体部分的表面改性剂，其中第二多个粒子可以具有呈现多个特异性结合受体的靶向配体的表面改性剂，从而在不同粒子之间产生强吸引性相互作用。同样地，具有呈现多个氢键供体的表面的粒子将与呈现多个氢键受体的粒子具有强吸引性相互作用。

在一些实施例中，表面改性剂包括一个或多个配体/受体对，优选以高亲和力结合。高亲和力配体/受体对在文献中是已知的。示例性高亲和力配体/受体对包括FK506/FKBP12、甲氨蝶呤/二氢叶酸还原酶、PPI-2458/甲硫氨酸氨基肽酶、生物素/抗生蛋白链菌素四聚体、水蛭素/凝血酶、ZFV^P(O)F/羧基肽酶以及氯代烷烃/卤代烷脱卤素酶。测定高亲和力结合对的方法是已知的并且可以用于鉴别高亲和力配体/受体对。

在一些实施例中，表面改性剂可以包括一种或多种氢键供体和/或一种或多种氢键受体。示例性氢键供体包括具有可获得的羟基或氨基的部分，包括醇、苯酚、羧酸、伯胺和仲胺、膦酸、磷酸酯、磺酸以及硫酸。单糖含有游离-OH基团，因此单糖、二糖、寡糖以及多糖是示例性氢键供体。含有糖的示例性表面改性剂包括聚合物，如海藻酸盐；壳聚糖；聚乙烯醇；纤维素以及纤维素衍生物，如甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、邻苯二甲酸乙酸纤维素、交联羧甲纤维素、羟丙甲纤维素以及羟丙基甲基纤维素；角叉菜胶；环糊精；糊精；聚葡萄糖；其它淀粉，如玉米淀粉、淀粉酶、胶淀粉以及羟基乙酸淀粉钠；糖或小分子，如苹果酸、海藻糖、丙二醇、丙三醇、丙三醇单硬脂酸酯；糖，如山梨糖醇、核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖、阿洛糖、阿卓糖、甘露糖、甘露糖醇、葡萄糖、右旋糖、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖、葡萄糖、果糖、右旋糖、葡萄糖结合剂、乳糖、蔗糖以及麦芽糖；硬脂酸；维生素E；以及其衍生物。示例性氢键受体含有电负性基团，如具有游离价电子对的氧、氮、硫等，包括含有例如—CO-和＝N-的部分。示例性氢键受体包括含氮基团，如胺、酰胺、亚胺、酰亚胺、腈以及脲；以及芳香族氮基官能团，如吡啶、咪唑等；以及羧酸酯基团(羧酸、羧酸酯)、膦酸酯、亚砜、砜以及氨基甲酸酯。

尽管在一些实施例中，纳米粒子由在生理pH下具有相反电荷的聚合物制成，但在其它实施例中，纳米粒子由相同聚合物制成，并且一组或多组粒子涂布有具有正电荷或负电荷分生物相容性材料。举例来说，为了获得带相反电荷的纳米粒子，多糖(如用于人类的两种多糖：壳聚糖和海藻酸盐)可用作表面改性剂以涂布纳米粒子，从而分别引入正表面和负表面两个，如图1B中所示。

在一些实施例中，不同组粒子可以具有相反电荷(符号相反)或可以具有符号相同但在表面上电荷的量值或量不同的电荷。在一些实施例中，由于具有电荷的聚合基质的性质或经由来自表面改性剂的电荷，具有相反电荷的粒子可以组合形成凝胶。带电表面改性剂可以包括优选在生理pH或接近生理pH下具有正电荷或负电荷的小分子、寡聚物或聚合物。在一些实施例中，带电表面改性剂可以是粒子表面上的表面活性剂。示例性带正电荷表面活性剂(阳离子表面活性剂)可以包括苯扎氯铵(烷基苄基二甲基氯化铵)；氯化十六烷基吡啶；以及十六烷基三甲基氯化铵(鲸蜡基三甲基氯化铵)。示例性带负电表面活性剂(阴离子表面活性剂)可以包括二月桂酰基磷酸甘油(1,2-二月桂酰基-sn-甘油-3-[磷酸基-外消旋-(l-丙三醇)]；磷脂酸；饱和脂肪酸，如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸以及硬脂酸；不饱和脂肪酸，如棕榈油酸、油酸、亚麻油酸以及亚麻酸；脱氧胆酸；胆酸；辛酸；甘氨胆酸；甘氨脱氧胆酸；月桂酰基肌氨酸；以及正十二烷基硫酸盐。

在一些实施例中，粒子涂布有含有一种或多种交联剂(例如热活化或UV活化交联剂)的表面改性剂。此类交联剂包括热交联剂，其在生理温度下或在施加热量后被活化。此类热交联剂可以包括多官能异氰酸酯、氮丙啶、多官能(甲基)丙烯酸酯以及环氧化合物。示例性交联剂包括双官能丙烯酸酯(如二丙烯酸1,6-己二醇酯)或多官能丙烯酸酯(如所属领域的技术人员所已知)。UV活化交联剂还可以用于使粒子交联。此类UV交联剂可以包括二苯甲酮和4-丙烯酰氧基二苯甲酮。

在一些实施例中，粒子由表面改性剂制成或涂布有表面改性剂，所述表面改性剂是带电聚合物，即，阳离子聚合物或阴离子聚合物。示例性阳离子聚合物包括以下的直链和支链均聚物和共聚物：聚烯丙胺(PAH)；聚乙烯亚胺(PEI)；聚(L-赖氨酸)(PLL)；聚(L-精氨酸)(PLA)；聚乙烯胺；聚(乙烯基苄基-三-Ci-C4-烷基铵盐)；聚(乙烯基吡啶)、聚(乙烯基吡啶盐)；聚(N,N-二烯丙基-N,N-二-Ci-C4-烷基-铵卤)；和/或聚氨基酰胺。示例性阳离子聚合物可以包括羟乙基纤维素和氯化二烯丙基二甲基铵的共聚物、丙烯酰胺和氯化二烯丙基二甲基铵的共聚物、乙烯吡咯烷酮和二甲氨基甲基丙烯酸乙酯甲基硫酸酯的共聚物、丙烯酰胺和β甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮和甲氯化乙烯基咪唑的共聚物、二烯丙基二甲基氯化铵和丙烯酸的共聚物、乙烯吡咯烷酮和甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵的共聚物、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵和甲基丙烯酰氧基乙基二甲基乙酰基铵的共聚物的甲基硫酸酯、季胺化羟乙基纤维素；二甲基硅氧烷3-(3-((3-椰油酰胺丙基)二甲氨基)-2-羟丙基)丙基封端乙酸酯；氨基乙基氨基丙基硅氧烷/和二甲基硅氧烷的共聚物；氨基乙基氨基丙基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物的衍生物以及阳离子硅酮聚合物。示例性阴离子聚合物包括以下的直链和支链均聚物或共聚物：聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMA)、马来酸、富马酸、聚(苯乙烯磺酸)(PSS)、聚氨基酸、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)(聚-(AMPS))、聚磷酸亚烷基酯、聚膦酸亚烷基酯、碳水化合物聚磷酸酯或碳水化合物聚膦酸酯(例如磷壁酸)。甲基丙烯酸的合成阴离子共聚物的实例包括丙烯酸或甲基丙烯酸与乙烯系单体的共聚合产物，包括例如丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺或N-乙烯吡咯烷酮。示例性阴离子生物聚合物或经修饰的生物聚合物包括玻尿酸、糖胺聚糖(如硫酸肝素或软骨素)、褐藻糖胶、聚天冬氨酸、聚谷氨酸、羧甲基纤维素、羧甲基葡聚糖、海藻酸盐、果胶、结冷胶、羧烷基甲壳素、羧甲基壳聚糖以及硫酸化多糖。

