JP2021533934A

JP2021533934A - 閉ループインスリン送達用のグルコース応答性マトリックスを備えたマイクロニードルアレイパッチ

Info

Publication number: JP2021533934A
Application number: JP2021509922A
Authority: JP
Inventors: グ，ヂェン; ユ，ジチェン; チェン，グォジュン
Original assignee: North Carolina State University
Current assignee: North Carolina State University
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-12-09
Also published as: US20210244658A1; CA3110487A1; CN112912047A; WO2020041787A1; EP3840710A1; EP3840710A4; KR20210049864A

Abstract

グルコース誘発インスリン送達用に設計されたコポリマーを含むマイクロニードルパッチの組成物および方法が開示されている。一態様では、本明細書に開示されるのは、インスリンロードコポリマーを含むマイクロニードルパッチであって、上記インスリンは、高血糖環境において上記マイクロニードルから解離し、上記コポリマーは、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート−ｃｏ−３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸を含む、マイクロニードルパッチおよびそれらの使用方法である。

Description

本出願は、２０１８年８月２４日に出願された米国仮出願第６２／７２２，４３８号および２０１８年９月５日に出願された米国仮出願第６２／７２７，２９０号の恩典を主張し、これらの各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

糖尿病は、現在では世界中で４億１５００万人が発症しており、この数は２０４０年までに６億４２００万人に増加すると予想されている。インスリンは、１型糖尿病の生存に不可欠であり、また血糖を制御して合併症を予防するために、２型糖尿病の処置で多くの場合に必要である。しかしながら、従来の外因性インスリン投与「開ループ皮下注射」は、ランゲルハンス島の膵島内のβ細胞によって達成される血糖の鋭敏な調節に対応できず、この場合、内因性インスリン分泌は代謝を通じてグルコース輸送体にリンクされる。不十分なグルコース制御は、四肢切断、失明、腎不全などの糖尿病合併症のリスクが高くなる。その上、低血糖症は、行動および認知障害、発作、昏睡、脳損傷、または死につながり得る。

正常血糖下での基礎インスリン放出動態を維持しながら、高血糖症に応答して望ましい量のインスリンを「分泌する」ことができる閉ループシステムが緊急に必要とされている。この目的のために開発された電子閉ループデバイスは、アルゴリズムの精度とセンサーの信頼性に関する課題が残っている。あるいは、ＧＯｘ、フェニルボロン酸（ＰＢＡ）、およびグルコース結合タンパク質（ＧＢＰ）を利用した、化学的に設計された製剤またはデバイスがますます注目を集めている。それにもかかわらず、（ｉ）膵臓β細胞と同様の薬物動態を伴う迅速なｉｎｖｉｖｏグルコース応答性挙動、（ｉｉ）毎日の使用に十分なインスリンをロードする容量、（ｉｉｉ）投与を容易にするための小型および／またはシンプルな設計、ｉｖ）大規模製造に適している、およびｖ）急性および長期毒性のない生体適合性を含む、望ましい機能を組み合わせるスマートインスリン送達のための製剤またはデバイスを実証するための困難な課題が残っている。したがって、現在のシステムの欠陥によって妨げられない新しいスマートインスリン送達システムの開発に対する継続的な必要性が残っている。

インスリン送達のためのマイクロニードルパッチに関連する方法および組成物が開示されている。例えば、本明細書に開示されるのは、インスリンロードコポリマーを含むマイクロニードルパッチであって、上記インスリンは、高血糖環境においてマイクロニードルから解離する、マイクロニードルパッチである。

一態様では、本明細書に開示されるのは、インスリンロードコポリマーを含むマイクロニードルパッチであって、上記インスリンは、高血糖環境でマイクロニードルから解離し、上記コポリマーは、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート−ｃｏ−３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸を含む、マイクロニードルである。

上記コポリマーがエチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）をさらに含み、上記ＥＧＤＭＡが上記マイクロニードルに組み込まれ、インスリンロードポリマーを架橋する、任意の先行する態様のマイクロニードルパッチも本明細書に開示される。

