CN111629746A - 具有超快响应的用于葡萄糖触发胰岛素递送的电荷可切换聚合物储库 - Google Patents

具有超快响应的用于葡萄糖触发胰岛素递送的电荷可切换聚合物储库 Download PDF

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Abstract

描述了一种包含葡萄糖响应性的电荷可切换聚合物的组合物。在无葡萄糖或在常血糖条件下，带正电荷的聚合物可以与带负电荷的治疗剂如胰岛素复合。在高血糖条件下，聚合物的正电荷减少，并且聚合物/治疗剂复合物可以分解，使得释放出治疗剂。还描述了该聚合物和/或聚合物/治疗剂复合物的药物组合物、纳米颗粒和微针阵列以及治疗糖尿病的方法。

Description

具有超快响应的用于葡萄糖触发胰岛素递送的电荷可切换聚 合物储库
相关申请
本申请要求享有2017年11月21日提交的美国临时专利申请序列号62/589,091的优先权和权益；其公开内容通过引证以其整体结合于本文中。
技术领域
本公开的主题涉及用于胰岛素和/或其他带负电的治疗剂的葡萄糖响应性递送的组合物。该组合物可以包含带正电的葡萄糖响应性聚合物或该聚合物与带负电的治疗剂如胰岛素或其生物活性衍生物的复合物。本公开的主题还涉及该复合物的药物组合物、微针和微针阵列；制备该组合物的方法；和向对其需要的受试者递送胰岛素的方法。
缩写
℃＝摄氏度
％＝百分比
μL＝微升
μm＝微米
a.u.＝任意单位
BGL＝血糖水平
Boc＝叔丁氧羰基
CD＝圆二色性
DI＝去离子的
dL＝分升
DLS＝动态光散射
EDA＝乙二胺
EDAA＝乙二胺丙烯酰胺
ELISA＝酶联免疫吸附测试
FPBA＝氟苯基硼酸
h＝小时
IPGTT＝腹腔内葡萄糖耐受测试
IU＝国际单位
kDa＝千道尔顿
kg＝千克
MBA＝N,N’-亚甲基双丙烯酰胺
mg＝毫克
m-HA＝丙烯酸根改性的透明质酸
min＝分钟
mL＝毫升
mM＝毫摩尔浓度
mmol＝毫摩尔
Mn＝数均分子量
MN＝微针
N＝正常
nm＝纳米
NMR＝核磁共振
PBA＝苯基硼酸
PBS＝磷酸盐缓冲盐水
PEG＝聚(乙二醇)
RhB＝罗丹明B
S.D.＝标准偏差
STZ＝链脲霉素
TEM＝透射电子显微镜
UV＝紫外线
wt＝重量
背景技术
糖尿病是一组代谢性疾病，其特征在于血液中葡萄糖的积累。参见Pickup et al.,Diabetes-Metabolism Research and Reviews,24,604-610(2008)；和Stumvoll et al.,Lancet,365,1333-1346(2005)。截至2014年，全世界有3.87亿人患有糖尿病，到2035年，这一数字估计达到5.92亿。参见SeeMo et al.,Chemical Society Reviews,43,3595-3629(2014)；和Tabák et al.,Lancet,379,2279-2290(2012)。通常认为胰岛素替代对1型和2型晚期糖尿病患者是至关重要的。参见Owens et al.,Lancet,358,739(2001)；and Mo et al.,Chemical Society Reviews,43,3595(2014)。1型糖尿病的强化胰岛素治疗与改善血糖控制和降低长期并发症风险相关。参见Control et al.,N.Engl.J.Med.,329,977(1993)；和Nathan,N.Engl.J.Med.,353,2643(2005)。但是，通过注射或皮下胰岛素输注而频繁地进行胰岛素剂量和大剂量计量，也可能导致低血糖的风险增加，或血糖含量低至危险的水平。低血糖发作的特征在于行为和认知障碍，并且如果不及时治疗，可能会发展为癫痫，昏迷甚至死亡。参见Ohkubo et al.,Diabetes Research and Clinical Practice,28,103(1995)。尽管在电子/机械胰岛素递送装置和化学方法的胰岛素输送方面取得了进步，但即使在闭环胰岛素输送系统中，低血糖仍然是一个问题。参见Veiseh et al.,NatureReviews Drug Discovery,14,45(2015)。
因此，特别是用于可以响应血糖水平的变化而将胰岛素快速递送给受试者并且几乎没有疼痛的“闭环”递送系统，仍然需要另外的胰岛素递送系统和相关组合物。
发明内容
该发明内容列出了本公开主题的几个实施方式，并且在许多情况下列出了这些实施方式的变化和置换。该发明内容仅仅是众多而变化的实施方式的示例。提及给定实施方式的一个或多个代表性特征同样是示例性的。这种实施方式通常可以具有或不具有所提及的特征而存在；同样，无论是否在该发明内容中列出，这些特征可以应用于本公开的主题的其他实施方式。为了避免过多重复，该发明内容未列出或暗示此类功能特征的所有可能组合。
在一些实施方式中，本公开的主题提供一种组合物，包含：(a)包含(i)铵基团和(ii)葡萄糖结合基团的带正电的聚合物；和(b)胰岛素或其生物活性衍生物，可选地重组人胰岛素。在一些实施方式中，该葡萄糖结合基团包括芳基硼酸基团。在一些实施方式中，芳基硼酸基团是苯基硼酸基团，可选地其中苯基硼酸基团是卤代苯基硼酸基团，进一步可选地其中卤代苯基硼酸基团是氟苯基硼酸基团。
在一些实施方式中，带正电的聚合物具有包括多个包含铵基团的侧链和多个包含葡萄糖结合基团的侧链的聚丙烯酰胺主链。在一些实施方式中，该聚合物具有式(I)的结构：
Figure BDA0002591995450000041
其中：x和y各自是大于1的整数，其中x和y之和为至少约10；并且其中x与y之比为约7:3至约1:5；R是H或烷基，可选地C1-C6烷基；R1是质子化的氨基烷基基团；R2是包含芳基硼酸的基团。
在一些实施方式中，R1具有-L-NH3 +的结构，其中L是C1-C6直链或支链的、取代或未取代亚烷基，可选地其中L是-CH2CH2-。在一些实施方式中，R2具有-L1-NH-C(＝O)-R3的结构，其中L1是直链或支链的、取代或未取代C1-C6亚烷基，可选地其中L1是-CH2CH2-；并且其中R3是芳基硼酸基团，可选地其中R3是苯基硼酸基团，进一步可选地其中R3是氟苯基硼酸基团或其他卤代苯基硼酸基团。在一些实施方式中，x与y的比率为约2:3。
在一些实施方式中，该组合物包含重量比为约2:1至约1:4的带正电的聚合物(a)和胰岛素或其生物活性衍生物(b)。在一些实施方式中，(a)与(b)的重量比为约1:1。
在一些实施方式中，本公开的主题提供了包含含有以下的组合物的纳米颗粒或微米颗粒：(a)带正电的聚合物，其包含(i)铵基团和(ii)葡萄糖结合基团；和(b)胰岛素或其生物活性衍生物。在一些实施方式中，该纳米颗粒或微米颗粒具有约0.1微米(μm)至约1000μm，可选地约50μm的直径。
在一些实施方式中，本公开提供了一种包括包含以下的组合物的纳米颗粒或微米颗粒的微针阵列：(a)带正电的聚合物，其包含(i)铵基团和(ii)葡萄糖结合基团；和(b)胰岛素或其生物活性衍生物，可选地，其中所述微针阵列包括多个微针，其中所述多个微针中的每个具有约20至约1000微米的长度，进一步可选地，其中所述多个微针中的每个具有约600微米的长度。在一些实施方式中，本公开的主题提供一种包括该微针阵列的皮肤贴剂，可选地，其中该贴剂包括一个或多个背衬层和/或皮肤相容性粘合剂。
在一些实施方式中，本公开的主题提供了一种包含药用载体和包含以下的组合物和/或包含该组合物的纳米颗粒或微米颗粒的药物制剂：(a)带正电的聚合物，其包含(i)铵基团和(ii)葡萄糖结合基团；(b)胰岛素或其生物活性衍生物。
在一些实施方式中，本公开的主题提供了向对其需要的受试者递送胰岛素或其生物活性衍生物的方法，该方法包括向受试者给予皮肤贴剂或药物制剂，其包含含有以下的组合物或含有所述组合物的纳米颗粒或微米颗粒：(a)带正电的聚合物，其包含(i)铵基团和(ii)葡萄糖结合基团；(b)胰岛素或其生物活性衍生物。在一些实施方式中，受试者是哺乳动物，可选地是人。在一些实施方式中，该受试者患有1型或2型糖尿病。
在一些实施方式中，该给予包括经由皮下注射给予该药物制剂。在一些实施方式中，该皮肤贴剂或药物制剂以直接对应于该受试者的血糖水平的速率释放胰岛素。
在一些实施方式中，本公开的主题提供了一种治疗对其需要的受试者中的糖尿病的方法，其中该方法包括给予皮肤贴剂或药物制剂，其包括包含以下组分的组合物或包含所述组合物的纳米颗粒或微米颗粒：(a)带正电的聚合物，其包含(i)铵基团和(ii)葡萄糖结合基团；(b)胰岛素或其生物活性衍生物。在一些实施方式中，该给予每天进行一次。
在一些实施方式中，本公开的主题提供了一种包含聚丙烯酰胺聚合物的组合物，其包含侧氨基烷基基团，可选地质子化的氨基烷基基团，和侧卤代苯基硼酸基团，可选地侧氟苯基硼酸基团。在一些实施方式中，该组合物包含具有式(II)的结构的聚合物：
Figure BDA0002591995450000061
其中：x和y各自是大于5的整数，并且具有约7:3的x:y至约1:5的x:y的比率；R是H或烷基，可选地是C1-C6烷基；L和L1各自是亚烷基；X是卤素，可选地是氟；可选地，其中-NH2基团是质子化的。
在一些实施方式中，聚合物具有式(III)的结构：
Figure BDA0002591995450000071
其中：x和y各自是大于5的整数，并且具有约7:3的x:y至约1:5的x:y的比率；R是H或烷基，可选地是C1-C6烷基；并且L和L1各自是独立地选自C1-C5亚烷基的亚烷基；可选地，其中-NH2基团是质子化的。
在一些实施方式中，L和/或L1是-CH2CH2-。在一些实施方式中，R是H。在一些实施方式中，x和y的比率为约2:3。在一些实施方式中，聚合物具有约1KDa至约30KDa的分子量。
因此，本公开的主题的目的是提供用于递送胰岛素的葡萄糖响应性组合物，以及制备和使用该组合物的方法。
以上内容已经陈述了本公开主题的目的，并且通过本公开主题全部或部分实现了本公开主题的目的，当结合正如本文以下最佳描述的附图和实施例时，随着描述的进行，其他目的将变得显而易见。
附图说明
图1A是本公开的主题的葡萄糖响应性胰岛素递送系统的示意图。在左侧，带正电的聚合物(例如，聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))，其中一些侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团(即，聚(EDAAx-FPBAy)))与带负电胰岛素混合。该聚合物和胰岛素混合物通过静电相互作用自组装为胰岛素-聚合物复合物(中)。在暴露于葡萄糖(左)，例如，在低血糖状态下时，聚合物的正电荷数量减少，并且胰岛素随着胰岛素-聚合物复合物的分解释放。
图1B是显示在葡萄糖结合至聚合物侧链的氟苯基硼酸基团之前(中间)和之后(右侧)的图1A中上述聚合物的结构的其他细节的示意图。
图2A是显示F-胰岛素，即包含相等重量的胰岛素和聚合物的聚合物-胰岛素复合物，其中聚合物是聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))，其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团上(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6))的葡萄糖结合能力的图表。F-胰岛素培养于100(空心圆)，200(半空心圆)，或400(实心圆)毫克/分升(mg/dL)葡萄糖溶液中，并且葡萄糖的结合能力通过测量葡萄糖浓度(mg/dL)的降低评价。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图2B是显示B-胰岛素，即包含相等重量的胰岛素和聚合物的聚合物-胰岛素复合物，其中聚合物是聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))，其中60％的侧氨基接枝于苯基硼酸(PBA)基团上(即，聚(EDAA0.4-PBA0.6))的葡萄糖结合能力的图表。B-胰岛素培养于100(空心圆)，200(半空心圆)，或400(实心圆)毫克/分升(mg/dL)葡萄糖溶液中，并且葡萄糖的结合能力通过测量葡萄糖浓度的降低(mg/dL)评价。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图2C是显示N-胰岛素，即包含相等重量的胰岛素和聚合物的聚合物-胰岛素复合物，其中聚合物是聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))的葡萄糖结合能力的图表。该N-胰岛素培养于100(空心圆)，200(半空心圆)，或400(实心圆)毫克/分升(mg/dL)葡萄糖溶液中，并且葡萄糖的结合能力通过测量葡萄糖浓度的降低(mg/dL)评价。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图2D是显示通过由其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6))制备的纳米颗粒的动态光散射(DLS)确定的流体动力学尺寸分布(颗粒数(百分比(％))相对于直径(纳米(nm))的图表。插图显示了该纳米颗粒的代表性透射电子显微镜(TEM)图像。TEM图像右下方的黑色比例尺代表100nm。