在一些实施例中，可以调节粒子上相互作用的性质和/或表面改性剂的密度以控制粒子之间的吸引性相互作用的强度。在一些实施例中，这些变化可以用于影响所得凝胶的物理特性，即，非剪切条件下的刚度或剪切条件下的流动性、凝胶的总机械强度等。可以经修饰的示例性物理特性包括拉伸强度、伸长率、弯曲强度、弯曲模量、剪切粘度等。

D.治疗剂、预防剂或诊断剂

本文所描述的组合物可以用于一种或多种治疗剂、防治剂或诊断剂的响应性和/或控制递送。在一些实施例中，组合物仅含有单一治疗剂、防治剂或诊断剂，即，胰岛素。在其它实施例中，可以响应性方式或控制方式，一起或独立地递送多种药剂。举例来说，在一些实施例中，可能有利的是提供第一治疗剂、防治剂或诊断剂的持续延长释放，而在相同时间提供响应于特定刺激的第二治疗剂、防治剂或诊断剂的释放。在此类实施例中，第一药剂可以并入到含有如所属领域中已知的标准延长释放聚合基质的聚合物粒子中。第二药剂可以并入到含有如本文所描述的响应性聚合基质的聚合物粒子中。对于特定非限制性实例，在治疗糖尿病时可能需要提供糖尿病药物(如α-葡糖苷酶抑制剂)的持续递送，而在相同时间响应于检测到血糖水平提高提供胰岛素递送。在一些实施例中，这通过提供网络凝胶组合物实现，所述网络凝胶组合物含有囊封α-葡糖苷酶抑制剂的延长释放粒子(即，PLGA粒子)和囊封胰岛素的葡萄糖响应性粒子(如本文实例中所描述的经修饰的葡聚糖粒子)两种。

在优选实施例中，提供组合物，其含有胰岛素或胰岛素类似物。“胰岛素”是指由胰腺制得的天然肽激素，其控制血液中的糖(葡萄糖)的水平。胰岛素准许细胞使用葡萄糖。如本文所使用的“胰岛素类似物”是指人类胰岛素，其中一个或多个氨基酸残基已被另一个氨基酸残基替换或缺失，或其中A链和/或B链已通过在N端或C端处添加一个或多个氨基酸残基延伸，并且其控制血液中的葡萄糖水平，但具有与天然存在的胰岛素不同的药物动力学。胰岛素类似物的实例包括NPH胰岛素；也称为优泌林(Humulin)N、诺和灵(Novolin)N、诺和灵NPH、NPH因苏林(Iletin)II以及低精蛋白胰岛素，其以优泌林N名称由礼来公司(EliLillyandCompany)出售，其是帮助管理患有糖尿病的那些人的血糖水平的中效胰岛素。在80年代，许多人在从猪/牛胰岛素转换到这些胰岛素之后报告了问题。问题包括情绪/性格变化、记忆问题以及低血糖意识障碍。

赖脯胰岛素(Lispro).礼来公司具有第一胰岛素类似物“赖脯胰岛素”作为速效胰岛素类似物。其以商品名Humalog出售。经由重组DNA技术将其工程改造以使得B链的C末端上的倒数第二个赖氨酸和脯氨酸残基交换。这一修饰不会改变胰岛素受体结合，但阻止胰岛素二聚物和六聚体的形成。这允许较大量活性单体胰岛素可用于餐后(餐食后)注射。

门冬胰岛素(Aspart).诺和诺德公司(NovoNordisk)产生“门冬胰岛素”并且将其以NovoLog/NovoRapid(UK-CAN)形式作为速效胰岛素类似物出售。其经由重组DNA技术产生以使得氨基酸B28(其通常是脯氨酸)经天冬氨酸残基取代。序列插入酵母基因组中，并且酵母表达胰岛素类似物，其接着由生物反应器采集。这一类似物还防止形成六聚体以产生快效胰岛素。其被批准用于CSII泵和弯曲笔(Flexpen)、诺和笔(Novopen)递送装置以便于皮下注射。

赖谷胰岛素.赖谷胰岛素是来自赛诺菲安万特公司(Sanofi-Aventis)的较新速效胰岛素类似物，其被批准与胰岛素泵或欧普提克里克笔(OpticlikPen)中的普通注射器一起使用。标准注射器递送也是个选择方案。其以名称阿匹德亚(Apidra)出售。FDA批准的标签陈述其因其快速起效和较短作用持续时间而不同于普通人类胰岛素。

偏移等电点胰岛素

正常未经修饰的胰岛素在生理pH下是可溶性的。已产生类似物，其具有偏移等电点以使得其存在于溶解平衡中，其中大部分沉淀出但缓慢溶解在血流中并且最终通过肾脏排泄掉。这些胰岛素类似物用于取代胰岛素的基础水平，并且可以在直到24小时的时间段内保持有效。然而，一些胰岛素类似物(如地特胰岛素)与白蛋白而非脂肪类早期胰岛素品种结合，并且来自长期使用(例如超过10年)的结果从未被释放。

甘精胰岛素.赛诺菲-安万特公司研发出作为更长效的胰岛素类似物的甘精胰岛素，以及其以商品名兰特斯(Lantus)出售。其通过修饰三个氨基酸产生。将两个带正电荷的精氨酸分子添加到B链的C端，并且其使等电点从5.4偏移到6.7，使得甘精胰岛素在略微酸性pH值下更可溶并且在生理pH下更不可溶。需要在A链中的位置21处将酸敏感性天冬酰胺替换为甘氨酸以避免精氨酸残基的脱氨基和二聚。当相比于生物合成人类胰岛素时，这三个结构变化和具有锌的制剂导致作用延长。当注射pH4.0溶液时，大部分材料沉淀并且不是生物可用的。少量是立即可用于用途的，并且其余部分被隔离在皮下组织中。当使用甘精胰岛素时，少量沉淀材料将移动到血流中的溶液中，并且胰岛素的基础水平将维持直到24小时。皮下甘精胰岛素的作用起效时间比NPH人类胰岛素略短。其是澄清溶液，因为制剂中不存在锌。

地特胰岛素.诺和诺德公司产生地特胰岛素并且其以商品名诺和平(Levemir)出售作为用于维持胰岛素的基础水平的长效的胰岛素类似物。胰岛素的基础水平可以维持直到20小时，但时间显然受注射剂量的大小影响。这一胰岛素对血清白蛋白具有高亲和力，延长了其作用持续时间。

糖尿病药物

示例性糖尿病药物包括磺酰脲、美格替耐(meglitinides)、双胍、噻唑烷二酮、α-葡糖苷酶抑制剂或DPP-4抑制剂。磺酰脲刺激胰腺的β细胞释放更多胰岛素。氯磺丙脲(特泌胰(Diabinese))是唯一现今仍在使用的第一代磺酰脲。第二代磺酰脲以比第一代药物更小的剂量使用。存在三种第二代药物：格列吡嗪(glipizide)(瑞易宁(Glucotrol)和瑞易宁XL)、格列苯脲(glyburide)(糖必镇(Micronase)、(格列农Glynase)以及优降糖(Diabeta))以及格列美脲(glimepiride)(玛尔胰(Amaryl))。美格替耐是同样刺激β细胞释放胰岛素的药物。瑞格列奈(Repaglinide)(普软汀(Prandin))和那格列奈(nateglinide)(唐力(Starlix))是美格替耐。二甲双胍(格华止(Glucophage))是双胍。双胍主要通过减少肝脏所产生的葡萄糖量来降低血糖水平。罗格列酮(Rosiglitazone)(文迪雅(Avandia))和吡格列酮(pioglitazone)(ACTOS)在称为噻唑烷二酮的药物群组中。这些药物帮助胰岛素在肌肉和脂肪中更好地起作用并且还减少肝脏中的葡萄糖产量。DPP-4抑制剂在不导致低血糖的情况下帮助改善A1C。其通过防止天然存在的化合物GLP-1在身体中分解起作用。GLP-1降低身体内的血糖水平，但被极快分解，因此当自身作为药物注射时，其不会很好地起作用。通过干扰分解GLP-1的过程，DPP-4抑制剂允许其在身体内保持更长时间的活性，仅在血糖水平升高时降低血糖水平。西他列汀(Sitagliptin)(JANUVIA)和沙格列汀(saxagliptin)(ONGLYZA)是当前市场上的两种DPP-4抑制剂。