また、本明細書に開示されるのは、任意の先行する態様のマイクロニードルパッチを含む自己調節インスリン送達システムである。

一態様では、本明細書に開示されるのは、対象における高血糖症または症状として高血糖症を含む疾患（糖尿病（１型または２型）を含むがこれらに限定されない）を処置、低減、阻害、または予防する方法であり、この対象に、任意の先行する態様のマイクロニードルパッチを投与することを含む方法、または自己調節インスリン送達システムである。したがって、一態様では、本明細書に開示されるのは、対象における高血糖症または症状として高血糖症を含む疾患（糖尿病（１型または２型）を含むがこれに限定されない）を処置、低減、阻害、または予防する方法であって、インスリンロードコポリマーを含むマイクロニードルパッチを対象に投与することを含み、上記コポリマーは、Ｎ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）またはメタクリレートＰＶＡ（ｍ−ＰＶＡ）、２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）、３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸（３ＡＰＢＡ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）、２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、および／または４−（ブロモエチル）フェニルボロン酸（例えば、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート−ｃｏ−３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸）を含み、上記コポリマーはさらにインスリンを含み、上記インスリンは、高血糖環境でマイクロニードルから解離する、方法である。

図１Ａ〜図１Ｃは、グルコース応答性マトリックス（ＧＲマトリックス）を備えたＭＮアレイパッチを使用したグルコース応答性インスリン送達システムの概略図を示している。図１Ａは、グルコース応答性マトリックス（ＧＲマトリックス）を備えたＭＮアレイパッチを使用したグルコース応答性インスリン送達システムの概略図を示している。ｉｎ−ｓｉｔｕ光重合戦略を使用した、シリコーン型からのスマートインスリンパッチの加工プロセスの概略図を示している。図１Ｂは、ＧＲ−ＭＮからのグルコース誘発インスリン放出のメカニズムを示している。高血糖状態では、グルコース−ボロン酸複合体の形成による負電荷の増加は、ポリマーマトリックスの体積相転移を誘発し、負に帯電したインスリンとポリマー間の静電相互作用を弱め、ＭＮからのインスリンの迅速な放出を促進する。糖尿病のブタの血糖値は、スマートインスリンパッチの投与によって効果的に調節することができる。図１Ｃは、ＧＲ−ＭＮの特性を示している。（ｉ）ＧＲ−ＭＮパッチの代表的な写真（ｉｉ）ＭＮアレイの代表的なＳＥＭ画像スケールバー：５００μｍ（ｉｉｉ）代表的な位相差（上）および蛍光顕微鏡（ｌｏ図２Ａ〜図２Ｆは、ＧＲ−ＭＮのｉｎｖｉｔｒｏ特性を示している。図２Ａは、ＧＲ−ＭＮの機械的動作を示している。図２Ｂは、インスリン溶液の注射後６０分での初期ＢＧＬとＢＧＬを比較することにより、１型糖尿病マウスで新たに調製したパッチから抽出したインスリンのグルコース低下活性を示している。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝５）。図２Ｃは、室温で保存されたパッチから抽出されたインスリンのグルコース低下活性を示している。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝５）。図２Ｄは、グルコース濃度に依存するグルコース結合能力を示している。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝５）。図２Ｅは、３７℃でのいくつかのグルコース濃度でのｉｎｖｉｔｒｏで蓄積されたインスリン放出を示している。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝５）。図２Ｆは、脈動放出プロファイルが、ローダミンＢ標識インスリン（赤）をロードしたＭＮパッチのグルコース濃度（青：１００ｍｇ／ｄＬ；赤：４００ｍｇ／ｄＬ）．ｗｅｒ）の関数としてのインスリン放出速度を示していることを示している。スケールバー：５００μｍ３７℃での様々なグルコース濃度にわたるＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡの比率が１：１の比率（左）または１：２０の比率（右）でのポリマーマトリックスからのｉｎｖｉｔｒｏで蓄積されたインスリン放出を示している。