图2E是显示通过由其中60％的侧氨基基团接枝于苯基硼酸(PBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-PBA0.6))制备的纳米颗粒的动态光散射(DLS)确定的流体动力学尺寸分布(颗粒数(百分比(％))相对于直径(纳米(nm))的图表。插图显示了纳米颗粒的代表性透射电子显微镜(TEM)图像。TEM图像右下方的黑色比例尺代表100nm。
图2F是由其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6；空心条)和其中60％的侧氨基基团接枝于苯基硼酸(PBA)基团上的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-PBA0.6；实心条)制备的纳米颗粒的葡萄糖依赖性zeta(ζ)电位的图表。zeta电位(毫伏)在三种不同的葡萄糖浓度(0毫克/分升(mg/dL)，100mg/dL和400mg/dL)下测量。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图3A是显示由1:2(重量:重量)的胰岛素与其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)的复合物的葡萄糖依赖性胰岛素释放的图表(百分比(％)相对时间(分钟(min))。胰岛素释放在三种不同的葡萄糖浓度(0毫克/分升(mg/dL)(空心圆)，100mg/dL(半空心圆)和400mg/dL(实心圆))下测定。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图3B是显示由1:4(重量:重量)的胰岛素与其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)的复合物的葡萄糖依赖性胰岛素释放的图表(百分比(％)相对时间(分钟(min))。胰岛素释放在三种不同的葡萄糖浓度(0毫克/分升(mg/dL)(空心圆)，100mg/dL(半空心圆)和400mg/dL(实心圆))下测定。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图3C是显示由2:1(重量:重量)的胰岛素与其中60％的侧氨基接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)复合物的葡萄糖依赖性胰岛素释放的图表(百分比(％)相对时间(分钟(min))。胰岛素释放在三种不同的葡萄糖浓度(0毫克/分升(mg/dL)(空心圆)，100mg/dL(半空心圆)和400mg/dL(实心圆))下测定。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图3D是显示等重量的胰岛素与其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团上的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)复合物的葡萄糖依赖性胰岛素释放的图表(百分比(％)相对时间(分钟(min))。胰岛素释放在三种不同的葡萄糖浓度(0毫克/分升(mg/dL)(周长加重且中心空心的圆)、100mg/dL(中心实心的圆)、200mg/dL(空心圆)和400mg/dL(实心圆))下测定。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图3E是显示等重量的胰岛素与其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团上的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)复合物的上清液中的葡萄糖依赖性荧光强度(以任意单位(a.u.)测定)作为时间(以小时(h)计)的函数的图表。复合物置于具有不同葡萄糖浓度(0毫克/分升(mg/dL)(周长加重且中心空心的圆)，100mg/dL(中心实心的圆)，200mg/dL(空心圆)和400mg/dL(实心圆))的四种溶液之一中。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图3F是显示等重量的胰岛素与其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)复合物的累积胰岛素释放分布的图表。复合物培养于具有不同葡萄糖浓度(0毫克/分升(mg/dL)，100mg/dL，200mg/dL和400mg/dL的四种溶液之一中10分钟。累积胰岛素释放以微克/毫升(μg/mL)测定。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图3G是等重量的胰岛素与其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)复合物作为葡萄糖浓度的函数的脉动胰岛素释放分布的图表。复合物培养于包含400毫克/分升(mg/dL)葡萄糖(实心条)或100mg/dL葡萄糖(空心条)的交替溶液中。每两分钟改变一次葡萄糖浓度。以微克/毫升(μg/mL)为单位测量胰岛素释放率。误差条代表三个独立实验(n＝3)的标准偏差(S.D.)。
图4A是显示在小鼠用游离胰岛素(胰岛素；空心圆)；F-胰岛素(即包含相等重量的胰岛素和聚合物的聚合物-胰岛素复合物，其中聚合物是聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))，其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6))；实心中心的圆)；或B-胰岛素(即，包含相等重量的胰岛素和聚合物的聚合物-胰岛素复合物，其中聚合物是聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))，其中60％的侧氨基基团接枝于苯基硼酸(FPBA)基团(即，聚(EDAA0.4-PBA0.6))；实心圆)治疗的1型糖尿病小鼠模型中的血糖水平(以微克/分升(mg/dL)计)的图表。磷酸盐缓冲盐水(PBS)用作对照(周长加重且中心空心的圆)。胰岛素剂量设置为80国际单位/千克(IU/kg)。误差条代表五个独立实验(n＝5)的标准偏差(S.D.)。与B-胰岛素相比，F-胰岛素给予的*P<0.05。
图4B是显示在用F-胰岛素(即，包含相等重量的胰岛素和聚合物的聚合物-胰岛素复合物，其中聚合物是其中60％的侧氨基基团接枝于氟苯基硼酸(FPBA)基团的聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA))(即，聚(EDAA0.4-FPBA0.6))；半实心圆)或游离胰岛素(空心圆)处理之后至多达三小时的糖尿病小鼠模型中体内腹膜内葡萄糖耐受测试(IPGTT)的结果的图表。健康小鼠用作对照(实心圆)。血糖水平以毫克/分升(mg/dL)测量，并显示了从时间0(给予F胰岛素或游离胰岛素的时间)到给予后至多达160分钟(分钟)的时间。误差条代表五个独立实验(n＝5)的标准偏差(S.D.)。与游离胰岛素相比，F-胰岛素治疗的*P<0.05。
图4C是显示在用F-胰岛素以80国际单位/千克(IU/kg)的剂量治疗处理后四个小时之时腹膜内注射葡萄糖引发的胰岛素体内葡萄糖响应释放的图表。为血糖水平(以毫克/分升(mg/dL)计)(实心圆)和血浆胰岛素水平(以微国际单位/毫升(μIU/mL)计)(空心圆)二者提供了数据。误差条代表五个独立实验(n＝5)的标准偏差(S.D.)。
图4D是显示在I型糖尿病小鼠模型中皮下注射负载F-胰岛素的凝胶(半实心圆)或B-胰岛素(实心圆)后相对于时间(小时(h))的血糖水平(毫克/分升)的图表。胰岛素剂量设置为300国际单位/千克(IU/kg)。用磷酸盐缓冲盐水(PBS)的治疗处理作为对照(空心圆)。误差条代表五个独立实验(n＝5)的标准偏差(S.D.)。与B-胰岛素相比，F-胰岛素治疗处理的*P<0.05。
图5A是显示用游离胰岛素(1-胰岛素(空心圆)，2-胰岛素(实心中心的圆)或3-胰岛素(上半部分实心的圆)或F-胰岛素(1-复合物(实心圆)，2-复合物(周长加重且中心空心的圆)或3-复合物(下半实心的圆))治疗的1型糖尿病小型猪的血糖水平(BLG，以毫克/分升(mg/dL)测量)的图表。胰岛素剂量设置为1国际单位/千克(IU/kg)。每条曲线代表单只猪给予游离胰岛素或F-胰岛素后长达14小时(h)后的BLG。
图5B是显示在用1国际单位/千克(IU/kg)的游离胰岛素(1-胰岛素(空心圆)，2-胰岛素(实心中心的圆)或3-胰岛素(上半实心的圆)或F胰岛素(1-复合物(实心圆)，2-复合物(周长加重且空心中心的圆)或3-复合物(下半实心的圆)治疗处理后4个小时的1型糖尿病迷你猪的口服葡萄糖耐量试验结果。箭头指示葡萄糖的给予(0.5克/千克(g/kg))。猪的血糖水平(BLG，以毫克/分升(mg/dL)为单位)是在葡萄糖给予后长达250分钟(min)之后的血糖水平。每条曲线代表单只猪的BLG。
图6是使用硅酮模具制备包含本公开的胰岛素-聚合物复合物的葡萄糖响应性胰岛素递送微针(MN)阵列贴剂的示例性方法的示意图。
具体实施方式
现在将在下文中参考显示代表性实施方式的所附实施例和附图而更全面地描述本公开的主题。然而，本公开的主题可以以不同的形式实施，并且不应该解释为仅限于本文阐述的实施方式。相反，这些实施方式提供而使本公开将是透彻而完整的，并将向本领域技术人员充分传达这些实施方式的范围。
除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与当前描述的主题所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义的含义。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献通过引用以其全部内容结合于本文中。
在整个说明书和权利要求书中，给定的化学式或名称应该涵盖所有活性的光学和立体异构体，以及存在此类异构体和混合物的外消旋混合物。
I.定义
虽然认为以下术语对于本领域普通技术人员都很好理解，但以下定义提出有助于对本公开的主题的解释。
遵循长期的专利法惯例，当在包括权利要求书的本申请中使用时，术语“一个”、“一种”和“该”是指“一个或多个”。因此，例如，所指“一种组合物”或“一种聚合物”包括多种这样的组合物或聚合物，等等。
除非另有说明，否则在本说明书和权利要求书中使用的表示尺寸、反应条件等的量的所有数字在任何情况下均应该理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本说明书和所附权利要求书中列出的数字参数都是可以根据试图通过本公开的主题获得的所需性能而变化的近似值。
如本文所用，术语“约”是指在涉及值或尺寸(即，直径)、重量、时间、剂量、浓度或百分比的量时涵盖相对于所指定的量在一个实例中±20％或±10％，在另一个实例中±5％，在另一实例中±1％，在又一个实例例中±0.1％的变化，因为这样的变化适合于实施所公开的方法。
如本文所用，术语“和/或”在实体的列表的上下文中使用时是指该实体单独或组合存在。因此，例如，短语“A、B、C和/或D”各自包括A、B、C和D，而且还包括A、B、C和D的任何和所有组合和子组合。