在某些优选实施例中，提供组合物，其含有胰岛素和一种或多种可以响应性方式一起递送或通过提供与响应于提高的葡萄糖水平胰岛素或胰岛素类似物的响应性释放组合的糖尿病药物的延长释放而独立递送的额外糖尿病药物。

除胰岛素和胰岛素类似物以外，可以囊封其它治疗剂、预防剂或诊断剂来治疗或管理疾病或病症。其可以包括较小药物、蛋白质或肽、核酸分子(如DNA、mRNA和siRNA)、多糖、脂质以及其组合。

所囊封的特定治疗剂、防治剂或诊断剂将取决于待治疗的病况。举例来说，在含有响应于血液乙醇水平的聚合基质的组合物中，可能有利的是使用常用于治疗酒精中毒或其它成瘾的一种或多种药物，即，戒酒硫或钙尿素、安定(diazepam)或利眠宁(librium)或鸦片拮抗剂，如纳洛酮(naloxone)、纳曲酮(naltrexone)、环唑辛(cyclazocine)、二丙诺啡(diprenorphine)、伊塔唑辛(etazocine)、勒瓦洛凡(levalorphan)、美他佐辛(metazocine)或纳洛芬(nalorphine)。

诊断剂可以单独释放或与治疗剂和/或预防剂组合释放。实例包括放射性核素、不透射线分子以及MRI、x射线或超声波可检测分子。

E.赋形剂

如本文所使用的“药学上可接受的载剂”意味着无毒惰性固体、半固体或液体填补剂、稀释剂、囊封材料或任何类型的制剂助剂。根纳罗(Gennaro)编的雷明顿的药物科学(Remington'sPharmaceuticalSciences),马克出版(MackPublishing),宾夕法尼亚州伊斯顿(Easton,Pa.),1995公开了用于调配药物组合物的各种载剂和其已知制备技术。

制剂可以仅由囊封胰岛素或胰岛素类似物和葡萄糖响应性组分的粒子和所得凝胶组成，或包括一种或多种赋形剂，如无菌水、无菌缓冲盐水或其它标准赋形剂。

II.制得响应性组合物的方法

A.制得纳米网络凝胶的方法

胶体纳米网络凝胶可以使用带相反电荷的粒子制造，所述粒子如纳米粒子或微米粒子，其相互作用以形成稳定的三维架构。即，胶体凝胶可以模制和/或成形为响应性药物递送架构以用于多种用途。成形可以在植入之前进行以形成稳定结构，或可以在植入期间进行以原位形成稳定结构。所述架构可以经配置以在剪切和强静态粘合力下具有所需程度的展延性以促进制造特定形状的组织架构。此外，带电聚合物可以在制造过程期间取代带电粒子中的一个以产生具有带电粒子和带相反电荷的聚合物的胶体凝胶。因而，本文中的描述可以包括经带电聚合物取代的一个带电粒子。

胶体凝胶可以由生物可降解粒子和/或生物稳定粒子制备得到。粒子中的至少一个含有响应性药物递送聚合物基质和以响应性方式(即，响应于一个或多个条件改变)递送的治疗剂、防治剂或诊断剂。因而，至少一些粒子将优选是聚合的。额外粒子可以是聚合物、有机物、无机物、陶瓷、矿物质、其组合等。胶体凝胶可以包括一种以上类型的粒子，如生物可降解聚合物和矿物质。

可以由带相反电荷的纳米粒子制备的胶体凝胶在高浓度下展现允许制造特定形状的微米级材料的假塑性状态。这些材料的粘性强度取决于粒子间的相互作用，如静电力、范德华吸力、位阻等，其可以用于促进设计除治疗剂、防治剂或诊断剂的所需释放外还具有所需机械和物理特性的纳米网络凝胶。

图1A-1C提供用于制备可以形成和/或模制成适用作治疗架构的植入物的网络凝胶的一个工艺的示意性图示。如图1A中所示，可以组合正涂布粒子和负海藻酸盐涂布粒子以制备多孔胶体凝胶(图1C)。在一些实施例中，胶体凝胶可以接着模制成可以具有多种形状中的任一个的植入物。常常，所述形状将呈适用于植入的形式。可以接着植入植入物以提供用于一种或多种治疗剂、防治剂或诊断剂的响应性递送的治疗架构。在一些实施例中，网络凝胶植入物将在剪切条件下具有粘度以允许用标准针头进行注射。在一个优选实施例中，植入物提供响应于血糖水平的胰岛素或胰岛素类似物递送(图1C)。

在一些实施例中，可以组合正粒子和负粒子以制备多孔胶体凝胶，其是用粒子构造的网络。胶体凝胶实质上如本文所描述并且包括与负粒子结合的正粒子的网络以形成具有呈胶态网络凝胶形式的孔隙的基质。胶态凝胶具有剪切稀化，其特征在于当向胶体凝胶施加剪切力时，如由注射器注射，穿过导管或搅拌，正粒子和负粒子可以分离以形成糊状物或以为胶体凝胶提供一定程度上提高的流动性。因此，粒子网络可以暂时被破坏以提供流动性。流动性可以类似于糊状物的流动性以使得胶态凝胶是可模制的并且可以用铲或其它器具使其成形。当不在剪切力下时，可以再次组合正粒子和负粒子以形成多孔胶态网络凝胶。胶体凝胶可以接着设定成当未施加剪切时结构坚固的形式。因此，所设定的胶体凝胶可以用作植入物并且可以注射到身体内的部位中以原位提供可模制的并且可成形的植入物。

胶态凝胶架构可以用于延长一种或多种治疗剂、防治剂或诊断剂的递送，并且可以包括第一多个带正电荷的生物相容性粒子和第二多个带负电荷的生物相容性粒子。正粒子和负粒子可以经由离子相互作用或其它相互作用连接在一起以形成呈胶体凝胶形式的三维基质。任选地，基质可以包括由粒子界定并且安置在粒子之间翻多个孔隙。孔隙可以小于粒子或设定大小以足以容纳多个活细胞。举例来说，孔隙可以是在粒子或更大孔隙之间的间隙空间。因此，孔隙可以设定尺寸以保留小分子、大分子、细胞等。此外，连接粒子可以具有足以与多个孔隙内和由粒子制备的架构上的细胞相互作用的表面积。

生物相容性粒子可以包括第一和第二组粒子。一般来说，第一组粒子带正电荷并且第二组粒子带负电荷，或反之亦然。另外，第一组粒子可以具有除电荷类型外的第一特征。第二组粒子可以具有除电荷类型外的不同于第一特征的第二特征。举例来说，所述第一和第二特征可以独立地选自以下：组合物；聚合物；粒径；粒度分布；ζ电位；电荷密度；生物活性剂类型；生物活性剂组合类型；生物活性剂浓度；生物活性剂量；生物活性剂释放速率；机械强度；柔性；刚度；颜色；放射线可透性或放射线不透性。