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝３）。グルコース濃度の関数として、１：４でＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡの比率が１：４のポリマーマトリックスのインスリン放出を示している。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝３）。図５Ａ〜図５Ｆは、１型糖尿病マウスモデルにおけるＧＲ−ＭＮのｉｎｖｉｖｏ評価を示している。図５Ａは、ＭＮパッチで経皮的に処置されたマウス背部皮膚（青い破線内の領域）を示している。図５Ｂおよび図５Ｃは、ＢＧＬ（５Ｂ）と、ＰＢＳ溶液、ＣＲ−ＭＮ、およびＧＲ−ＭＮで処理した後のＳＴＺ誘発糖尿病マウスにおける血漿ヒトインスリン濃度（５Ｃ）。インスリン用量：０．５ｍｇＣＲ−ＭＮと比較したＧＲ−ＭＮの投与では、＊＊Ｐ＜０．０１、＊＊＊Ｐ＜０．００１。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝５）。同上図５Ｄは、健康な対照マウスと比較した、ＧＲ−ＭＮまたはＣＲ−ＭＮの投与後４時間での糖尿病マウスにおけるｉｎｖｉｖｏ腹腔内グルコース負荷試験を示している。グルコース用量：１．５ｇ／ｋｇＣＲ−ＭＮと比較したＧＲ−ＭＮの投与では、＊＊Ｐ＜０．０１、＊＊＊Ｐ＜０．００１。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝５）。図５Ｅは、ベースラインを０分における血糖測定値に設定し、１２０分後の曲線下面積に基づいて応答性を計算したことを示している。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝５）。＊＊＊Ｐ＜０．００１、スチューデントのｔ検定。図５Ｆは、ＧＲ−ＭＮの投与後４時間での腹腔内グルコースチャレンジによって促進されたｉｎｖｉｖｏグルコース応答性インスリン放出を示している。グルコース用量：３ｇ／ｋｇデータは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝５）。青い矢印は（５Ｂ−５Ｃ）のＭＮ投与の時点を示し、赤い矢印は（５Ｄ）と（５Ｆ）のグルコース投与の時点を示す。図６Ａ〜図６Ｆは、１型糖尿病ミニブタモデルにおけるＧＲ−ＭＮのｉｎｖｉｖｏ評価を示している。図６Ａは、脚の部位（上）でＧＲ−ＭＮで処理されたＣＧＭＳを備えたミニブタの概略図を示している。豚の脚に塗布されたＧＲ−ＭＮの写真（左下）。１つのＭＮが貫通したミニブタ皮膚のＨ＆Ｅ染色部分（右下）。スケールバー：２００μｍ。図６Ｂおよび図６Ｃは、それぞれＧＲ−ＭＮ（６Ｂ）およびＣＲ−ＭＮ（６Ｃ）で処理した後の３つのＳＴＺ誘発糖尿病ミニブタのＢＧＬを示している。インスリン用量：７ｍｇ。同上図６Ｄは、ＧＲ−ＭＮまたはＣＲ−ＭＮの投与後４時間での糖尿病ミニブタにおけるｉｎｖｉｖｏ経口グルコース負荷試験を示している。グルコース用量：１ｇ／ｋｇデータは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝３）。図６Ｅは、ベースラインを０分における血糖測定値に設定し、１５０分後の曲線下面積に基づいて応答性を計算したことを示している。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝３）。＊＊Ｐ＜０．０１、スチューデントのｔ検定。図６Ｆは、ＧＲ−ＭＮの投与後４時間での静脈内グルコースチャレンジによって促進されたｉｎｖｉｖｏグルコース応答性インスリン放出を示している。グルコース用量：０．７ｇ／ｋｇデータは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝３）。青い矢印はＭＮ投与の時点を示し、ピンクの矢印は摂食の時点を示す（６Ｂ−６Ｃ）。赤い矢印は、（６Ｄ）と（６Ｆ）のグルコース投与の時点を示している。３回の個別実験における複数ラウンドのＧＲ−ＭＮ投与後４時間の静脈内グルコースチャレンジによって促進されたｉｎｖｉｖｏグルコース応答性インスリン放出を示している。各ラウンドのグルコース用量：０．７ｇ／ｋｇ赤い矢印は、グルコース投与の時点を示している。１つのグルコース分子と２つのＰＢＡ分子によって形成されるビス複合体形成の概略図を示している（左）。高血糖症（２００ｍｇ／ｄＬ、４００ｍｇ／ｄＬ）、正常血糖（１００ｍｇ／ｄＬ）、または低血糖症（５０ｍｇ／ｄＬ）を模倣したグルコースを添加したｐＨ７．４リン酸緩衝液中のグルカゴンのｉｎｖｉｔｒｏグルコース応答性放出。データは平均±Ｓ．Ｄ．として表される（ｎ＝３）（右）。