术语“包含”，与“包括”、“含有”或“特征在于”同义，是包括性的或开开放式的，而不排除其他未引述的要素或方法步骤。“包含”是在权利要求语言中使用的技术术语，这意味着所声称的要素是必不可少的，但可以添加其他要素，并且仍然构成权利要求范围内的构造结构。
如本文所用，短语“由...组成”不包括权利要求中未指定的任何要素、步骤或成分。当在权利要求书的本体条款中出现短语“由...组成”而不是紧跟序言之后时，其仅限制该条款中列出的要素；总体上，其他要素并未排除于该权利要求之外。
如本文中所用，短语“基本上由...组成”将权利要求的范围限制于所指定的材料或步骤，外加不实质上影响所要求保护的主题的基本而新颖的特征的那些。
关于术语“包含”、“由…组成”和“基本上由…组成”，在这三个术语之一在本文中使用的情况下，本公开和要求保护的主题可以包括任一个其他两个术语的使用。
如本文所用，术语“烷基”是指C1-20之内的线性(即“直链”)、支链或环状的、饱和或至少部分且在某些情况下完全不饱和(即，烯基和炔基)的烃链，包括，例如，甲基，乙基，丙基，异丙基，丁基，异丁基，叔丁基，戊基，己基，辛基，乙烯基，丙烯基，丁烯基，戊烯基，己烯基，辛烯基，丁二烯基，丙炔基，丁炔基，戊炔基，己炔基，庚炔基和烯丙基。“支链的”是指其中低级烷基如甲基、乙基或丙基连接至直链烷基链的烷基。“低级烷基”是指具有1至约8个碳原子，例如，1、2、3、4、5、6、7或8个碳原子的烷基(即，C1-8烷基)。在一些实施方式中，“低级烷基”可以是指C1-6或C1-5烷基。“高级烷基”是指具有约10至约20个碳原子，例如，10、11，12、13、14、15、16、17、18、19或20个碳原子的烷基。在某些实施方式中，“烷基”具体是指C1-8直链烷基。在其他实施方式中，“烷基”具体是指C1-8支链烷基。
烷基基团可以可选地被一个或多个相同或不同的烷基取代基取代(“取代的烷基”)。术语“烷基取代基”包括，但不限于，烷基，取代的烷基，卤素，硝基，氨基，芳基氨基，酰基，羟基，芳氧基，烷氧基，烷硫基，芳硫基，芳烷氧基，芳烷硫基，羧基，烷氧基羰基，氧基和环烷基。沿着烷基链可以可选地插入一个或多个氧、硫或取代或未取代的氮原子，其中氮取代基是氢、低级烷基(在本文中也称为“烷基氨基烷基”)或芳基。
因此，如本文所用，术语“取代的烷基”包括如本文定义的烷基，其中烷基的一个或多个原子或官能团被另一原子或官能团，包括，例如，烷基，取代烷基，卤素，芳基，取代芳基，烷氧基，羟基，硝基，氨基，烷基氨基，二烷基氨基，硫酸根和巯基取代。
本文使用的术语“芳基”是指可以是单个芳环或稠合至一起、共价连接或连接至常见基团如但不限于亚甲基或亚乙基部分的多个芳环的芳族取代基。常见的连接基团也可以是羰基，如二苯甲酮中的羰基，或氧，如二苯醚中的氧，或氮，如二苯胺中的氮。术语“芳基”具体包括杂环芳族化合物。芳环可以包括苯基，萘基，联苯，二苯醚，二苯胺和二苯甲酮等。在具体实施方式中，术语“芳基”是指包含约5至约10个碳原子例如5、6、7、8、9或10个碳原子并包括5元和6元烃和杂环芳族环的环状芳族化合物。
芳基基团可以被一个或多个可以相同或不同的芳基取代基可选地取代(“取代的芳基”)，其中“芳基取代基”包括烷基，取代的烷基，芳基，取代的芳基，芳烷基，羟基，烷氧基，芳氧基，芳烷氧基，羧基，酰基，卤素，硝基，烷氧基羰基，芳氧基羰基，芳烷氧基羰基，酰氧基，酰基氨基，芳酰氨基，氨甲酰基，烷基氨甲酰基，二烷基氨甲酰基，芳硫基，烷硫基，亚烷基和-NR'R”，其中R′和R″各自独立地为氢，烷基，取代的烷基，芳基，取代的芳基和芳烷基。
因此，如本文所用，术语“取代的芳基”包括如本文所定义的芳基，其中芳基的一个或多个原子或官能团被另一原子或官能团，包括例如烷基、取代烷基、卤素、芳基、取代芳基、烷氧基、羟基、硝基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、硫酸根和巯基取代。
芳基的具体实例包括，但不限于，环戊二烯基，苯基，呋喃，噻吩，吡咯，吡喃，吡啶，咪唑，苯并咪唑，异噻唑，异噁唑，吡唑，吡嗪，三嗪，嘧啶，喹啉，异喹啉，吲哚，咔唑等。
术语“芳烷基”是指-烷基-芳基基团，可选地其中烷基和/或芳基包含一个或多个烷基和/或芳基取代基。
在一些实施方式中，术语“二价”是指可以键合(例如，共价键合)或键合至两个其他基团如其他烷基、芳烷基、环烷基或芳基的基团。通常，二价基团上的两个不同位点(例如，两个不同原子)可以键合至其他分子上的基团。例如，二价基团可以是亚烷基。
“亚烷基”可以是指具有1至约20个碳原子，例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13，14、15、16、17、18、19或20个碳原子的直链或支链二价脂族烃基。亚烷基可以是直链的、支链的或环状的。亚烷基还可以可选地是不饱和的和/或被一个或多个“烷基取代基”取代。沿着亚烷基可以可选地插入一个或多个氧、硫或取代或未取代氮原子(在本文中也称为“烷基氨基烷基基团”)，其中氮取代基是如前所述的烷基。示例性的亚烷基包括亚甲基(-CH2-)；亚乙基(-CH2-CH2-)；亚丙基(-(CH2)3-)；亚环己基(-C6H10-)；-CH＝CH-CH＝CH-；-CH＝CH-CH2-；-(CH2)q-N(R)-(CH2)r-，其中q和r各自独立地是0到约20的整数，例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20，并且R为氢或低级烷基；亚甲二氧基(-O-CH2-O-)；和亚乙二氧基(-O-(CH2)2-O-)。亚烷基可以具有约2至约3个碳原子，并还可以具有6-20个碳。
“亚芳基”是指可以是取代的或未取代的二价芳基。
术语“亚芳烷基”是指包含亚烷基和亚芳基基团的组合的二价基团(例如，-亚芳基-亚烷基-，亚烷基-亚芳基-亚烷基-，亚芳基-亚烷基-亚芳基-等)。
术语“酰基”是指-C(＝O)R基团，其中R是H、烷基、芳烷基或芳基，其中烷基、芳烷基或芳基可选地被烷基和/或芳基取代基取代。
术语“羧酸根(carboxylate)”和“羧酸”可以分别是指基团-C(＝O)O-和-C(＝O)OH。在一些实施方式中，“羧酸根”可以是指-C(＝O)O-或-C(＝O)OH基团的任一个。
术语“酰胺”是指-C(＝O)-NR-基团，其中R是H、烷基、芳烷基或芳基。
如本文所用，术语“氨基”和“胺”是指基团-N(R)2，其中每个R独立地是H、烷基、取代的烷基、芳基、取代的芳基、芳烷基或取代芳烷基。术语“氨基烷基”和“烷基氨基”可以是指基团-R'-N(R)2，其中每个R是H、烷基、取代的烷基、芳烷基、取代的芳烷基、芳基或取代的芳基，并且其中R'是亚烷基。“芳基胺基”和“氨基芳基”是指基团-R′-N(R)2，其中每个R是H、烷基、取代的烷基、芳烷基、取代的芳烷基、芳基或取代的芳基，并且R′是亚芳基。术语“伯胺”是指包含-NH2基团的基团。
如本文所用，术语“铵”是指由带正电荷的四取代的氮形成的基团，即-R'+N(R)3，其中每个R独立地是H、烷基、取代的烷基、芳基、取代的芳基、芳烷基或取代的芳烷基，而R'为亚烷基、亚芳烷基或亚芳基。在一些实施方式中，术语“铵”是指通过胺基团的质子化而形成的带正电的基团。在一些实施方式中，术语“铵”是指带正电的质子化伯胺基团，即-+NH3基团。
本文所用的术语“卤代”、“卤离子”或“卤素”是指氟、氯、溴和碘代基团。
术语“羟基”是指-OH基团。
术语“烷氧基”是指-OR基团，其中R是烷基或取代烷基。
正如本文所用，术语“硼酸”是指具有式-B-(OH)2的基团。
术语“硼酸酯”是指基团-B-(OR)2，其中每个R独立地是烷基、取代的烷基、芳烷基、取代的芳烷基、芳基或取代的芳基。在一些实施方式中，这两个R基团一起形成亚烷基、亚芳烷基或亚芳基(例如，亚乙基)。
如本文所用，术语“纳米颗粒”是指具有尺寸(例如，长度，宽度，直径等)小于约1000nm的至少一个区域并包含带正电的聚合物(例如，包含铵基团和包含葡萄糖结合基团)和胰岛素或其生物活性衍生物的结构。在一些实施方式中，尺寸较小(例如，小于约500nm，小于约250nm，小于约200nm，小于约150nm，小于约125nm，小于约100nm，小于约80nm，小于约70nm，小于约60nm，小于约50nm，小于约40nm，小于约30nm或甚至小于约20nm)。
如本文所用，术语“微米颗粒”是指具有尺寸(例如，长度，宽度，直径等)小于约1,000μm且大于约0.1μm的至少一个区域并包括带正电的聚合物(例如，包含铵基团和包含葡萄糖结合基团)和胰岛素或其生物活性衍生物的结构。在一些实施方式中，该尺寸较小(例如，约500μm，约250μm，约200μm，约150μm，约125μm，约100μm，约80μm，约70μm，约60μm，约50μm，约40μm，约30μm，约20μm或约10μm)。
微米或纳米颗粒可以具有任何三维形状。在一些实施方式中，颗粒近似球形的。在一些实施方式中，该颗粒是盘状的，立方的或棒状的。在一些实施方式中，该颗粒是不规则形状的。
术语“直径”是本技术领域公认的，并且在本文中用于指物理直径或流体动力学直径。基本呈球形的颗粒的直径可以是指物理直径或流体动力学直径。如本文所用，非球形颗粒的直径可以是指颗粒表面上两点之间的最大直线距离。当提及多个颗粒时，颗粒的直径通常是指这些颗粒的平均直径。粒径可以使用本领域中的多种技术，包括但不限于，动态光散射(DLS)测定。
如本文所用，术语“微针”是指具有尺寸小于约1000微米(μm)的至少一个区域的针状结构。在一些实施方式中，术语“微针”是指具有尺寸约1微米至约1,000微米(例如，约1、5、10、25、50、75、100、200、300、400、500、600、700、800、900或约1,000微米)的结构。
如本文所用，“高分子”是指高相对分子质量的分子，其结构包含源自低相对分子质量的分子例如单体和/或低聚物的单元的多次重复。
“低聚物”是指中等相对分子质量的分子，其结构包含少量(例如，2、3、4、5、6、7、8、9或10个)衍生自低相对分子质量的分子的重复单元。
如本文所用，“单体”是指可以进行聚合，从而向大分子的基本结构贡献结构单元，即原子或原子团的分子。
术语“聚合物”和“聚合物的”是指具有重复的构造单元(即，给定化学亚结构或“单体单元”的多个拷贝)的化学结构。如本文所用，聚合物可以是指具有多于10个重复单元的基团和/或其中重复单元不是亚甲基的基团。聚合物可以由可聚合单体形成。可聚合单体是包含一个或多个可以与其他分子反应成键的反应性部分{例如，甲硅烷氧基醚，羟基，胺，乙烯型基团(即，碳-碳双键)，卤化物(即，Cl，Br，F和I)，羧酸，酯，活化的酯等}。通常，每个可聚合单体分子可以键合至两个或更多个其他分子。在某些情况下，可聚合单体仅与另一个分子键合，形成聚合物材料的末端。一些聚合物包含可生物降解的连接基，如酯或酰胺，使得它们可以在生物学条件下(例如，在体内存在的特定pH下或在酶的存在下)随时间而降解。
“共聚物”是指衍生自一种以上单体的聚合物。每种单体会提供不同类型的单体单元。
如本文所用，“无规共聚物”是指其中不同种类的单体单元以任何顺序排列的共聚物。在一些实施方式中，无规共聚物单体单元以没有可识别的方式的顺序排列。一种单体单元与另一种单体单元的比率可以取决于许多因素，例如，不同单体的反应活性和/或其他聚合条件(例如，温度，起始原料的相对量，起始原料的添加顺序，溶剂，等)。
如本文所用，“嵌段共聚物”是指以线性顺序包含嵌段(即，整个共聚物的聚合物子部分)的共聚物。“嵌段”是指共聚物具有至少一个在高分子的相邻部分中不存在的特征的部分。因此，“嵌段共聚物”可以是指其中相邻嵌段在结构上不同的共聚物，即，每个这些嵌段包含衍生自单体的不同特征种类的构造单元或具有不同的构造单元组成或序列分布的构造单元。
例如，PEG和聚丝氨酸的二嵌段共聚物可以称为PEG-嵌段-聚丝氨酸。这样的共聚物也可以统称为“AB嵌段共聚物”。同样，三嵌段共聚物可以表示为“ABA”。存在其他类型的嵌段聚合物，如(AB)n型多嵌段共聚物，包含三个不同嵌段的ABC嵌段聚合物，和星形嵌段聚合物，其具有带有三个或更多个臂的星形中心，每个臂的形式是通常为AB型的嵌段共聚物。
“链”是指在两个边界构造单元之间包含构造单元的线性或分支序列的大分子、低聚物或嵌段的全部或部分，其中该两个边界构造单元可以包含端基、分支点或其组合。
聚合物的“主链”或“骨架”是指所有其他链均被视为侧接的线性链。