带相反电荷的粒子可以组合成共混空间分布以使得正粒子与负粒子结合以形成基质。在一些情况下，基质的一部分的带一种类型电荷粒子可以多于带另一种电荷粒子，并且另一种类型的粒子可以具有更高电荷密度。即，具有更低电荷密度的更多粒子可以与具有更高电荷密度的更少粒子组合以形成胶体凝胶基质。

在一个实施例中，适用作响应性药物递送架构的胶体凝胶可以通过用聚合物取代粒子中的仅一种来制备。这可以包括与多个带负电荷粒子组合的多种带正电荷聚合物或与多个带正电荷粒子组合的多种带负电荷聚合物。带电聚合物可以具有不同分子量；然而，更大和/或更长聚合物可能是适用的并且更像粒子。聚合物可以是支链、交联或直链的。带电聚合物可以包括类似于粒子的电荷密度。此外，聚合物可以具有多个携带电荷的单元。聚合物可以被正粒子或负粒子取代，并且具有聚合物的相反电荷的粒子可以与其组合以制备具有本文所描述的特性的胶体凝胶，其适用作响应性药物递送架构。

制得具有带相反电荷的粒子的响应性药物递送架构的工艺成功地产生多孔、良好连接的基质，其可以适用于多种应用，取决于适合的治疗剂、防治剂或诊断剂的选择。所述工艺可以用于使用由例如聚(D,L-交酯-共-乙交酯)(PLG)、聚(D,L-乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)制成的粒子产生多孔、生物相容性并且生物可降解的架构。另外，可以使用不同大小的粒子在架构内产生孔隙图案。

在一些实施例中，提供具有正电荷的第一组粒子；提供具有负电荷的第二组粒子，其中一组或两组含有响应性聚合基质和待递送的治疗剂、防治剂或诊断剂；并且组合第一组和第二组粒子以形成具有由粒子界定并且安置在粒子之间的多个孔隙的三维基质。所述多个粒子具有足以允许细胞在所述多个孔隙内传送的表面积。三维基质可以包括共混的第一组和第二组粒子以使得正粒子与负粒子相邻并且以离子方式结合以形成基质。

可以通过使带相反电荷的粒子悬浮液流动到具有预定义流动分布的预定形状(以允许制造特定形状的材料)的模具中来制造架构。带相反电荷的粒子可以组合并且混合在一起以结合并且形成连续材料。所述工艺可以利用市售可编程注射器泵(例如发动机驱动的注射器泵)以将带相反电荷的粒子泵吸到模具中。这些类型的泵现在可以与带相反电荷的粒子组合物一起使用以产生具有各种特征的三维药物递送架构。

在一些实施例中，带相反电荷的粒子组合物的自由造型印刷可以用于形成可以通过印刷、模制或切削成形的胶态凝胶，以产生展现精密结构的三维微周期网络。另外，胶体凝胶可以模制并且冷冻干燥以产生更具刚性的结构或直接注射为原位形成架构。将致孔剂(如氯化钠、盐、油、石蜡、聚合物)或表面活性剂涂覆到架构可以产生不同大小的孔隙以增强互连孔隙3-D结构。

在一些实施例中，制备基于粒子的架构的方法可以包括以下中的任一个：制备第一组正粒子的第一液体悬浮液；制备第二组负粒子的第二液体悬浮液，其中第一组、第二组或两组都含有响应性聚合基质和治疗剂、防治剂或诊断剂；将第一液体悬浮液引入到模具中；在将第一液体悬浮液引入到模具中之前、期间和/或之后将第二液体悬浮液引入到模具中；将第一和第二组粒子模制到具有与负电荷结合的正电荷的模具中以形成基质。

在一些实施例中，所述第一和第二粒子可以组合，并且接着引入个体身体中以形成基质。所述基质可以接着按需要或希望成形。举例来说，第一粒子组合物可以与第二粒子组合物组合，并且组合的组合物可以沉积到个体身体内的所需位置中。因此，组合物可以在植入之前预先成形或在沉积在个体身体内之后成形。

在一个实施例中，所述粒子可以包括固定表面因子(例如RGD粘附序列)。具有固定表面因子的粒子分布(产生此类因子梯度)可以影响细胞迁移。

响应性药物递送架构可以由带相反电荷的单分散粒子制成，其可以产生改进系统以探究粒径和电荷密度对基于粒子的架构的影响。相比于随机大小粒子，均匀粒子可以紧密填充，提供对架构的孔隙大小和孔隙度的更好控制，并且可以大大辅助架构的机械完整性。此外，来自主体架构中的粒子的分子的局部释放涉及个别粒径和聚合物特性。与均匀的基于粒子的架构相关的可再生性和可预测性可以使其更适用于药物递送架构。还可以在单一架构中使用不同电荷密度。

在一些实施例中，通过使用两种或更多种不同聚合物(例如共聚物，如二嵌段共聚物和均聚物)，可以控制粒子特性。在一些实施例中，本文所描述的方法形成具有较高量的囊封治疗剂的纳米粒子，例如可以包括约0.2到约40重量百分比，或约0.2到约30重量百分比，例如约0.2到约20重量百分比或约1到约10重量百分比的治疗剂、防治剂或诊断剂。

在一些实施例中，使用纳米乳剂工艺以囊封治疗剂、防治剂或诊断剂，其中第一聚合物(例如，PLA-PEG或PLGA-PEG)和/或第二聚合物(经修饰的多糖，如右旋糖)与有机溶液混合以形成第一有机相。此类第一相可以包括约5到约50重量％固体，例如约5到约40％固体，或约10到约30％固体，例如约10％、15％、20％固体。第一有机相可以与第一水溶液组合以形成第二相。有机溶液可以包括例如乙腈、四氢呋喃、乙酸乙酯、异丙醇、乙酸异丙酯、二甲基甲酰胺、氯化甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、苯甲醇、80或斯潘(Span)80以及其组合。在一些实施例中，有机相可以包括苯甲醇、乙酸乙酯以及其组合。第二相可以在约1与50重量％之间，例如5-40重量％固体。水溶液可以是水，任选地与胆酸钠、乙酸乙酯以及苯甲醇中的一个或多个组合。

举例来说，油或有机相可以使用与非溶剂(水)仅部分可混溶的溶剂。因此，当以足够低的比率混合时和/或当使用有机溶剂预饱和的水时，油相保持液态。油相可以乳化成水溶液，并且使用例如高能量分散系统(如均质器或超声破碎器)以液态液滴形式剪切成纳米粒子。乳液的水性部分(另外被称为“水相”)可以是由胆酸钠组成并且用乙酸乙酯和苯甲醇预饱和的表面活性剂溶液。

使第二相乳化以形成乳液相可以在一个或两个乳化步骤中进行。举例来说，可以制备初步乳液，并且接着乳化形成细微乳液。初步乳液可以例如使用简单混合、高压均质器、探针超声破碎器、搅拌棒或转子定子均质器形成。初步乳液可以经由使用例如探针超声破碎器或高压均质器，例如通过使用1、2、3或更多个通过均质器的通道而形成为细微乳液。举例来说，当使用高压均质器时，所使用的压力可以是约5000到约15000psi，或约9900到约13200psi，例如9900或13200psi。

可能需要溶剂蒸发或稀释以完全提取溶剂和固化粒子。为了更好地控制提取和更多可调式工艺的动力学，可以使用经由水性淬灭的溶剂稀释。举例来说，乳液可以稀释到冷水中一定浓度，所述浓度足以溶解所有有机溶剂以形成淬灭相。淬灭可以至少部分在约5℃或更低的温度下进行。举例来说，用于淬灭的水可以在低于室温的温度(例如约0℃到约10℃，或约0℃到约5℃)下。