本明細書に開示されるのは、症状として高血糖症を含む糖尿病（１型または２型）などの疾患を含むがこれらに限定されない高血糖症を処置、低減、阻害、または予防するための組成物および方法である。組成物はインスリン分子を含む。いくつかの実施形態では、組成物は、インスリンの生物活性誘導体をさらに含む。糖尿病の処置に使用するのに適した非インスリンベースの処置薬には、これらに限定されないが、インスリン感作物質、ＤＰＰＩＶ阻害剤、グルカゴン様ペプチド１（ＧＬＰ−１）およびその類似体、インスリン分泌促進薬、例えば、これらに限定されないが、スルホニル尿素、メグリチニド、胃抑制ポリペプチド（ＧＩＰ）、インスリン受容体活性化因子、ビグアニド、チアゾリジンジオン、アルファ−グルコシダーゼ阻害剤などのインスリン分泌促進薬が含まれる。グルコース応答性マイクロニードルは、インスリン分子に可逆的に結合し、高グルコース条件でインスリンを放出するように構成されている。糖尿病を処置する方法は、インスリン分子を含む組成物を投与することを含む。いくつかの実施形態において、薬学的有効量の組成物は、糖尿病を有する対象に投与される。

本出願を通して使用される用語は、当業者にとって通常かつ典型的な意味であると解釈されるべきである。しかしながら、出願人は、次の用語が下記に明示する特定の定義を与えられることを望む。

本明細書および本願の特許請求の範囲で使用されている単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、そうでないことが文脈から明確に示されていない限り、複数への言及を含む。例えば、「細胞（ａｃｅｌｌ）」という用語は、複数の細胞を含み、それらの混合物を含む。

「約（ａｂｏｕｔ）」および「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語は、当業者によって理解されるように「近い（ｃｌｏｓｅｔｏ）」と定義される。非限定的な一実施形態では、これらの用語は、１０％以内であると定義される。別の非限定的な実施形態では、これらの用語は、５％以内であると定義される。さらに別の非限定的な実施形態では、これらの用語は、１％以内であると定義される。

「生物活性」に関連するものを含むタンパク質の「活性」は、例えば、転写、翻訳、細胞内転座、分泌、キナーゼによるリン酸化、プロテアーゼによる切断、および／または他のタンパク質への同種親和性および異種親和性の結合を含む。

「投与する」という用語は、経口、局所、静脈内、皮下、経皮、皮膚の浸透、筋肉内、関節内、非経口、細動脈内、皮内、脳室内、頭蓋内、腹腔内、病巣内、鼻腔内、直腸内、膣内であるような、吸入によるか、または埋め込まれた貯蔵物を介した投与を意味する。投与は、経皮マイクロニードルアレイパッチを使用して実施し得る。「非経口」という用語は、皮下、静脈内、筋肉内、関節内、滑膜内、胸骨内、くも膜下腔内、肝内、病巣内、および頭蓋内の、注射または注入技術を含む。

「生体適合性」とは、一般に、レシピエントに対して一般的に無毒であり、対象に対して任意の重大な悪影響を引き起こさない、材料およびその任意の代謝生成物または分解生成物を一般的に意味する。

「組成物」は、活性薬剤と、不活性（例えば、検出可能な薬剤またはラベル）または活性な、例えば補助剤などの、他の化合物または組成物の組み合わせ、を含むことを意図している。

本明細書で使用する場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、組成物および方法は、列挙された要素を含むが、他を除外しないことを意味することを意図している。「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙｏｆ）」は、組成物および方法を定義するために使用される場合、組み合わせに対して、任意の本質的に重要な他の要素を除外することを意味するものとする。したがって、本明細書で定義される要素から本質的になる組成物は、単離および精製方法からの微量の汚染物質ならびに薬学的に許容される担体、例えば、リン酸緩衝生理食塩水、保存剤などを排除しない。「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆ）」とは、その他の成分の微量元素および本発明の組成物を投与するための実質的な方法の工程を超えるものを除外することを意味するものとする。これらの各移行句（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｒｍ）によって定義される実施形態は、本発明の範囲内である。