如本文所用，“侧链”或“侧基团”是指连接至聚合物链的主链的单价化学部分。该单价化学部分可以包含低聚物或聚合物链。在一些实施方式中，该侧链或侧基团不是低聚物或聚合物。
“端基”是指包括大分子或低聚物的末端的构造单元，并且根据定义，其仅附连至大分子或低聚物的一个构造单元。
多分散度(PDI)是指聚合物样品的比率(Mw/Mn)。Mw是指质均摩尔质量(也通常称为重均分子量)。Mn是指数均摩尔质量(也通常称为数均分子量)。
如本文所用，“生物相容性的”通常是指通常对接受者无毒并且不会对接受者造成任何重大不利影响的材料及其任何代谢产物或降解产物。生物相容性聚合物包括，但不限于，聚氨基酸，如聚谷氨酸；合成嵌段共聚物，如泊洛沙姆；和多糖，如葡糖胺聚糖。
如本文所用，“可生物降解的”通常是指在生理条件下会降解或腐蚀为可以被受试者代谢、消除或排泄的较小的单元或化学物质的材料。在一些实施方式中，降解时间是聚合物组成和形态的函数。合适的降解时间为数天至数周。例如，在一些实施方式中，聚合物可以在7天至24周，可选地7天至12周，可选地7天至6周，或进一步可选地7天至3周的时间段内降解。
术语“亲水性的”可以是指溶解或优先溶解于水和/或水性溶液中的基团。
术语“疏水性的”是指不会显著溶于水和/或水性溶液和/或优先溶于脂肪和/或非水性溶液的基团。
术语“两亲性的”是指既包含亲水性基团又包含疏水性基团的分子或聚合物。
术语“缀合物”和“缀合的”可以是指包含如通过离子、配位或共价键彼此结合的至少两个不同化学部分或分子(例如，小分子，聚合物，蛋白质，寡核苷酸，等)的组合物。通常，“缀合物”是指两个实体通过单个键或连接基键合的情况。在一些实施方式中，术语“缀合物”是指彼此共价键合的部分或分子。
在一些实施方式中，术语“复合物”是指包含至少两个通过配位键、离子键或分子间作用力如氢键、伦敦色散力、范德华相互作用等相互结合的不同化学部分的组合物。在一些实施方式中，术语复合物是指两个实体通过静电相互作用彼此结合的组合物。
如本文所用，术语“胰岛素”是指来自人或其他哺乳动物的胰岛素。在一些实施方式中，术语“胰岛素”是指人胰岛素。在一些实施方式中，术语“胰岛素”是指重组人胰岛素。
本文所用的关于胰岛素的“生物活性衍生物”是指其中一个或多个氨基酸残基被另一个氨基酸残基取代或缺失的胰岛素(例如，人胰岛素或另一种哺乳动物胰岛素)，其中胰岛素的A链和/或B链通过在N端或C端添加一个或多个氨基酸残基而延长，和/或其中胰岛素通过添加一个或多个化学取代基而修饰。衍生物在功能上可以替代内源性胰岛素，并保留至少一部分内源性胰岛素的生物活性。生物活性衍生物可以具有与内源性肽或蛋白质的药代动力学不同的药代动力学。剂量可以根据该衍生物相对于人胰岛素的药代动力学或基于本领域技术人员已知的药代动力学的人胰高血糖素的药代动力学优化。
如本文所用，术语“糖尿病治疗剂”可以是指治疗糖尿病或其并发症(例如，但不限于，糖尿病性神经病，糖尿病性视网膜病，糖尿病性肾病，青光眼和糖尿病性酮症酸中毒)或另一种导致高血糖的葡萄糖代谢紊乱症的治疗剂。在一些实施方式中，糖尿病治疗剂是本领域已知用于治疗糖尿病的胰岛素或其生物活性衍生物或非胰岛素类治疗剂。用于治疗糖尿病的合适而非胰岛素类治疗剂包括，但不限于，胰岛素敏化剂，DPP IV抑制剂，胰高血糖素样肽1(GLP-1)及其类似物，胰岛素促分泌剂，如但不限于，磺酰脲类，美格替宁(meglitinides)，胃抑制性多肽(GIP)，胰岛素受体激活剂，双胍类，噻唑烷二酮类，α-葡萄糖苷酶抑制剂等。在一些实施方式中，该糖尿病治疗剂是胰岛素或生物活性衍生物。
术语“交联试剂”或“交联剂”是指包含至少两个可以相同或不同的反应性官能团(或可以经过解封或去保护而提供反应性官能团的基团)的化合物。在一些实施方式中，该两个反应性官能团可以具有不同的化学反应性(例如，两个反应性官能团与其他分子上不同类型的官能团或两者都具有反应活性(例如，形成键，如共价键)，或者两个反应活性基团之一比另一反应性官能团倾向于与另一分子上的特定官能团反应更快。因此，这种交联剂可以用于连接(例如，共价键合)的两个其他实体(例如，分子，聚合物，蛋白质，核酸，囊泡，脂质体，纳米粒子，微米颗粒等)或连接同一实体(例如，聚合物)上的两个基团而形成交联的组合物。通常，如本文所用，术语“交联的”是指两个实体之间包含多个键或连接基或在同一实体上的基团之间包含多个所添加的键或连接基的组合物。
如本文所用，术语“高血糖症”可以是指受试者相对于健康个体在血浆中循环葡萄糖量升高的病症。高血糖症可以使用本领域已知的方法，包括测量空腹血糖水平诊断。
如本文所用，术语“低血糖症”可以是指受试者血浆中循环葡萄糖量降低的病症。预示低血糖症的葡萄糖水平降低可以根据受试者的年龄和健康状况而变化。对于糖尿病成人，血糖水平为70mg/dL或更低可以称为低血糖症。对于非糖尿病成年人，血糖水平为50mg/dL或更低可以称为低血糖症。低血糖症可以使用本领域已知的方法，包括使用市售的指尖血糖监测仪、连续血糖监测仪、静脉血糖水平测量等诊断。低血糖症的症状包括，但不限于，发抖，视力模糊，出汗，面色苍白，性格改变，头痛，无力，饥饿，嗜睡，恶心，头晕，注意力不集中，心律不齐，精神错乱，癫痫发作和昏迷。
在一些实施方式中，低血糖症可能与血液中循环的胰岛素水平升高有关，即高胰岛素血症性低血糖症。在一些实施方式中，高胰岛素性低血糖症可以是用胰岛素替代疗法(例如，胰岛素注射)和/或用另一种糖尿病治疗剂例如磺酰脲或美格列奈治疗1型或2型糖尿病的结果。因此，在一些实施方式中，低血糖症可以由过量注射的胰岛素引起。在一些实施方式中，低血糖症可以由过量的内源性胰岛素引起。在一些实施方式中，高胰岛素性低血糖症可以由例如先天性高胰岛素症，胰岛素瘤(例如，胰岛细胞腺瘤或癌)，胃倾泻综合征，自身免疫胰岛素综合征，反应性低血糖症或非胰岛素瘤性胰腺源性低血糖症引起。在一些实施方式中，某些药物的使用，例如，但不限于，磺酰脲类、美格替宁、阿司匹林、戊酰胺、奎宁或丙吡胺(disoperamide)的使用，可能会导致低血糖症。
如本文所用，术语“胰岛素抗性”可以是指正常量的胰岛素不能产生正常的生理或分子反应的情况。在某些情况下，内源性产生或外源性给予的超生理量胰岛素可以全部或部分克服胰岛素抵抗，并产生生物学响应。
如本文所用，术语“代谢综合征”可以是指相关的性状的组，包括但不限于，高胰岛素血症，异常葡萄糖耐量，肥胖症，脂肪向腹腔或上体腔的再分布，高血压，纤维蛋白溶解，以及特征在于高甘油三酸酯、低高密度脂蛋白(HDL)-胆固醇和高小致密低密度脂蛋白(LDL)颗粒的血脂异常。患有代谢综合症的受试者具有发展为2型糖尿病和/或其他疾病(例如，动脉粥样硬化)的风险。
如本文所用，术语“葡萄糖耐受性”可以是指当葡萄糖摄入波动时受试者控制血浆葡萄糖和/或血浆胰岛素水平的能力。例如，葡萄糖耐受性包括在约120分钟左右的时间内将血浆葡萄糖水平降低至摄取葡萄糖之前的水平的能力。
如本文所用，“多糖”是糖的聚合物。术语“多糖”、“碳水化合物”和“寡糖”可以互换使用。该聚合物可以包括天然糖(例如，葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖，阿拉伯糖，核糖和木糖)和/或改性糖(例如，2'-氟核糖，2'-脱氧核糖和己糖等)。
如本文所用，术语“糖”是指糖的单体。糖可以是天然糖(例如，葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖，阿拉伯糖，核糖和木糖)或改性糖(例如，2'-氟核糖，2'-脱氧核糖，己糖等)。
II.一般考虑
人们已经致力于开发自我调节的葡萄糖反应性胰岛素递送系统。参见Lu et al.,Nat.Rev.Mater.,2017,2,1-17。这些系统大多数涉及葡萄糖与葡萄糖氧化酶(GOx)的相互作用(参见Ito et al.,J.Control.Release,1989,10,195-203；Gordijo et al.,Adv.Funct.Mater.,2011,21,73-82；Podual et al.,J.Control Release,2000,67,9-17；and Podual et al.,Annu.Rev.Biomed.Eng.,2000,2,9-29)、葡萄糖结合蛋白(参见Brownlee and Cerami,Science,1979,206,1190-1191；Brownlee and Cerami,Diabetes,1983,32,499-504；Obaidat and Park,Pharm.Res.,1996,13,989-995；and Wang et al.,Adv.Mater.,2017,29,1606617)或苯基硼酸(PBA)的使用。参见Dong et al.,Langmuir,2016,32,8743-8747；Chou et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2015,112,2401-2406；Matsumoto et al.,Macromolecules,2004,37,1502-1510；Shiino et al.,J.ControlRelease,1995,37,269-276；Matsumoto et al.,Biomacromolecules,2004,5,1038-1045；Kataoka et al.,J.Am.Chem.Soc.,1998,120,12694-12695；and Brooks and Sumerlin,Chem.Rev.,2016,116,1375-1397。例如，PBA可以可逆地结合1,2-或1,3-顺式二醇(参见Springsteen and Wang,Tetrahedron,2002,58,5291-5300；and Yan et al.,Tetrahedron,2004,60,11205-11209)，导致水溶性提高，并随后在高血糖状态之下通过溶胀(参见Matsumoto et al.,Angew.Chem.Int.Edit.,2012,51,2124-2128)，溶解(参见Kim et al.,ACS Macro Letters,2012,1,1194-1198)或载体的粘度稀化(请参见Yao et al.,Biomacromolecules,2012,13,1837-1844；Ma et al.,Biomacromolecules,2102,13,3409-3417；and Yang et al.,Soft Matter,2013,9,8589-8599)而释放载荷。然而，这些系统仍面临若干挑战，包括响应速度慢、胰岛素加载效率低、生物相容性差以及操作过程复杂。参见Lu et al.,Nat.Rev.Mater.,2017,2,1-17。
在一些实施方式中，本公开的主题涉及用于将胰岛素(或其生物活性衍生物)递送至对其需要的受试者，例如，用于控制糖尿病或另一种导致高血糖症的葡萄糖代谢紊乱的组合物。其也可以用于递送其他带负电荷的蛋白质和小分子治疗剂，如抗癌/抗炎药和/或其他药物(如本文所公开的糖尿病治疗剂)以治疗糖尿病和/或高血糖症和/或其副作用。具体地，在一些实施方式中，本公开的组合物可以向对其需要的受试者提供葡萄糖敏感性的、“智能的”、闭环的胰岛素递送，从而提供更具成本效益和更容易的糖尿病控制，以改善健康和糖尿病患者的生活质量，以及预防糖尿病治疗的低血糖并发症。
更具体地，本公开的主题基于带负电荷的治疗剂例如胰岛素(或其生物活性衍生物)和包含葡萄糖感应部分和带正电荷部分的电荷可切换的聚合物之间形成的静电相互作用驱动的复合物。在葡萄糖存在下，葡萄糖感应部分可以快速或瞬时结合至葡萄糖并向聚合物中引入负电荷，从而减少聚合物中正电荷的量，由此从该复合物中释放带负电荷的治疗剂，例如，胰岛素(或其生物活性衍生物)。通过合理地调节聚合物的带正电荷部分与葡萄糖感应部分之间的比率，治疗剂可以在正常血糖下从复合物中缓慢释放治疗剂，而在高血糖下可以快速(例如，瞬间)释放治疗剂。例如，使用本公开主题的胰岛素-聚合物复合物，在葡萄糖负荷时实现体内葡萄糖响应性胰岛素释放，复合物严格调节I型糖尿病小鼠和迷你猪模型中的血糖水平。
在图1A和1B中显示了本公开的主题的示例性实施方式。如图1B所示，带正电的聚合物(即，聚(乙二胺丙烯酰胺)(聚(EDAA)或聚(2-氨基乙基丙烯酰胺))与侧胺基基团结合，其中一些进一步与氟苯基硼酸结合。在pH 7.4的无葡萄糖磷酸盐缓冲溶液(PBS)中，聚合物带正电(请参见图1A和1B)，并可以与胰岛素形成稳定的微米级复杂悬浮液(参见图1A)，胰岛素负载效率令人印象深刻地高达95％。在存在葡萄糖的情况下，葡萄糖与聚合物中FPBA基团结合导致正电荷逐渐减少，从而削弱聚合物与胰岛素之间的静电相互作用。在高血糖条件下，聚合物的正电荷可以高度快速地反转，因此有助于胰岛素的释放，并响应快速。参见图1A，右图。然而，在正常血糖下这种电荷反转受到抑制态，因此降低了胰岛素释放速率，从而避免发生低血糖风险。