B.并入治疗剂、预防剂或诊断剂

胶态凝胶基质的粒子将包括响应于刺激或病况而释放的至少一种治疗剂、防治剂或诊断剂，优选是响应于血糖水平提高而释放的胰岛素。胶体凝胶基质还可以包括第一组粒子或电荷中所含有的或安置在其上的额外治疗剂、防治剂或诊断剂。治疗剂、防治剂或诊断剂还可以安置在连接粒子之间的间隙空间中。所得架构可以被配置成释放额外治疗剂、防治剂或诊断剂以产生所需浓度的药剂。任选地，第二组粒子可以实质上不含所述药剂，或可以包括第二药剂。当第二组粒子中含有第二药剂或安置在其上时，架构可以被配置成释放第二药剂以产生与第一药剂的第一所需浓度相同或不同的所需浓度的第二药剂。不同药剂可以在正粒子和负粒子两种中或在不同粒子中，并且可以受控制的和/或响应性方式释放。举例来说，正粒子可以包括第一药剂，并且负粒子可以包括第二药剂。此外，正粒子可以包括一种以上类型的药剂。此外，相同治疗剂、防治剂或诊断剂可以在正粒子和负粒子两种中。这允许粒子的不同并且复杂的配置以使得可以获得一种或多种治疗剂、预防剂或诊断剂的所需释放分布，并且可以响应于一种或多种刺激，如一种或多种分子(如血糖)的浓度变化、pH变化或温度变化。此外，具有一种类型药剂的粒子可以优先安置在基质的不同侧面或部分具有不同类型药剂的胶体凝胶基质的一侧上。具有不同药剂的不同粒子的配置可以在制造工艺期间通过将一种类型粒子定位在模具内的一个位置中并且将不同类型的粒子定位在不同位置中来实现。因此，多种不同类型的粒子可以各具有生物活性剂以向架构提供多个不同类型的治疗剂、防治剂或诊断剂。

因此，第一组粒子的第一特征可以是粒子中所含有的或安置在粒子上的第一药剂，并且第二组粒子的第二特征可以是粒子中所含有的或安置在粒子上的第二药剂。在一些实施例中，第一组或第二组粒子中的至少一种可以包括生物可降解聚合物。举例来说，所述粒子可以包括聚-交酯-共-乙交酯或聚(乳酸-共-乙醇酸)或PLGA或其它类似聚合物或共聚物。

在一个实施例中，所述架构可以包括除电荷外具有与第一或第二特征相同或不同的第三特征的第三组粒子。第三组粒子可以具有与正粒子和负粒子相对于基质的空间位置不同或相同的预定空间位置。此外，第三组可以是正的、负的或中性的。当中性时，粒子可以截留在正/负粒子的基质内或可以化学结合到其上。

在一个实施例中，所述架构可以包括第一末端和相对的第二末端。因此，第一组粒子可以具有第一治疗剂、防治剂或诊断剂，并且第一末端可以具有第一组的粒子的大部分。相对应地，第二组粒子可以具有不同于第一药剂的第二治疗剂、防治剂或诊断剂，并且第二末端具有第二组的粒子的大部分。粒子上的正和负表面电荷相互作用形成凝胶。

制得药物装载粒子的方法是所属领域中已知的。在一些实施例中，聚合物粒子在形成凝胶之前装载有一种或多种治疗剂、防治剂或诊断剂。在一些实施例中，在凝胶已经形成之后，将一种或多种治疗剂、防治剂或诊断剂装载到粒子上，例如通过在含有所述药剂的溶液中浸泡凝胶。在优选实施例中，所述药剂是胰岛素或胰岛素类似物。在将自组装组分混合到水凝胶中之前或之后，将胰岛素装载到水凝胶中。在一些实施例中，首先产生装载胰岛素的粒子，其具有响应性聚合基质，任选地具有表面改性剂，并且所述粒子组合以形成凝胶。在一个实施例中，已形成并且含有响应性聚合物粒子的水凝胶用胰岛素溶液培育以吸收胰岛素。

在一些实施例中，在这一阶段，并非所有治疗剂、防治剂或诊断剂都囊封在粒子中，并且向淬灭相中添加药物增溶剂以形成溶解相。药物增溶剂可以是例如80、20、聚乙烯吡咯烷酮、环葡聚糖、十二烷基硫酸钠或胆酸钠。举例来说，可以将80添加到淬灭的纳米粒子悬浮液中以溶解游离药物并且防止形成药物晶体。在一些实施例中，药物增溶剂与治疗剂的比率是约100:1到约10:1。

可以过滤溶解相以回收纳米粒子。举例来说，超滤膜可以用于浓缩纳米粒子悬浮液并且实质上消除有机溶剂、游离药物以及其它加工助剂(表面活性剂)。

可以使用切向流过滤系统进行示例性过滤。举例来说，通过使用具有适合于保留纳米粒子同时允许溶质、微胶粒以及有机溶剂通过的孔径的膜，可以选择性地分离纳米粒子。可以使用截留分子量是约300-500kDa(-5-25nm)的示例性膜。

可以使用恒定体积途径进行透滤，意味着可以与滤液从悬浮液去除相同的速率将透滤液(冷去离子水，例如约0℃到约5℃，或0℃到约10℃)添加到进料悬浮液中。在一些实施例中，过滤可以包括使用约0℃到约5℃或0℃到约10℃的第一温度的第一过滤，以及任选地约20℃到约30℃或15℃到约35℃的第二温度。举例来说，过滤可以包括在约0℃到约5℃下加工约10到约20个透滤体积。在另一个实施例中，过滤可以包括在约0℃到约5℃下加工约1到约6个透滤体积，以及在约20℃到约30℃下加工至少一个透滤体积(例如约1到约3或约1-2个透滤体积)。

任选地，在纯化和浓缩纳米粒子悬浮液之后，可以使粒子穿过一个、两个或更多个灭菌和/或深度过滤器，例如使用-0.2μπι深度预过滤器。

在制备纳米粒子的一个示例性实施例中，形成有机相，其由治疗剂，例如胰岛素和聚合物(均聚物和共聚物)的混合物构成。有机相可以大约1:5比率(油相:水相)与水相混合，其中水相由表面活性剂和任选地溶解溶剂构成。初步乳液可以接着通过在简单混合下或经由使用转子定子均质器合并两个相形成。接着经由使用例如高压均质器使初步乳液形成为细微乳液。此类细微乳液可以接着通过例如在混合下添加去离子水来淬灭。示例性淬灭：乳液比率可以是约近似8:1。可以接着添加(例如80)溶液以淬灭，从而获得例如总体大约1-2％其可以用来溶解游离的未被囊封的胰岛素。可以接着经由离心或超过滤/透滤分离所形成的纳米粒子。

C.剂量剂型

可以常规方式使用一种或多种包含已知赋形剂和助剂的生理学上可接受的载剂调配剂型，所述助剂促进加工成药学上可以使用的制剂。在一个实施例中，在注射之前，制剂呈悬浮液的形式。

药物的调配论述于例如胡佛约翰E.(Hoover,JohnE.),雷明顿的药物科学,马克出版公司(MackPublishingCo.),宾夕法尼亚州伊斯顿(1975)和利伯曼H.A.(Liberman,H.A.)和拉赫曼L.(Lachman,L.)编,药物剂型(PharmaceuticalDosageForms),马塞尔德克尔公司(MarcelDecker),纽约州纽约(NewYork,N.Y.)(1980)中。恰当调配取决于所选投与途径。