「対照」は、比較目的のため実験で使用される代替の対象またはサンプルである。対照は、「陽性」または「陰性」であり得る。

本明細書で使用する場合、「接合した（ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ）」は、不可逆的な結合相互作用を意味する。

本明細書で使用する場合、「置き換える（ｄｉｓｐｌａｃｅ）」は、例えば、タンパク質ドメインとペプチド、タンパク質ドメインと化学物質、タンパク質ドメインと核酸配列の間の分子的または化学的相互作用を、置き換えられるペプチド、化学物質、または核酸よりも、その特定のタンパク質ドメインに対して親和性を有する化学物質、ペプチド、または核酸によって妨害することを意味する。

「制御放出」または「持続放出」とは、ｉｎｖｉｖｏで所望の薬物動態プロファイルを達成するために、所定の剤形から制御された方法で薬剤を放出することを指す。「制御放出」薬剤送達の一態様は、薬剤放出の所望の動態を確立するために、製剤および／または剤形を操作する能力である。

「有効量」は、有益なまたは所望の結果をもたらすのに十分な量である。「有効」である薬剤の量は、対象の年齢および全身状態、特定の薬剤または複数種の薬剤などの多くの要因に応じて、対象毎に異なるであろう。したがって、定量化された「有効量」を特定することは必ずしも可能ではない。しかしながら、いかなる対象の場合であっても、適切な「有効量」は、日常的な実験を用いて、当業者によって決定されてもよい。また、本明細書で使用される場合、特に別途明記されていない限り、薬剤の「有効量」は、治療有効量と予防有効量の両方をカバーする量を指すことができる。治療効果を達成するために必要な薬剤の「有効量」は、対象の年齢、性別および体重などの要因によって異なる場合がある。投与レジメンは、最適な治療反応を提供するように調整することができる。例えば、数回に分けた用量を毎日投与してもよいし、または治療状況の緊急性によって示されるように用量を比例的に減らしてもよい。

本明細書で使用する場合、「高グルコース条件」という用語は、２００ｍｇ／ｄＬ以上のグルコース濃度を有する環境を意味する。例えば、「高血糖値」は、血流中のグルコース値が２００ｍｇ／ｄＬ以上を意味する。いくつかの実施形態では、高グルコース条件は、２００〜４００ｍｇ／ｄＬである。他の実施形態では、高グルコース条件は、３００〜４００ｍｇ／ｄＬである。

本明細書で使用される「リンカー」は、隣接する分子と結合する分子を意味する。一般に、リンカーは、隣接分子と結合すること、またはそれらの間の最小距離もしくはその他の空間的関係を維持すること以外は、特定の生物活性を有さない。場合によっては、リンカーは、隣接する分子のいくつかの特性、例えば、分子の折り畳み構造、正味電荷、または疎水性に影響を与えるか、または安定させるように選択し得る。

本明細書で使用する場合、「低グルコース条件」という用語は、０〜２００ｍｇ／ｄＬのグルコース濃度を有する環境を意味する。例えば、「低血糖値」は、血流中のグルコース値が２００ｍｇ／ｄＬ未満を意味する。

「ペプチド」、「タンパク質」、および「ポリペプチド」という用語は、互換的に使用され、１つのアミノ酸のカルボキシル基によって別のアミノ酸のアルファアミノ基に連結された２種以上のアミノ酸を含む天然または合成分子を意味する。

「担体」または「薬学的に許容される担体」という用語は、一般に、安全で無毒である薬学的または治療的組成物の調製に有用な担体または賦形剤を意味し、また、獣医学および／またはヒトの医薬または治療的使用のために許容される担体を含む。本明細書で使用する場合、「担体」または「薬学的に許容される担体」という用語は、リン酸緩衝食塩水、水、エマルジョン（例えば、油／水または水／油エマルジョン）および／または様々な種類の湿潤剤を包含し得る。本明細書で使用されるとき、「担体」という用語は、あらゆる賦形剤、希釈剤、充填剤、塩、緩衝剤、安定剤、可溶化剤、脂質、安定剤またはその他の材料であって医薬製剤に使用するために当技術分野で周知であり、かつ、以下でさらに説明するものを包含する。