在一些实施方式中，本发明的复合物通过将治疗剂(例如，胰岛素或其生物活性衍生物)与聚合物混合而快速形成。几乎100％(例如，大于90％，95％，98％或99％)的试剂可以与聚合物复合。因此，不需要进一步纯化。在高血糖条件下，聚合物可以迅速与葡萄糖结合，引入负电荷并导致聚合物正电荷显著减少。该过程非常迅速，并且可以释放治疗剂(例如，胰岛素)以响应血糖水平的变化。认为本公开的复合物在结合至葡萄糖而实现葡萄糖依赖性胰岛素释放后，会首先使用芳基硼酸(例如，卤代苯基硼酸)上携带的负电荷。在体外和体内研究中均观察到对葡萄糖水平的快速而敏锐的响应性。
根据本公开的主题，该递送系统包括高度生物相容的两个组分(例如，聚合物和胰岛素)。另外，与可以包含大量药物佐剂的其他更复杂的葡萄糖响应性递送方法相比，由于负载量高，本公开的复合物中聚合物的量处于相对较低的水平。例如，聚合物和胰岛素的复合物可以包含约50重量(wt)％的胰岛素，因此减少了与更复杂的葡萄糖响应性胰岛素递送方法/系统有关的潜在生物相容性的问题。
本公开的主题还可以提供对患者更友好的给予。例如，通常向糖尿病患者会给予三次速效胰岛素注射和一次长效胰岛素注射。然而，使用本公开的葡萄糖响应性胰岛素-聚合物复合物，仅需单次给药就可以维持一整天的正常血糖。因此，本公开的复合物可以显著减少患者需要的注射次数(例如，以有效控制血糖水平)，这提高了给予的便利性并且使治疗对患者更可接受。
在一些实施方式中，本公开的主题提供一种组合物，包含(a)含有葡萄糖结合基团的带正电的聚合物和(b)胰岛素或其生物活性衍生物。在一些实施方式中，带正电的聚合物包含铵基团(例如，在生物学相关的pH例如约7.4或更小的pH下由胺基团的质子化而形成的铵基团)。带正电的聚合物和胰岛素或其生物活性衍生物可以通过静电相互作用而形成复合物。
如本文所用，术语“葡萄糖结合基团”是指与葡萄糖或另一连位二醇，如另一种糖或多糖结合(例如，通过共价、配位或非共价键)的基团。在一些实施方式中，葡萄糖结合基团可以可逆地与葡萄糖或另一种糖或多糖结合。在一些实施方式中，葡萄糖结合基团是在与葡萄糖或另一种糖或多糖结合后可以经历电荷或电荷密度变化的基团。合适的葡萄糖结合基团包括，但不限于，单糖结合蛋白，如葡萄糖结合蛋白(GBP)(也称为半乳糖/葡萄糖结合蛋白)及其衍生物，葡萄糖转运蛋白(例如GLUT1-14)及其衍生物，和硼酸和硼酸酯。例如，糖与芳族硼酸的可逆复合可以产生稳定的硼酸根阴离子。在一些实施方式中，葡萄糖结合基团包括硼酸或硼酸酯。在一些实施方式中，葡萄糖结合基团包括芳基硼酸或芳基硼酸酯基团。芳基硼酸或芳基硼酸酯的芳基部分可以是，例如，苯基，萘基，蒽基，联苯，芘基，杂芳基或取代芳族基团或杂芳基基团。
在一些实施方式中，芳基硼酸基团是苯基硼酸基团，其可以被一个或多个芳基的取代基(例如，卤素，烷基，烷氧基等)取代，或未取代。在一些实施方式中，芳基硼酸基团是卤代苯基硼酸基团。在一些实施方式中，苯基硼酸基团是氟苯基硼酸基团。
在一些实施方式中，胰岛素或其生物活性衍生物可以是人胰岛素、重组人胰岛素、来自非人动物源(例如，牛，猪)的胰岛素或任何其他胰岛素，包括胰岛素衍生物。在一些实施方式中，胰岛素与预期的接受者属于相同物种，即，用于治疗人的人胰岛素。胰岛素或其生物活性衍生物可以包括不同胰岛素和/或其衍生物的混合物。胰岛素或其生物活性衍生物可以包括速效胰岛素、速效胰岛素类似物、中效胰岛素和/或长效胰岛素。在一些实施方式中，胰岛素或其生物活性衍生物是速效或速快速起效胰岛素。在一些实施方式中，胰岛素或其生物活性衍生物是重组人胰岛素。
速效胰岛素在1-20分钟内开始起效，约一小时后达到峰值，持续三至五个小时。速效胰岛素需要约两个小时完全吸收到体循环中。速效胰岛素包括常规的重组人胰岛素(如Lilly市售的HUMULINTM和NovoNordisk市售的NOVOLINTM)。牛胰岛素和猪胰岛素与人胰岛素有几个氨基酸不同，但在人体内具有生物活性，也是速效胰岛素。
速效胰岛素包括已被修饰或已改变氨基酸位置以提高其吸收速率的胰岛素。可以使用三种类型的速效市售胰岛素类似物：赖脯胰岛素(赖氨酸-脯氨酸胰岛素，由Eli Lilly以HUMALOGTM出售)，甘草酸胰岛素(由Sanofi-Aventis以APIDRATM出售)和门冬胰岛素(由Novo Nordisk作为NOVOLOGTM出售)。
中效胰岛素的寿命比短效胰岛素的寿命长，但起效较慢，并且达到其最大强度所需的时间更长。中效胰岛素通常在注射后2-4小时内开始起效，在4-14小时之间达到峰值，并在长达24小时内仍然有效。中效胰岛素的类型包括NPH(中性鱼精蛋白Hagedorn)和LENTETM胰岛素。NPH胰岛素含有的鱼精蛋白会减慢吸收速度，因此胰岛素需要更长的时间才能到达血液，但峰值和寿命更长。
长效胰岛素包括Eli Lilly的HumulinTMU(UltralenteTM长效人胰岛素(重组DNA源)锌悬浮液)；和甘精胰岛素(insulin glargine)(LANTUSTMAventis)。甘精胰岛素是一种重组人胰岛素类似物，其可以具有长达24小时的持效期。其与人胰岛素的区别在于在21位具有甘氨酸而不是天冬酰胺，并且在β链的羧基末端添加了两个精氨酸。LANTUSTM由溶于透明水性流体中的甘精胰岛素(100IU，3.6378mg甘精胰岛素，30微克锌，2.7mg间甲酚，20mg甘油85％和至1mL的水)组成。
在一些实施方式中，一些或全部胰岛素或其生物活性衍生物可以被另一种带负电荷的治疗性蛋白质、肽或其他试剂替代。在一些实施方式中，该组合物还可以包括另一种糖尿病治疗剂。
在一些实施方式中，带正电的聚合物包括乙烯基共聚物(例如，无规乙烯基共聚物)，但也可以使用其他聚合物主链(例如，聚酰胺)。在一些实施方式中，共聚物具有多个侧链，其中一个或多个侧链包含铵基团，并且其中一个或多个侧链包含葡萄糖结合基团。在一些实施方式中，聚合物可以由包含N取代的丙烯酰胺的单体单元形成。在一些实施方式中，一些这种单体单元可以衍生自氨基烷基基团取代的N取代的丙烯酰胺。在一些实施方式中，氨基烷基基团取代的丙烯酰胺是丙烯酰氯(或另一种丙烯酰卤或丙烯酸或其酯或酸酐)与二胺如乙二胺或丙二胺(即，1,3-二氨基丙烷或1,2-二氨基丙烷)或单保护的二胺)之间反应的产物。合适的氨基保护的基团(例如，叔丁氧羰基或Boc)是本领域已知的。在一些实施方式中，聚合物可以是包含含有质子化的胺(例如，质子化的伯胺)的侧链的单体单元和包含含有葡萄糖结合基团的侧链如芳基硼酸或芳基硼酸酸酯部分的单体单元的共聚物。
在一些实施方式中，共聚物具有聚丙烯酰胺主链，聚丙烯酰胺主链包含多个包含铵基团的侧链和多个包含葡萄糖结合基团的侧链。在一些实施方式中，聚合物具有式(I)的结构：
Figure BDA0002591995450000281
其中：
x和y各自为大于1的整数；
R是H或烷基；
R1是质子化的氨基烷基基团；和
R2是包含芳基硼酸的基团。
在一些实施方式中，x和y各自是大于约10、15、20、25、30、35、40、45、50、75或100的整数。在一些实施方式中，x和y各自独立地是约50至约5,000的整数(例如，50；75；100；200；300；400；500；600；700；800；900；1,000；1,500；2,000；2,500；3,000；4,000；或5,000)。在一些实施方式中，x和y可以大于约5,000；10,000；25,000；或更多。在一些实施方式中，整数x和y之和为至少约10、20、30、40、50、60、70、80、90或约100。在一些实施方式中，x和y之和为约500；1,000；5,000；10,000；25,000；50,000或更多。
在一些实施方式中，x与y的比率为约7:3至约1:5(例如，约7:3、2:1、5:3、4:3、1:1、2:3、1:2、1:3、1:4或1:5)。在一些实施方式中，x与y的比率为约1:1至约1:3。在一些实施方式中，x与y的比率为约2:3。
在一些实施方式中，R是H或C1-C6烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基(例如，正戊基或新戊基)或己基。在一些实施方式中，R为H或甲基。在一些实施方式中，R为H。
在一些实施方式中，R1具有-L-NH3 +结构，其中L是C1-C6直链或支链的取代或未取代亚烷基。在一些实施方式中，L为亚乙基，即-CH2CH2-。
在一些实施方式中，R2具有结构-L1-NH-C(＝O)-R3，其中L1是C1-C6直链或支链的取代或未取代亚烷基，其中R3是芳基硼酸基团。在一些实施方式中，R3是苯基硼酸基团。在一些实施方式中，R3是氟苯基硼酸基团或另一卤代苯基硼酸基团。在一些实施方式中，L和L1是相同的。在一些实施方式中，L1是-CH2CH2-。
在一些实施方式中，组合物包含重量比为约2:1至约1:4(例如，约2:1，约1.5:1；约1:1；约1:1.5；约1:2；约1:3；或约1:4)的带正电的聚合物和胰岛素(或其生物活性衍生物)。在一些实施方中，该组合物包含约等量(按重量计)的聚合物和胰岛素(或生物活性胰岛素衍生物)，且比率为约1:1。
在一些实施方式中，组合物形成包含聚合物和胰岛素(或其生物活性衍生物)的纳米或微米颗粒。在一些实施方式中，纳米或微米颗粒具有近似球形的形状。在一些实施方式中，纳米或微米颗粒具有不规则形状。在一些实施方式中，纳米或微米颗粒具有约0.1微米(μm)至约1000μm的直径。在一些实施方式中，颗粒具有约1μm至约200μm(例如，约1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或约200μm)的直径。在一些实施方式中，颗粒具有约50μm的直径。
在一些实施方式中，本公开主题的组合物，例如，纳米和/或微米颗粒，可以用于制备递送胰岛素或其生物活性衍生物的微针(MN)阵列。例如，在一些实施方式中，本公开的主题提供了一种微针阵列，包括多个包含纳米和/或微米颗粒的微针，其中该颗粒包含带正电的聚合物与胰岛素的复合物，其中带正电的聚合物包含葡萄糖结合基团。在一些实施方式中，微针阵列可以包括多个微针，其中所述多个微针中的每个具有约20至约1000微米(例如，约20、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或约1000微米)的长度。在一些实施方式中，多个微针中的每个具有约500微米至约700微米的长度。在一些实施方式中，每根微针可以具有近似圆锥形或金字塔形的形状。在一些实施方式中，微针的尖端可以小于约100微米，小于约75微米，小于约50微米，小于约40微米，小于约30微米或小于约20微米。在一些实施方式中，每根微针的尖端可以为约10微米。
微针阵列可以包括多个微针，其中微针的基部以任何合适的二维图案布置。这些微针排布为规则的阵列(例如，正方形，矩形，圆形，椭圆形或其他形状的图案)，其中各个微针之间的距离保持相同或以重复的方式变化，或呈不规则阵列(例如，其中各微针之间的距离以无法识别的重复的方式变化)。微针可以通过将包含本公开的复合物的溶液(例如，胰岛素/聚合物复合物的纳米颗粒)滴入模具中并添加包含可交联的生物相容性聚合物如，但不限于，可交联的聚氨基酸(例如，聚谷氨酸)、可交联的合成嵌段共聚物或可交联的多糖(例如，葡糖氨基聚糖)的溶液而制备。在一些实施方式中，可交联的生物相容性聚合物是丙烯酸酯改性的透明质酸(m-HA)。然后，可以将模具干燥，且可以交联可交联聚合物(例如，使用N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)或另一种交联剂)。之后，可以从模具中取出微针。
图6显示了用于制备本公开主题的微针阵列的示例性方法的示意图。包含含有胰岛素-聚合物复合物的组合物(例如，由本公开主题的胰岛素-聚合物复合物制备的纳米颗粒)的溶液(例如，使用微量移液管)滴入包含多个微腔的硅树脂模具中。该溶液也可以可选地包含可交联的生物相容性聚合物、交联剂和光引发剂。将填充的模具离心而消除微腔中任何残留的空气。该滴加和离心步骤可以根据需要重复一次或多次(例如，一次，两次，三次或更多次)，以充满微腔。然后充满的模具例如在真空条件下干燥。干燥后，将可选包含交联剂或交联剂和光引发剂的可交联生物相容性聚合物溶液(例如，m-HA溶液)滴于模具上并干燥，在充满的微腔的顶部形成聚合物层。然后，将获得的干燥MN贴从模具中拆下并暴露于一段时间的UV辐射以引发聚合物的交联。