在一个优选实施例中，制剂是可注射制剂。可注射胰岛素制剂可以通过使凝胶囊封的胰岛素悬浮在稀释剂中制得。悬浮液经灭菌并且填充在适用于单位或多次注射给药的小瓶中。无菌可注射制剂可以如所属领域中所知调配。可以采用的可接受媒剂和溶剂中有水、林格氏溶液(Ringer'ssolution)、U.S.P.以及等渗氯化钠溶液。可注射制剂可以例如通过经由细菌保留过滤器过滤或通过并入灭菌剂来灭菌，所述灭菌剂呈在使用前可以溶解或分散于无菌水或其它无菌可注射介质中的无菌固体组合物形式。

IV.使用组合物的方法

A.投与方法

制剂可以皮下、肌内或皮内投与。在优选实施例中，皮下注射制剂。在一些实施例中，凝胶是预先形成的并且在剪切条件下可注射。在此类实施例中，有可能使用标准针头注射凝胶。在一些实施例中，凝胶原位形成，例如通过原位组合第一和第二多个粒子以形成凝胶或通过组合粒子，其中凝胶在施加热量、光(如UV)或一些其它外部刺激以形成凝胶后形成。举例来说，涂布有热活化交联剂的粒子可以通过施加热量或在一些实施例中，简单地通过提高到生理温度来原位胶凝化。

如本文所使用的“单位剂型”是指适于待治疗患者的缀合物的物理离散单位。在一个实施例中，制剂是经设计以在患者中注射之后在基础释放分布的情况下随时间推移将胰岛素释放到全身循环中的胰岛素制剂。在另一个实施例中，制剂经设计以在患者中注射之后在非基础释放分布的情况下随时间推移将胰岛素释放到全身循环中。示例性非基础释放分布包括普通人类胰岛素释放分布和膳食性释放分布。在一个实施例中，制剂经设计以在患者中注射之后在普通人类胰岛素释放分布的情况下随时间推移将胰岛素释放到全身循环中。在另一个实施例中，制剂经设计以在患者中注射之后在膳食性释放分布的情况下随时间推移将胰岛素释放到全身循环中。

B.待治疗患者

可以响应性方式向需要递送治疗剂、防治剂或诊断剂的患者投与包括响应性药物递送架构或凝胶的组合物和制剂。在一组优选的实施例中，患者需要响应于血糖水平提高，即，由于糖尿病，而投与治疗剂。

在一些实施例中，当患者的血糖水平升高时，通过响应性信号传导工具将葡萄糖转化成葡糖酸(例如囊封在粒子中的GOx/CAT系统)。葡糖酸局部降低pH，导致酸可降解聚合基质降解增加(如，本文所描述的经修饰的右旋糖聚合物，但可以使用其它聚合物)。在降解后，粒子释放囊封的胰岛素，其因为速率取决于血糖到葡糖酸的转化，所以可以葡萄糖依赖性方式递送。

在一些实施例中，当患者的血糖水平升高时，葡萄糖与肽水凝胶的葡萄糖结合端口结合，破坏促进凝胶形成的相互作用。与葡萄糖的相互作用导致以血糖依赖性方式从胰岛素制剂释放，如图1C中所示。

在一些实施例中，向并非完全胰岛素依赖型的患者投与胰岛素制剂。在一个实施例中，制剂在当天期间向患者提供足够量的胰岛素以使得患者不需要额外的含胰岛素制剂来将他/她的血糖水平维持在安全范围内。患者通常不是完全胰岛素依赖型的。

在另一个实施例中，向接受强化胰岛素疗法的患者投与制剂作为在当天期间向患者投与的含胰岛素制剂中的一种。优选地，制剂在基础释放分布的情况下将胰岛素递送到患者。

如本文所使用，“控制血糖水平”是指将血糖浓度维持在所需水平下，通常在70-130mg/dL或90-110mg/dL之间。

在优选实施例中，制剂在向患有糖尿病的患者投与时能够维持正常血糖(正常血糖水平)持续直到5天、1周、2周、一个月或直到两个月的时间。

将通过参考以下非限制性实例进一步理解本发明。

实例

除非另外规定，否则所有化学物质都购自西格玛-阿尔德里奇(Sigma-Aldrich)，并且按原样使用。人类重组胰岛素(Zn盐，27.5IU/mg)购自英杰公司(Invitrogen)。通过密理博(Millipore)NanoPure纯化系统(电阻率高于18.2MΩ·cm-1)制备去离子水。

实例1.制备m-葡聚糖

简单来说，将1.0g葡聚糖(Mn约9-11kDa)添加到火焰干燥的圆底烧瓶中并且用氮净化。将10mL无水二甲亚砜添加到烧瓶中并且搅拌直到葡聚糖完全溶解。将对甲苯磺酸吡啶(PPTS，15.6mg，0.062mmol)添加到溶液中，继而添加2-乙氧基丙烯(4.16mL，37mmol)。用氮短暂净化反应混合物，并且接着用石蜡膜密封以防止反应物蒸发。在室温下搅拌反应物30分钟，产生m-葡聚糖。在那时，通过添加1mL三乙胺淬灭反应。混合物接着沉淀并且在碱性水(pH＝约8)中洗涤三次以防止非所需降解，并且通过离心(8000rpm，15分钟)进行收集。冻干产物以去除残余水并且产生白色固体。IR(KBr,cm-1):3485,2971,2862,1471,1374,1246,1203,1047,806,746,549。1HNMR(400MHz,CDCl3):5.21(br,1H),4.87(br,1H),4.10-3.70(br,12H),3.46(br,4H),1.30(br,16H),1.11(br,8H)。

实例2.制备葡萄糖响应性纳米粒子和纳米网络凝胶

材料和方法

通过改进的双乳液(水包油包水)溶剂蒸发/提取方法制备葡聚糖纳米粒子。简单来说，通过超声处理持续45次循环(各1秒，其中工作循环为60％)，用0.5mL仅含有35mg人类重组胰岛素(美国英杰公司)或连同3.5mg酶(葡萄糖氧化酶与催化酶的重量比：4:1)的水相乳化5.8mL含有240mgm-葡聚糖的有机相(二氯甲烷(DCM))。其后，立即将初步乳液倒入25mL壳聚糖或海藻酸盐水溶液(1％)中并且超声处理45次循环。随后将双乳液转移到150mL壳聚糖(Mn：612kDa；脱乙酰化程度：96.1％)或海藻酸盐(Mw：1.6×10⁵)水溶液(0.2％)中。在室温下搅拌混合悬浮液以通过蒸发消除DCM。在2小时之后，清洗所得纳米粒子并且通过以10,000rpm重复离心程序并且再悬浮在蒸馏水中三次来进行收集。通过冻干干燥产物并且储存在4℃下。为了获得纳米网络凝胶，使壳聚糖或海藻酸盐涂布的纳米粒子单独地分散于去离子水(w/v＝20％)中，并且在浴超声破碎器中将其混合在一起(w/w＝l/l)持续2分钟。通过在3000rpm下离心3分钟收集所制备的纳米网络凝胶并且储存在4℃下。

通过测量未囊封胰岛素的量，经由BCA(二喹啉甲酸)蛋白质检验和使用无胰岛素粒子作为基本校正来测定胰岛素囊封纳米粒子的装载能力(LC)和囊封效率(EE)。LC和EE被计算为：LC＝(A-B)/C、EE＝(A-B)/A，其中A是胰岛素的预期囊封量，B是收集溶液中的胰岛素的游离量，并且C是粒子的总重量。

结果

为了获得带相反电荷的纳米粒子，利用壳聚糖和海藻酸盐作为表面改性剂来涂布葡聚糖纳米粒子。利用壳聚糖和海藻酸盐两种来分别在葡聚糖纳米粒子上引入正表面电荷和负表面电荷两种。利用双乳液程序，单独地以7.9±0.8wt％(针对壳聚糖涂布粒子)和11.4±0.1wt％(针对海藻酸盐涂布粒子)的胰岛素装载能力制备两种类型的葡聚糖粒子。如扫描电子显微术(SEM)所示，壳聚糖和海藻酸盐涂布纳米粒子都具有几乎单分散的粒径。针对壳聚糖涂布和海藻酸盐涂布的粒子，通过动态光散射(DLS)测定的平均流体动力学粒径分别是340nm和293nm。对于两种粒子的ξ电势分别是10.6±1.9mV(壳聚糖涂布)和-11.5±1.7mV(海藻酸盐涂布)。这些纳米粒子的均匀并且较小的尺寸提供粘性强度，同时相反ξ电势由于静电相互作用而促进紧密粒子填充。

通过混合带相反电荷的葡聚糖纳米粒子溶液产生装载有酶和胰岛素两个的粘性纳米网络(称为NN(E+I))。SEM说明纳米粒子接合在一起形成包含具有微通道的3D网络的主体多孔结构。由紧密填充的附聚物组成的结构域的形成指示由粒子间的引力(附聚物)和排斥力(孔隙)的平衡产生的纳米网络的粘性性质。

为了进一步验证带相反电荷的粒子之间的相互作用，将与两种不同荧光染料缀合的胰岛素囊封到涂布有壳聚糖和海藻酸盐的纳米粒子中。3D激光扫描共聚焦显微术(LSCM)指示所得网络中的粒子被压实而无显著移动性。

为了研究纳米网络的可注射性，各纳米粒子制剂和具有相同固体含量的所得纳米网络的粘度测量为剪切速率的函数(图5)。相比于纯纳米粒子，在较低剪切速率下的纳米网络的初始粘度确认形成吸引性静电相互作用和紧密的纳米粒子填充。在高剪切速率下粘合力降低，导致允许经由注射器方便注射纳米网络的较低粘度。

实例3.活体外释放研究

材料和方法

为了检验纳米网络的葡萄糖响应性解离，在微量离心管中收集凝胶并且在葡萄糖不存在或存在下，在高血糖水平(400mgdL-1)和正常水平(100mgdL-1)下用PBS溶液培育凝胶。

在制备纳米网络之后，将不同溶液(PBS，100mgdL-1或400mgdL-1葡萄糖，500μL)添加到各导管中并且在37℃下在定轨振荡器上培育以评估胰岛素释放。在预定时间点，离心(8000rpm，30秒)样品，并且去除12μL上清液以便分析。接着将12μL新鲜溶液添加到导管中以维持恒定体积并且放置回培育箱内。使用考马斯(Coomassie)Plus蛋白质检验测量总胰岛素含量。孔的吸光度检测为595nm，并且浓度从胰岛素标准曲线和使用仅具有酶的纳米网络的校准曲线内插。为了评估材料调适葡萄糖水平循环变化的能力，各纳米网络样品首先在400mgdL-1葡萄糖(500μL)中在37℃下培育2小时。在那时，离心(8000rpm，30秒)样品并且回收所有上清液。样品用PBS洗涤两次并且接着在100mgdL-1葡萄糖(500μL)中再培育2小时。这一循环重复诸多次。类似地，使用考马斯Plus蛋白质检验测定胰岛素浓度。

结果

暴露于高血糖溶液的纳米网络材料随时间推移逐渐解离。在8小时之后，由于经修饰的葡聚糖彻底水解成天然葡聚糖，培育溶液变得透明。同时，所记录的培育溶液的pH值证实了与溶液pH从7.4降低到4.2相关的网络降解，确认葡萄糖酶转化成葡糖酸。相比之下，两个对照样品(无葡萄糖和100mgdL-1葡萄糖)在8小时时程内并未展示可观测的解离，与溶液pH无改变一致(图3)。另外，当暴露于高血糖条件(图5)时，由于随着pH下降归因于改变的聚电解质电荷的不断减少的粘合力，在较低剪切速率下的纳米网络的粘度不断地降低。从纳米网络释放的胰岛素的总构象结构维持圆二色谱(CD)光谱所展示的天然胰岛素的总构象结构。

评定响应于改变的葡萄糖水平的胰岛素释放动力学。进行积聚的胰岛素释放研究并且确认在高血糖环境下实现从纳米网络的较快胰岛素释放，如图6A-6C中所绘制。相比之下，在正常葡萄糖水平和无葡萄糖PBS缓冲液下培育15小时内观测到从纳米网络的有限胰岛素释放。这些结果也与上文所论述的解离响应一致。同时，胰岛素的溶解性在酸性环境下提高，其进一步增强胰岛素释放速率。

当葡萄糖浓度每隔2小时在正常水平与高血糖水平之间循环改变重复若干次时，纳米网络的胰岛素释放分布呈现脉冲式图案。当葡萄糖水平转换为高血糖状态时，获得响应于葡萄糖水平变化的纳米网络和胰岛素释放速率的最大3.6增加倍数。此外，在高血糖和正常血糖水平下的释放速率稳定提高到最大值点并且接着逐渐降低。释放速率的“加速时间段”可以归因于逐渐减少的粘合力和网络的解离结构。总起来说，这些结果指出纳米网络的降解以及后续胰岛素释放是葡萄糖介导的和pH依赖型过程。类似智能阀门系统，经由纳米网络的胰岛素释放在较高葡萄糖水平下得到促进并且在较低葡萄糖水平下受到抑制。

实例4.在STZ诱发的糖尿病小鼠中的活体内研究

材料和方法

通过评定STZ诱发的成年糖尿病小鼠(雄性C57B6，美国杰克逊实验室(JacksonLab,USA))中的血糖来活体内评估用于糖尿病治疗的胰岛素装载纳米网络的功效。在MIT的比较医学分部监督(DivisionofComparativeMedicine)下并且依照NIT的实验室动物照护原则(PrinciplesofLaboratoryAnimalCare)照护小鼠。

在投与前两天，通过收集来自尾静脉的血液(约3μL)和使用ClarityGL2Plus葡萄糖监测器(VWR,USA)进行测量来连续地测试小鼠的血糖水平。针对投与PBS溶液、胰岛素溶液、装载有人类重组胰岛素和酶的纳米网络、仅装载有胰岛素的纳米网络或仅具有酶的纳米网络的各组，选择八只糖尿病小鼠。使用具有19号针头的1cc注射器将150μL水溶液或纳米网络注射到已经用1％异氟烷麻醉的小鼠的皮下背部中(胰岛素剂量：60mg/kg)。随时间推移监测各小鼠的葡萄糖水平(在投与当天前12小时每30分钟或2小时，以及随后几天早晨每天一次)。

为了测量活体内胰岛素浓度，从小鼠的尾静脉抽取血液样品(25μL)并且收集到萨尔斯特(Sarstedt)血清凝胶微管中。将血清样品(5μL)冷冻储存在-20℃下直到分析。使用人类胰岛素ELISA套组(美国卡尔生物科技公司(Calbiotech,USA))测定血浆胰岛素浓度。为了定量测定糖化白蛋白与总白蛋白浓度的比率，在投与前一天和投与后两周使用小鼠糖化白蛋白套组(美国晶体化学公司(CrystalChem,USA))分析所收集的血清样品(7μL)。