在一些实施方式中，微针阵列可以作为皮肤贴剂的一部分提供。在一些实施方式中，微针阵列可以包括一个或多个背衬层(例如，以保护微针阵列免受湿气或物理损伤(例如，刮擦))。在一些实施方式中，微针阵列可以包括从包含用于辅助该阵列附着于皮肤上的皮肤相容性粘合剂的阵列向外延伸的层(例如，与该阵列的基部共面)。
本公开的微针阵列可以以葡萄糖反应性或依赖性方式释放胰岛素或其生物活性衍生物。在一些实施方式中，胰岛素或生物活性衍生物的释放速率直接取决于与阵列接触的葡萄糖浓度(例如，当该阵列与较高浓度的葡萄糖接触时，释放速率更快)。因此，在一些实施方式中，微针阵列是闭环胰岛素递送系统。
在一些实施方式中，本公开的主题提供了一种药物制剂，包含药用载体和包含带正电的聚合物与胰岛素或其生物活性衍生物的复合物的组合物，其中带正电的聚合物包含葡萄糖结合基团。在一些实施方式中，复合物是纳米或微米颗粒的形式。在一些实施方式中，载体可以是药用液体或生物相容性聚合物(例如，疏水性或两亲性聚合物凝胶)。在一些实施方式中，载体是泊洛沙姆，即包含侧接两个亲水性聚(乙二醇)(PEG)嵌段的中心疏水性聚(丙二醇)(PPG)嵌段的三嵌段共聚物如，但不限于，PF-127。
如本文所用，术语“药用载体”包括与药物给予相容的溶剂、分散介质、包衣、抗细菌和抗真菌剂、等渗剂和吸收延迟剂等。补充性活性化合物也可以引入脂质性药物组合物中。本公开的组合物可以进行冻干而产生冻干物，其可以用药用载体如水进行重构而再生成悬浮液或溶液。
药物组合物可以配制成与其预期的给予途径相容。给予途径的实例包括，但不限于，肠胃外，静脉内，皮内，皮下，口服(例如，吸入)，透皮(局部)，透粘膜，鼻，眼和直肠给予。用于肠胃外、皮内或皮下应用的溶液或悬浮液可以包括以下组分：无菌稀释剂如注射用水、盐溶液、固定油、聚乙二醇、甘油、丙二醇或其他合成溶剂；抗菌剂如苯甲醇或对羟基苯甲酸甲酯；抗氧化剂，如抗坏血酸或亚硫酸氢钠；螯合剂如乙二胺四乙酸；缓冲液如乙酸盐、柠檬酸盐或磷酸盐，以及用于调节张力的试剂如氯化钠或葡萄糖。pH可以用酸或碱如盐酸或氢氧化钠调节。肠胃外制剂可以装入玻璃或塑料制成的安瓿瓶、一次性注射器或多剂量小瓶中。
在一些实施方式中，本公开的主题提供了一种将胰岛素或其生物活性衍生物递送至对其需要的受试者中的方法，该方法包括给予包含本公开的聚合物复合物的皮肤贴剂或药物制剂。
在一些实施方式中，根据本发明公开的主题治疗的受试者是人类受试者，但应当理解的是，本文所述的方法对于所有脊椎动物都有效，这些脊椎动物都旨在包括于术语“受试者”中。
更具体地，本文提供了对哺乳动物如人类以及由于濒临灭绝而重要的(如西伯利亚虎)、具有经济重要性(在农场上饲养的动物供人类食用)和/或对人具有社会重要性(作为宠物或动物园中饲养的动物)的那些哺乳动物，例如，除人类以外的食肉动物(如猫和狗)、猪(猪，阉猪(hog)和野猪)、反刍动物(如牛，阉牛(oxen)，绵羊，长颈鹿，鹿，山羊，野牛和骆驼)和马。因此，本文描述的方法的实施方式包括牲畜的治疗，包括但不限于驯养的猪(猪和阉猪)，反刍动物，马，家禽等。
在一些实施方式中，受试者是糖尿病患者。受试者可能患有1型或2型糖尿病。在一些实施方式中，该受试者患有代谢异常症。在一些实施方式中，该受试者是哺乳动物。在一些实施方式中，该受试者是人。
在一些实施方式中，给予包括通过皮下注射给予药物制剂。在一些实施方式中，给予每天进行一次。在一些实施方式中，药物制剂或贴剂以直接对应于受试者的血糖水平的速率释放胰岛素(例如，而使受试者具有正常血糖时释放缓慢，而当受试者患有高血糖时，释放迅速)。因此，根据需要，本公开的复合物可以充当贮库以在数小时或数天的时间内释放胰岛素。
在一些实施方式中，本公开主题提供了一种在有需要的受试者中治疗糖尿病的方法，其中所述方法包括给予本文描述的包含复合物的药物制剂或包含含有复合物的微针的皮肤贴剂。受试者可以患有1型或2型糖尿病。在一些实施方式中，给予包括通过皮下注射给予药物制剂。在一些实施方式中，每天进行一次给予。在一些实施方式中，每天可以进行一次以上的给予(例如，每天可以给予两个或三个贴剂)。在一些实施方式中，药物制剂或贴剂以直接对应于受试者的血糖水平的速率释放胰岛素。
在一些实施方式中，本公开主题提供了一种可以用于制备具有带负电荷的治疗性部分如胰岛素或其生物活性衍生物的葡萄糖响应复合物的聚合物。在一些实施方式中，该聚合物包含多个侧链，其中一些侧链包含在生物学相关的pH下(例如，在约7.4或低于约7.4下)带正电荷的基团(例如，胺)，并且其中一些侧链包含可以与葡萄糖和/或其他糖结合的基团。在一些实施方式中，该聚合物是包含含有在生物学相关pH下带正电的基团的单体单元和含有葡萄糖结合基团的单体单元的共聚物(例如，无规共聚物)。
在一些实施方式中，聚合物可以由包含N-取代的丙烯酰胺的单体单元形成。在一些实施方式中，一些单体单元可以衍生自氨基烷基基团取代的N取代的丙烯酰胺。在一些实施方式中，氨基烷基基团取代的丙烯酰胺是丙烯酰氯(或另一种丙烯酰卤或丙烯酸或其酯或酸酐)与二胺如乙二胺或丙二胺(即1,3-二氨基丙烷或1,2-二氨基丙烷)或单保护的二胺之间反应的产物。合适的氨基保护基(例如，叔丁氧羰基或Boc)是本领域内已知的。在一些实施方式中，聚合物可以是包含含有质子化的胺(例如，质子化的伯胺)的侧链的单体单元和包含含有葡萄糖结合基团如芳基硼酸或芳基硼酸酯部分的侧链的单体单元的共聚物。在一些实施方式中，共聚物可以通过在使仅一部分含氨基侧链与试剂反应而附连至所述葡萄糖结合基团的条件下使包含含氨基侧链的聚合物与含葡萄糖结合基团的试剂反应而获得。例如，在一些实施方式中，该条件可以通过改变含葡萄糖结合基团的试剂的量改变而提供期望的百分比的剩余含氨基侧链。
因此，在一些实施方式中，本发明公开的主题提供了一种包含含有侧氨基烷基基团和侧芳基硼酸或芳基硼酸酯的聚丙烯酰胺聚合物的组合物。在一些实施方式中，芳基硼酸或芳基硼酸酯基团的芳基基团被一个或多个芳基基团取代基(例如，卤素，烷基，烷氧基等)取代。在一些实施方式中，芳基硼酸或硼酸酯基团是卤代芳基硼酸或卤代硼酸酯基团。在一些实施方式中，聚合物是包含侧链氨基烷基基团基团和侧链氟苯基硼酸基团的聚丙烯酰胺聚合物。
在一些实施方式中，组合物包含具有式(II)的结构的共聚物：
Figure BDA0002591995450000341
其中：
x和y各自是大于约5的整数；
R是H或烷基；
L和L1各自是亚烷基；且
X是卤代基。
在一些实施方式中，x和y各自是大于约10、15、20、25、50、75、100、250、500、750、1000、2500、5000、7500或10000的整数。在一些实施方式中，比率x:y为约7:3的x:y至约1:5的x:y(例如，约7:3、2:1、5:3、4:3、1:1、2:3、1:2、1:3、1:4或约1:5)。在一些实施方式中，x:y为约2:3。
在一些实施方式中，R是H或C1-C6烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基(例如，正戊基或新戊基)或己基。在一些实施方式中，R是H或甲基。在一些实施方式中，R是H。在一些实施方式中，L和L1各自是C1-C6亚烷基。在一些实施方式中，L和L1是不同的亚烷基。在一些实施方式中，L和L1是相同的亚烷基。例如，L和L1两者可以是亚乙基或亚丙基。在一些实施方式中，X是氟、氯或溴。在一些实施方式中，X是氟。在一些实施方式中，伯胺基团是质子化的。
在一些实施方式中，聚合物具有式(III)的结构：
Figure BDA0002591995450000351
其中
x和y各自是大于5的整数；
R是H或烷基；且
L和L1各自是独立选自C1-C5亚烷基的亚烷基。
在一些实施方式中，x和y各自是大于约10、15、20、25、50、75、100、250、500、750、1000、2500、5000、7500或10000的整数。在一些实施方式中，比率x:y为约7:3的x:y至约1:5的x:y(例如，约7:3、2:1、5:3、4:3、1:1、2:3、1:2、1:3、1:4或约1:5)。在一些实施方式中，x:y为约2:3。
在一些实施方式中，R是H或C1-C6烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基(例如，正戊基或新戊基)或己基。在一些实施方式中，R是H或甲基。在一些实施方式中，R是H。在一些实施方式中，L和L1是不同的亚烷基。在一些实施方式中，L和L1是相同的亚烷基。例如，L和L1都可以是亚乙基或亚丙基。在一些实施方式中，L和/或L1是亚乙基(即，-CH2CH2-)。在一些实施方式中，X是氟、氯或溴。在一些实施方式中，X是氟。在一些实施方式中，伯胺基团是质子化的。
聚合物可以具有约1千道尔顿(kDa)至约30kDa的任何合适的分子量(例如，质均分子量Mw)。因此，在一些实施方式中，聚合物具有约1、2.5、5、7.5、10、12.5、15、17.5、20、22.5、25、27.5或约30kDa的Mw。在一些实施方式中，聚合物可以具有更高的Mw(例如，约40、50、75或100kDa)。
在一些实施方式中，聚合物通过以下提供：制备包含多个氨基烷基基团侧基团的聚丙烯酰胺聚合物，并且随后使一部分多个氨基烷基基团侧基团的一部分与羧基芳基硼酸、羧基芳基硼酸酯或其活化的酯(例如，其N-羟基琥珀酰亚胺酯)反应，从而通过酰胺键将芳基硼酸或芳基硼酸酯共价附连至一些侧链上。
在一些实施方式中，包含多个氨基烷基基团侧基的聚丙烯酰胺聚合物首先通过单保护二胺并使单保护的二胺与丙烯酸或丙烯酰卤，如丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯反应，以形成丙烯酰胺而制备。丙烯酰胺可以聚合(例如，通过自由基聚合)而形成包含保护的氨基烷基基团侧链的聚丙烯酰胺，其可以脱保护而形成游离胺。
实施例
包括以下实施例以进一步说明本公开的主题的各个实施方式。然而，根据本公开，本领域普通技术人员应当理解的是，在所公开的具体实施方式中可以进行许多变化，并且在不脱离本公开的主题的精神和范围的情况下仍可以获得相同或相似的结果。
实施例1
聚(EDAA-FPBA)和聚(EDAA-PBA)的合成
材料：乙二胺、二碳酸二叔丁酯(Boc2O)、丙烯酰氯、2,2'-偶氮双(2-甲基丙腈)(AIBN)、四氢呋喃(THF)、三氟乙酸(TFA)、二氯甲烷(CH2Cl2)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和N-(3-二甲基氨基丙基)-N'-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)购自Sigma-Aldrich(St.Louis,Missouri,United States of America)。4-羧基-3-氟苯硼酸和4-羧基苯硼酸获自FisherScientific(Thermo Fisher Scientific，Waltham,Massachusetts,United States ofAmerica)。根据标准纯化方法处理所有溶剂。除非另有说明，所有反应均在N2气氛下进行。
合成：FPBA改性的聚(EDAA)(即，聚(EDAA-FPBA))的合成如下方案1中所示进行。首先，通过将乙二胺(14mL)溶于CHCl3(200mL)中并将溶液在冰浴中冷却而制备Boc-EDA。在3小时内滴加溶解于CHCl3(50mL)中的Boc2O(4.1g)，并将反应在室温下搅拌过夜。过滤后，溶液用饱和NaCl水溶液(3×50mL)洗涤，在无水MgSO4上干燥，过滤并蒸发，获得白色固体。该固体无需进一步纯化即可使用。
将Boc-EDA(1.6g，10mmol)溶解于H2O(50mL)中并过滤而获得澄清溶液，向其中快速加入溶解于THF(10mL)中的丙烯酰氯(1.5g，16mmol)。然后将NaHCO3(1.5g)缓慢加入该溶液中，且反应再过30min后停止。用CH2Cl2(3×50mL)萃取该混合物，在无水MgSO4上干燥，并过滤。蒸发溶剂后，获得白色Boc-EDAA(1.6g，收率70％)。1H-NMR(400MHz，在CDCl3中，δ)：6.54(s，1H)，6.22(d，1H)，6.1(q，1H)，5.6(d，1H)，3.4(q，2H)，3.3(s，2H)，1.42(s，9H)。