为了评定纳米网络的生物相容性，在0.05mg/mL到1.2mg/mL范围内的不同浓度下评估涂布有壳聚糖或海藻酸盐的纳米粒子和其对于海拉细胞的降解产物的细胞毒性。

结果

为了检验用于糖尿病治疗的胰岛素装载纳米网络的功效，用PBS溶液、人类重组胰岛素溶液、装载有胰岛素和酶的纳米网络(NN(E+I))、仅装载有胰岛素的纳米网络(NN(I))以及仅装载有酶的纳米网络(NN(E))皮下注射链佐霉素(STZ)诱发的糖尿病小鼠31。接着随时间推移监测各组中的被投与小鼠的血糖(BG)水平。用NN-EI一次注射处理的糖尿病小鼠的BG水平稳定维持在正常血糖(<200mg/dL)范围内持续直到10天，而无高血糖或低血糖状态的峰。

对于一些经处理的小鼠，BG水平维持在正常血糖范围内持续超过两周。NN(E+I)组的平均BG水平由于胰岛素含量减少或囊封胰岛素的生物活性损失而逐渐提高，但仍明显低于初始BG水平直到三周。相对应地，可以在三周时程内检测到注射有NN(E+I)的小鼠中的血浆人类胰岛素。

前12小时BG水平的快速下降可能是由于释放在溶液部分中或粘着在纳米网络表面上的胰岛素的初始爆发。然而，由酶催化介导的囊封在纳米粒子中的残余胰岛素的后续释放更缓慢进行。相比之下，用NN(I)处理的小鼠的BG水平维持在正常范围内的BG水平持续两天，之后返回高血糖状态。同时，在投与后第二天，注射有胰岛素溶液的小鼠的BG水平提高到高血糖范围。在酶不存在下，NN(I)无法经历酸降解事件以有效地释放胰岛素，并且因此被投与小鼠的BG水平显著高于用NN(E+I)处理的那些。在无装载基质的情况下，纯胰岛素被迅速清除并且导致投与次日血浆胰岛素浓度快速下降。

为了研究葡萄糖的催化消耗对BG水平下降的可能的影响，用NN(E)处理糖尿病小鼠。然而，经由酶的葡萄糖转化并未显示在降低BG水平方面的可检测到的影响。通过在注射后第6天的静脉内葡萄糖耐量测试来活体内测试葡萄糖响应性。相较于健康动物，用NN(E+I)处理的小鼠显示在葡萄糖注射后BG水平快速提高，继而稍微延迟降低，最后在80分钟到达正常BG水平。还测试了血清中的糖化白蛋白水平，其是糖尿病控制的中期(2-3周)指标。在投与NN(E+I)后两周，糖化白蛋白比率(糖化白蛋白/总白蛋白)显著降低1.6倍。另外，在投与后4周时间段之后，用NN(E+I)处理的组获得比对照组高的身体条件得分。总的来说，已观测到从可降解胰岛素装载纳米网络的持续胰岛素释放和胰岛素活性的药理学持续时间。

对于所研究的所有浓度来说，基于m-葡聚糖的纳米粒子和相关降解产物并未显示细胞活力的显著下降(图4A和4B)。为了进一步研究纳米网络的活体内生物相容性和可降解性，随时间推移监测归因于皮下注射的皮肤突起的大小。如图10中所示，用NN(E+I)处理的小鼠的注射部位中的平均团块大小稳定地减小，表明实质上触发了葡萄糖介导的降解。在4周后看不到显著皮肤突起。然而，对于用NN(I)处理的小鼠来说，甚至在4周后，团块大小也未显然减小。所注射的纳米网络的组织学响应显示，在前2周期间，炎性细胞，如多形核白细胞(PMN)和巨噬细胞浸润到NN(E+I)和NN(I)两种中，其中纳米网络区域无血管并且无细胞，并且纤维蛋白网络使纳米网络与肌肉区域分离。这一炎性反应可以归因于常常在皮下植入生物材料时发生的急性炎症。在4周后，NN(E+I)完全降解并且感染区域被结缔组织涵盖。然而，在投与NN(I)的样品中仍可以观测到显著的炎性区域。

除非另外规定，否则本文所使用的所有技术和科学术语都具有与所公开的本发明所属领域的技术人员通常所了解相同的含义。本文中所引用的公开案和其所针对引用的材料专门以引用的方式并入。

所属领域的技术人员顶多使用常规实验即可认识到或能够确定本文所描述的本发明的特定实施例的许多等效物。此类等效物意图由随附的权利要求书涵盖。

Claims (20)

1.一种用于控制释放治疗剂、预防剂或诊断剂的可注射聚合纳米粒子交联网络制剂，其包含粒子，所述粒子包含：

酸可降解聚合物基质，

响应性信号传导组分，以及

治疗剂、预防剂或诊断剂，

其中第一多个所述粒子在表面上具有第一非零电荷，并且第二多个所述粒子在表面上具有第二相反非零电荷，其相互作用以形成可注射聚合纳米粒子交联网络，

其中所述响应性信号传导组分在生理组分存在下产生酸，其中所述酸使所述聚合物降解以释放所述治疗剂、预防剂或诊断剂。

2.根据权利要求1所述的制剂，其中所述药剂是胰岛素或胰岛素类似物或提高胰岛素浓度的药剂。

3.根据权利要求2所述的制剂，其中所述响应性信号传导组分包含葡萄糖氧化酶和催化酶。

4.根据权利要求3所述的制剂，其中葡萄糖氧化酶和催化酶与酸可降解聚合物基质的比率(w/w)是1:100到1:15。

5.根据权利要求4所述的制剂，其中所述葡萄糖氧化酶和催化酶以4:1的比率(w/w)存在。

6.根据权利要求1所述的制剂，其中所述第一多个粒子在其表面上具有正电荷，并且所述第二多个粒子在其表面上具有负电荷，其相互作用以形成凝胶。

7.根据权利要求6所述的制剂，其中所述第一多个粒子中的粒子的ζ电位和所述第二多个粒子中的粒子的ζ电位具有5到15mV的量值。

8.根据权利要求6所述的制剂，其中所述第一多个粒子中的粒子进一步包含表面改性剂。

9.根据权利要求8所述的制剂，其中所述表面改性剂是壳聚糖或海藻酸盐。

10.根据权利要求1所述的制剂，其中所述粒子的流体动力学半径小于350nm。

11.根据权利要求1所述的制剂，其中所述酸可降解聚合物基质包含可交联聚合物和酸可降解交联剂。

12.根据权利要求1所述的制剂，其中所述酸可降解聚合物基质包含具有多个可水解部分的聚合物。

13.根据权利要求2所述的制剂，其中所述制剂在高血糖条件下解离并且在正常葡萄糖水平下不会实质上解离。

14.根据权利要求13所述的制剂，其中所述制剂在400mg/dL的葡萄糖浓度下8小时后解离。

15.根据权利要求13所述的制剂，其中所述制剂在正常葡萄糖水平下15小时后不会实质上解离。

16.根据权利要求13所述的制剂，其中当葡萄糖浓度在正常条件与高血糖条件之间循环改变时，所述胰岛素或胰岛素类似物或提高胰岛素浓度的药剂的释放是脉冲式的。

17.一种治疗有需要的患者的方法，其包含向有需要的个体投与有效量的根据权利要求1到16中任一权利要求所述的制剂。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述药剂是胰岛素或胰岛素类似物或提高胰岛素浓度的药剂，并且所述个体患有1型或2型糖尿病。

19.根据权利要求18所述的方法，其包含投与所述制剂以维持正常血糖、正常二醇化白蛋白水平或更高身体条件得分。

20.根据权利要求19所述的方法，其以有效量投与以使血糖浓度维持在70-130mg/dL或90-110mg/dL之间。