将Boc-EDAA(0.5g)和AIBN(12mg)混合并溶解于THF(2mL)中，用N2吹扫10分钟。在60℃下温育过夜后，将该反应混合物用THF(10mL)稀释，添加至去离子水中，并用去离子水(3×4L)渗析。最后，将水冻干，而获得白色固体(0.45g，收率90％)。
将聚(Boc-EDAA)(0.3g)溶解于CH2Cl2(10mL)中，向其中加入TFA(3mL)并搅拌2小时。蒸发溶剂，并将残余物用H2O(3×4L)渗析，并冻干而获得呈淡黄色固体的聚(EDAA)(0.2g，收率90％)。
PBA-NHS通过在DMF(100mL)中混合4-羧基苯基硼酸(2g，12mmol)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS，2g，17mmol)，并将混合物在搅拌下冷却于冰浴中而制备。加入N-(3-二甲基氨基丙基)-N'-乙基碳二酰亚胺盐酸盐(EDC，3g，18mmol)，并将反应在室温下搅拌过夜。将混合物倾倒入CH2Cl2(200mL)中，并依次用HCl(0.1N，3×50mL)和NaHCO3(0.1N，3×50mL)洗涤，并在无水MgSO4上干燥。在减压下蒸发溶剂，并获得纯白色PBA-NHS(3g，收率90％)。1H-NMR(400MHz，在CDCl3中，δ)：8.43(s，2H)，8.02(t，4H)，2.88(s，4H)。
FPBA-NHS通过在DMF(100mL)中将4-羧基-3-氟苯基硼酸(2g，12mmol)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS，2g，17mmol)混合，并将其在搅拌下冷却于冰浴中而制备。加入N-(3-二甲基氨基丙基)-N'-乙基碳二酰亚胺盐酸盐(3g，18mmol)，并将反应在室温下搅拌过夜。将混合物倾倒入CH2Cl2(200mL)中，并依次用HCl(0.1N，3×50mL)和NaHCO3(0.1N，3×50mL)洗涤，并在无水MgSO4上干燥。减压下蒸发溶剂，并获得纯白色FPBA-NHS(2.7g，收率80％)。1H-NMR(400MHz，在DMSO-d6中，δ)：8.59(s，2H)，8.0(t，1H)，7.79(q，2H)，2.9(s，4H)。
通过以下聚(EDAA0.4-FPBA0.6)的合成为例，制备FPBA改性的和PBA改性的聚(EDAA)。将聚(EDAA)(0.15g)溶解于去离子水(10mL)中。加入溶于DMSO(2mL)中的FPBA-NHS(220mg)，得到澄清溶液。然后，缓慢加入固体NaHCO3，以将pH维持于7.2左右，并将反应搅拌30min。最后，将混合物用去离子水(3×4L)渗析，并随后冻干，而获得白色固体(0.3g，收率80％)。
Figure BDA0002591995450000391
方案1.FPBA改性的和PBA改性的聚(EDAA)的合成。
合成总结：通过(2-氨基乙基)氨基甲酸叔丁酯(Boc-EDA)的自由基聚合反应和随后的脱保护，合成具有侧胺基团的聚合物。参见方案1。化学结构通过1H-NMR表征，而分子量通过凝胶渗透色谱法测量为约8.7KDa。4-羧基-3-氟苯基硼酸通过NHS活化，并用于制备聚(EDAA0.4-FPBA0.6)和聚(EDAA0.7-FPBA0.3)。作为比较，还活化了4-羧基-苯基硼酸并用于改性聚(EDAA)并产生聚(EDAA0.4-PBA0.6)。改性后，聚(EDAA0.7-FPBA0.3)可溶于pH 7.4的水溶液，而聚(EDAA0.4-FPBA0.6)和聚(EDAA0.4-PBA0.6)均仅溶于微酸性水溶液。
实施例2
罗丹明B标记的胰岛素的合成
将溶于DMSO(1mL)中的罗丹明B异硫氰酸盐(1mg)加入到胰岛素(100mg)的水溶液中。加入NaHCO3调节pH至8，并将反应在室温下搅拌过夜。然后，将混合物用去离子水(3×4L)渗析并冻干而获得罗丹明B标记的胰岛素。
实施例3
聚合物纳米颗粒的合成
将聚(EDAA0.4-FPBA0.6)(1mg)溶于酸化的去离子(DI)H2O(50μL)中。向溶液中快速加入磷酸盐缓冲溶液(10mM，pH＝7.4，1mL)后，将聚合物沉淀并形成稳定的纳米颗粒。用相同的方法制备聚(EDAA0.4-PBA0.6)的纳米颗粒溶液。
实施例4
胰岛素复合物的合成
由胰岛素和聚(EDAA0.4-FPBA0.6)以不同比率制备复合物。聚(EDAA0.4-FPBA0.6)/胰岛素复合物的制备描述为合成本公开主题的聚合物/胰岛素复合物的实施例。将胰岛素(1mg)和聚(EDAA0.4-FPBA0.6)(1mg)分别溶解于酸化的H2O(50μL)中并混合。小心地添加NaOH(0.1N)，将pH值微调至7.4，直到由于胰岛素和聚合物之间的静电相互作用而形成白色沉淀，表明形成了聚合物/胰岛素复合物。向悬浮液中加入PBS(1mL)，并将溶液离心，将固体进一步用PBS洗涤几次。最后，将悬浮液保持于pH＝7.4的PBS中，并直接用于体外和体内实验。
该复合物沉淀高度稳定，表明胰岛素和聚合物之间的强相互作用。不受任何理论的束缚，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)的水不溶性被认为对于稳定聚合物和胰岛素之间形成的复合物是至关重要的。
实施例5
葡萄糖吸附和纳米颗粒的表征
纳米颗粒的表征：在Zetasizer(Malvern Panalytical，Malvern，UK)上测量纳米颗粒的尺寸和ζ电位。通过将不同量的葡萄糖添加到纳米颗粒溶液中，并在测量之前将其静置2分钟而确定葡萄糖浓度对纳米颗粒的ζ电位的影响。注意到当将葡萄糖增加至400mg/mL时，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)的纳米颗粒会沉淀，因此这种测量的快速确定是至关重要的。
葡萄糖吸附：将由胰岛素(1mg)和聚合物(1mg)组成的胰岛素复合物悬浮于PBS7.4(1mL)中，并分配至离心管中，向其中加入葡萄糖以获得不同的葡萄糖溶液(100或400mg/dL)。将溶液在37℃下温育，并通过Clarity GL2Plus葡萄糖计(ClarityDiagnostics，Boca Raton，Florida，US)监测葡萄糖浓度。浓度使用标准曲线校准。
总结：在pH 7.4的PBS中，以0、100(典型的正常血糖水平)，200和400mg/dL(典型的高血糖水平)的不同葡萄糖浓度评价聚合物的葡萄糖结合能力。制备了由等重量的胰岛素和聚合物构成的聚合物-胰岛素复合物，即聚(EDAA0.4-FPBA0.6)复合的胰岛素(F-胰岛素)、聚(EDAA0.4-PBA0.6)复合的胰岛素(B-胰岛素)和聚(EDAA)复合的胰岛素(N-胰岛素)。葡萄糖浓度通过标准曲线在PBS溶液中校准。将葡萄糖添加到F-胰岛素溶液中后，对于100和400mg/dL葡萄糖溶液，葡萄糖浓度在10分钟内分别降低了10和30mg/dL。参见图2A。出乎意料的是，在400mg/dL的葡萄糖溶液中观察到F-胰岛素对葡萄糖的进一步吸附，使得在120分钟内观察到葡萄糖浓度总共降低了50mg/dL，表明超过90％的FPBA部分结合于葡萄糖，而不受任何理论的束缚，这归因于由相邻胺基引起的二醇捕获能力增强。参见Ren et al.,Angew.Chem.Int.Edit.,2009,48,6704-6707；和Liang and Liu,Chem.Commun.,2011,47,2255-2257。对于B-胰岛素溶液，观察到更低的葡萄糖结合(参见图2B)，而对于N-胰岛素溶液，观察到可忽略的葡萄糖结合。参见图2C。
为了确定葡萄糖结合是否会导致聚合物上正电荷的减少，通过将聚(EDAA0.4-FPBA0.6)或聚(EDAA0.4-PBA0.6)的浓酸性水溶液滴入pH 7.4的PBS中来制备聚合物纳米颗粒。聚(EDAA0.4-FPBA0.6)和聚(EDAA0.4-PBA0.6)均形成稳定的球形纳米颗粒，如通过动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)所测量的，参见图2D和2E。如图2F所示，在不存在葡萄糖的情况下，聚(EDAA0.4-FPBA0.6)纳米颗粒的初始ζ电位为+40mV，在100mg/dL葡萄糖溶液中逐渐降至+22mV，而在400mg/dL葡萄糖溶液中进一步降低至+8mV。在此过程期间，溶液的pH值保持于7.4，表明ζ电位的变化是由FPBA部分的葡萄糖结合所致，而不是pH值的变化。葡萄糖浓度达到400mg/dL后约5分钟，颗粒开始聚结。不受任何理论的束缚，认为该观察结果是由于纳米颗粒之间的静电排斥力减弱所致。相反，聚(EDAA0.4-PBA0.6)纳米颗粒的ζ电位则保持于几乎恒定的水平。
实施例6
体外胰岛素释放
胰岛素释放测量方法：简而言之，将以不同比例负载于不同聚合物的复合物中的胰岛素(1mg)分配于装有PBS(pH＝7.4，1mL)的离心管中，并加入各量的葡萄糖而制备不同的浓度(0、100、200、400mg/dL)。然后，将离心管在37℃下温育并振动。以计时的时间间隔，收集水溶液(50μL)并离心以获得上清液(20μL)，将其用考马斯蓝(Coomassie blue)(200μL)染色，并在多模式读板仪(Tecan Group Ltd.,
Figure BDA0002591995450000421
Switzerland)上测量595nm处的吸光度。通过标准曲线校准胰岛素浓度。
结果：评价了葡萄糖变化时复合物的胰岛素释放。通过改变聚(EDAA0.4-FPBA0.6)与胰岛素的重量比，可以调节胰岛素释放动力学。参见图3A-3D。对于所有复合物，胰岛素释放速率在400mg/dL葡萄糖溶液中比在0、100或200mg/dL葡萄糖溶液中显著更快。此外，由等重量的胰岛素和聚(EDAA0.4-FPBA0.6)(F-胰岛素)制成的复合物显示出最有效的葡萄糖依赖性胰岛素释放动力学，其中在400mg/dL葡萄糖之下三小时内释放了80％以上的胰岛素，胰岛素释放率比100mg/dL葡萄糖中高约两倍。参见图3D。相反，N-胰岛素和B-胰岛素的胰岛素释放相对缓慢。作为对照，也用400mg/dL葡萄糖溶液处理了无胰岛素的聚(EDAA0.4-FPBA0.6)悬浮液；然而，对于上清液，在与考马斯蓝混合后，没有观察到吸光度，从而消除了该胰岛素测量中聚(EDAA0.4-FPBA0.6)潜在干扰的问题。为了进一步验证葡萄糖响应性胰岛素释放，将胰岛素用罗丹明B标记(RhB-胰岛素)，并与聚(EDAA0.4-FPBA0.6)复合。相对于对照组胰岛素缓慢释放，在高血糖状态下由F胰岛素验证了胰岛素释放显著增强(参见图3E)。
此外，当葡萄糖浓度逐渐增加(从0到400mg/dL)时，复合物在葡萄糖溶液中的胰岛素释放率稳定增加，其中胰岛素释放率达到了最大4倍增强，表明F-胰岛素具有超快葡萄糖响应率。参见图3F。在葡萄糖变化时的这种快速动力学具有有效实时有效调节BGL的潜力。另外，在具有100至400mg/dL的交替葡萄糖浓度的葡萄糖溶液中温育复合物的几个循环内，获得了胰岛素的脉冲释放分布曲线。参见图3G。应注意时间间隔基于F-胰岛素的快速响应率设置为2min。同时，比较了天然胰岛素和相同浓度(0.5mg/mL)的复合物释放胰岛素的远UV圆二色性(CD)光谱，并发现是相似的，表明释放的胰岛素保留了α-螺旋二级结构和生物活性。
实施例7
糖尿病小鼠模型的体内研究
使用链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠的复合物的葡萄糖控制研究：将糖尿病小鼠分为不同的组(n＝5)，并用皮下注射游离胰岛素或以各种剂量(30或80IU/kg)负载于复合物中的胰岛素(即，F-胰岛素；等重量的聚(EDAA0.4-FPBA0.6)和胰岛素)；或以300IU/kg的剂量连同PF-127凝胶一起负载于复合物的胰岛素(F-胰岛素)治疗。用Clarity GL2Plus血糖仪(Clarity Diagnostics，Boca Raton，Florida，US)监测血糖水平。研究继续直至血糖水平稳定。PF-127以浓度为50％的水溶液使用，并将复合物悬浮于凝胶中。注射前，为了保持较高的流动性，将凝胶保持于4℃以有助皮下注射。通过收集50μL血液测量血液胰岛素水平，并且分离出血浆并将其储存于-20℃直至使用人胰岛素ELISA试剂盒根据厂商方案(Invitrogen,Carlsbad,California,United States of America)测量。
炎症评价：由皮下注射PF-127凝胶引起的炎症测量为生物相容性的指示。去除背毛后，向糖尿病小鼠皮下注射负载胰岛素复合物(F-胰岛素；300IU/kg)的PF-127(100μL)。注射后第3天或第7天，麻醉小鼠，收集处理部位的皮肤片，并用4％甲醛固定，然后使用苏木精和曙红(H&E)染色处理。使用显微镜(Olympus Corporation,Tokyo,Japan)拍摄图像。
血浆胰岛素水平测量：通过以计时的时间间隔从小鼠尾静脉收集50μL血液以监测体内血浆胰岛素水平。分离出血浆并将其储存于-20℃直至进行分析测定。根据厂商的规程，使用人胰岛素ELISA试剂盒(Invitrogen,Carlsbad,California,United States ofAmerica)测量血浆胰岛素浓度。
统计分析：治疗组和对照组之间的血糖水平差异采用未配对学生t-检验计算。当双尾P值小于0.05时，差异被认为是显著性的。
结果：在STZ诱导的1型糖尿病小鼠模型中评价了胰岛素-聚合物复合物的体内治疗功效。糖尿病小鼠分为四组，分别用以80IU/kg剂量的F-胰岛素、B-胰岛素或天然胰岛素中的一种或以PBS作为对照治疗。所有治疗组的BGL降低至低于200mg/dL，表明保留了复合胰岛素的活性。参见图4A。此外，F胰岛素已经证实可以将BGL维持于正常范围(<200mg/dL)超过8小时，比游离胰岛素和B-胰岛素的3小时要长得多。同样，在用F-胰岛素治疗的小鼠中观察到的低血糖症可以忽略不计。
接着，进一步评价了高血糖条件下F-胰岛素复合物的优异胰岛素释放。在注射F-胰岛素后30分钟左右观察到血液胰岛素水平达到7500μIU/mL的峰值，这与BGL的快速下调相一致。血液胰岛素水平在1.5h时迅速降至750μIU/mL，在治疗后4h时进一步降至22μIU/mL，其足以维持正常血糖水平，同时避免低血糖症。相反，用B-胰岛素治疗的小鼠的血液胰岛素水平在注射后30分钟时显示出胰岛素水平的侧峰，这被认为主要是由于松散吸附的胰岛素的突然释放所致。然而，胰岛素从血液循环中快速消除(参见Cresto et al.,ActaPhysiol.Lat.Am.,1977,27,7-15)和B-胰岛素的缓慢胰岛素释放无法维持血浆胰岛素的基础水平。
F-胰岛素以80IU/kg的胰岛素剂量治疗后3小时之时进行与体内葡萄糖响应相关的腹膜内葡萄糖耐受试验(IPGTT)。腹膜内注射葡萄糖后，所有组均观察到血糖峰值(参见图4B)，而健康小鼠和F-胰岛素治疗的小鼠在短时间内恢复了正常血糖。IPGTT也在用F胰岛素治疗后四个小时进行，其中观察到BGL的峰值。参见图4C。值得注意的是，随着时间的推移，血液胰岛素水平迅速从30μIU/mL增加至250μIU/mL，然后逐渐下降至39μIU/mL。这种快速的葡萄糖响应性胰岛素释放动力学可以用于在面对葡萄糖挑战时维持常血糖。
为了进一步证明葡萄糖敏感性F-胰岛素长期调节BGL的潜力，将胰岛素复合物与原位形成的可吸收凝胶(PLURONICTMF-127凝胶(BASF Corporation，Florham Park，NewJersy，United States of America，PF-127)一起皮下共注射。建立了相似的实验组，但增加了胰岛素剂量(300IU/kg)。所有胰岛素复合物均对BGL具有调节作用；发现F-胰岛素可调节血糖于正常范围内，这持续超过30小时。参见图4D。同时，负载B-胰岛素的凝胶治疗的小鼠的BGL在给予后的初期缓慢下降，并在整个实验过程期间都维持于中度高血糖状态，这些结果证实了在初始状态下的速释胰岛素和在正常血糖期的缓释葡萄糖响应中葡萄糖响应的重要性，此外，苏木精和曙红(H&E)染色结果表明，在给予PF-127F-胰岛素负载的凝胶后第3天观察到了轻度中性粒细胞浸润，但在第7天治愈。
总之，基于电荷切换驱动机理，开发了具有超快胰岛素释放动力学的皮下注射葡萄糖响应性胰岛素-聚合物复合物。该复合物通过简单而高负载效率的方法制成，在pH 7.4下无葡萄糖的PBS中是稳定的，并在正常葡萄糖水平下释放基本胰岛素，而在高血糖状态下瞬时释放胰岛素。腹腔内注射葡萄糖后，体内快速葡萄糖响应性胰岛素释放得以证实。另外，通过共注射凝胶基质，实现了对BGL的持续长期调节。此外，该方法为生物响应性药物递送提供了广阔的平台，该平台可以以快速动力学响应特异性生理线索。
实施例8
糖尿病迷你猪模型的体内研究
使用链脲佐菌素诱导的糖尿病迷你猪的复合物的葡萄糖控制研究：向哥廷根
Figure BDA0002591995450000451
迷你猪(6个月龄)注射链脲佐菌素(STZ，150mg/kg)而建立糖尿病迷你猪模型。三只糖尿病猪皮下注射游离胰岛素(1IU/kg)，三只糖尿病猪以1IU/kg剂量皮下注射复合胰岛素(即，等重量的聚(EDAA0.4-FPBA0.6)与胰岛素，F-胰岛素)。所有猪在治疗前经受禁食过夜。治疗期间通常提供两餐。使用连续葡萄糖监测仪(
Figure BDA0002591995450000452
连续葡萄糖监测仪；Dexcom，San Diego,California,United States of America)连续监测所有六头猪的血糖水平。
糖尿病猪的口服葡萄糖耐受试验：禁食过夜后，以两剂量(1IU/kg)皮下注射游离胰岛素或复合物(即，F-胰岛素)对三只糖尿病猪进行治疗，随后，在治疗处理后四小时提供葡萄糖(0.5g/kg)。使用连续血糖监测仪(
Figure BDA0002591995450000453
连续血糖监测仪；Dexcom，SanDiego,California,United States of America)连续监测血糖水平。
结果：与糖尿病小鼠中获得的结果相似，与游离胰岛素相比，F-胰岛素在1型糖尿病猪中显示出延长的BGL调节作用。参见图5A。另外，口服葡萄糖耐量试验以1IU/kg胰岛素剂量进行。当用胰岛素当量剂量1IU/kg的复合物治疗处理猪时，所有挑战组在两个小时内都出现葡萄糖峰值，而复合物和胰岛素治疗组之间没有观察到差异。参见图5B。然而，随后的下午餐(口服葡萄糖后2小时)导致游离胰岛素治疗猪的BGL急剧增加，而复合物治疗迷你猪的BGL仅相对缓慢地增加。
应该理解的是，在不脱离本公开主题的范围的情况下，可以改变本公开主题的各个细节。此外，前述描述仅用于举例说明的目的，而非限制目的。

Claims (29)

1.一种组合物，包含：
(a)包含(i)铵基团和(ii)葡萄糖结合基团的带正电的聚合物；和
(b)胰岛素或其生物活性衍生物，可选地重组人胰岛素。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述葡萄糖结合基团包括芳基硼酸基团。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述芳基硼酸基团是苯基硼酸基团，可选地是卤代苯基硼酸基团，进一步可选地是氟苯基硼酸基团。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中，所述带正电的聚合物具有包含多个含有铵基团的侧链和多个含有葡萄糖结合基团的侧链的聚丙烯酰胺主链。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中，所述聚合物具有式(I)的结构：
Figure FDA0002591995440000011
其中
x和y各自是大于1的整数，其中整数x和y之和为至少约10；并且其中x与y之比为约7:3至约1:5；
R是H或烷基，可选地是C1-C6烷基；
R1是质子化的氨基烷基基团；并且
R2是包含芳基硼酸的基团。
6.根据权利要求5所述的组合物，其中，R1具有结构-L-NH3 +，其中L是C1-C6直链或支链的、取代或未取代的亚烷基基团，可选地其中L是-CH2CH2-。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的组合物，其中，R2具有结构-L1-NH-C(＝O)-R3，其中L1是C1-C6直链或支链、取代或未取代的亚烷基基团，可选地其中L1是-CH2CH2-；并且其中R3是芳基硼酸基团，可选地其中R3是苯基硼酸基团，进一步可选地其中R3是氟苯基硼酸基团或其他卤代苯基硼酸基团。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的组合物，其中，x与y之比为约2:3。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的组合物，其中，所述组合物包含重量比为约2:1至约1:4的带正电的聚合物(a)与胰岛素或其生物活性衍生物(b)。
10.根据权利要求9所述的组合物，其中(a)与(b)的重量比为约1:1。
11.一种纳米颗粒或微米颗粒，包含权利要求1-10中任一项所述的组合物。
12.根据权利要求11的纳米颗粒或微米颗粒，其中，所述纳米颗粒或微米颗粒具有约0.1微米(μm)至约1000μm，可选地约50μm的直径。
13.一种微针阵列，包含权利要求11或12所述的纳米颗粒或微米颗粒，可选地其中所述微针阵列包括多个微针，其中所述多个微针中的每个具有约20至约1000微米的长度，进一步可选地其中所述多个微针中的每个具有约600微米的长度。
14.一种皮肤贴剂，包括权利要求13所述的微针阵列，可选地其中所述贴剂包括一个或多个背衬层和/或皮肤相容性粘合剂。
15.一种药物制剂，包含药用载体和权利要求1-10中任一项所述的组合物和/或权利要求11或12所述的纳米颗粒或微米颗粒。
16.一种向对其需要的受试者递送胰岛素或其生物活性衍生物的方法，所述方法包括向所述受试者给予权利要求14所述的皮肤贴剂或权利要求15所述的药物制剂。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述受试者是哺乳动物，可选地是人。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述受试者患有1型或2型糖尿病。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中，所述给予包括通过皮下注射给予权利要求15所述的药物制剂。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其中，所述皮肤贴剂或所述药物制剂以直接对应于所述受试者的血糖水平的速率释放胰岛素。
21.一种治疗对其需要的受试者的糖尿病的方法，其中，所述方法包括向所述受试者给予权利要求14所述的皮肤贴剂或权利要求15所述的药物制剂。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述给予每天进行一次。
23.一种组合物，包含聚丙烯酰胺聚合物，所述聚丙烯酰胺聚合物包含侧氨基烷基基团，可选地质子化的氨基烷基基团，和侧卤代苯基硼酸基团，可选地侧氟苯基硼酸基团。
24.根据权利要求23所述的组合物，其中，所述组合物包含具有式(II)的结构的聚合物：
Figure FDA0002591995440000041
其中
x和y各自是大于5的整数，并且具有约7:3x:y和约1:5x:y的比率；
R是H或烷基，可选地是C1-C6烷基；
L和L1各自是亚烷基；并且
X是卤代基，可选地是氟基；
可选地其中-NH2基团是质子化的。
25.根据权利要求24所述的组合物，其中，所述聚合物具有式(III)的结构：
Figure FDA0002591995440000051
其中
x和y各自是大于5的整数，并且具有约7:3x:y至约1:5x:y的比率；
R是H或烷基，可选地是C1-C6烷基；并且
L和L1各自是独立地选自C1-C5亚烷基的亚烷基；
可选地其中-NH2基团是质子化的。
26.根据权利要求24或权利要求25所述的组合物，其中，L和/或L1是-CH2CH2-。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的组合物，其中，R是H。
28.根据权利要求24-27中任一项所述的组合物，其中，x与y的比率为约2:3。
29.根据权利要求23-28中任一项所述的组合物，其中，所述聚合物具有约1KDa至约30KDa的分子量。
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