本明細書で使用する場合、「ポリマー」という用語は、天然または合成の比較的高分子量の有機化合物を意味し、その構造は、反復する小さな単位であるモノマー（例えば、ポリエチレン、ゴム、セルロース）によって表し得る。合成ポリマーは、通常、モノマーの付加重合または縮合重合によって形成される。本明細書で使用する場合、「コポリマー」という用語は、２種以上の異なる繰り返し単位（モノマー残基）から形成されたポリマーを意味する。限定としてではなく例として、コポリマーは、交互コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーまたはグラフトコポリマーであり得る。特定の態様ではまた、ブロックコポリマーの様々なブロックセグメントは、それ自体がコポリマーを含み得ることも企図される。「ポリマー」という用語は、天然ポリマー、合成ポリマー、ホモポリマー、ヘテロポリマーまたはコポリマー、付加ポリマーなどを含むがこれらに限定されないあらゆる形態のポリマーを包含する。

本明細書では、範囲は、「約」を用いた一方の特定の値から、および／または「約」を用いた他方の特定の値までを表すことができる。そのような範囲が表される場合、別の実施形態は、一方の特定の値から、および／または他方の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を使用することによって、値が近似値として表される場合、特定の値により別の実施形態が生じることが理解されるであろう。さらに、各範囲の端点は、他の端点と関連している場合も、他の端点とは独立している場合でも、有意であることが理解されるであろう。また、本明細書に開示される多くの値があり、各値はまた、その値自体に加えて、「約」を用いたその特定の値としても本明細書に開示されていることが理解される。例えば、「１０」という値が開示されていれば、「約１０」も開示されている。

対象への「投与」には、対象へ薬剤を導入または送達する任意の経路が含まれる。投与は、経口、局所、静脈内、皮下、経皮的（ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ）、経皮吸収（ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ）、筋肉内、関節内、非経口、細動脈内、皮内、心室内、頭蓋内、腹腔内、病巣内、鼻腔内、直腸、膣、吸入による、移植されたリザーバー（ｉｍｐｌａｎｔｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）を介して、非経口（例えば、皮下、静脈内、筋肉内、関節内、関節滑液嚢内、胸骨内、髄腔内、腹腔内、肝臓内、病巣内および頭蓋内注射または注射技法）などを含む、任意の適切な経路によって行うことができる。本明細書で使用される「併用投与」、「組み合わせでの投与」、「同時投与」または「同時に投与された」とは、同じ時点で、または本質的に互いに直後に化合物が投与されることを意味する。後者の場合、２つの化合物は、同じ時点で化合物を投与した場合に達成される結果と観察された結果が、区別がつかないほど十分に近い時点で投与される。「全身投与」とは、例えば、循環系またはリンパ系への入口を通じて、対象の身体の広範な領域（例えば、身体の５０％超）に薬剤を導入または送達する経路を介して、薬剤を対象に導入または送達することを指す。これに対して、「局所投与」とは、投与点の領域または投与点に直接隣接した領域に薬剤を導入または送達し、治療的に有意な量で薬剤を全身的には導入しない経路を介して、薬剤を対象に導入または送達することを指す。例えば、局所的に投与された薬剤は、投与点の局所的近傍では容易に検出可能であるが、対象の身体の遠位部分では検出できないか、または無視できる量で検出可能である。投与には、自己投与と他者による投与が含まれる。

「薬理学的に活性な」誘導体または類似体のように、「薬理学的に活性な」活性な」（または単に「活性な」）とは、親化合物と同じ種類の薬理活性を有し、ほぼ同等の程度である誘導体または類似体（例えば、塩、エステル、アミド、コンジュゲート、代謝産物、異性体、断片など）を指すことができる。

「治療薬」とは、有益な生物学的効果を有する任意の組成物を指す。有益な生物学的効果には、治療効果、例えば、障害または他の望ましくない生理学的状態の治療、および予防効果、例えば、障害または他の望ましくない生理学的状態（例えば、１型糖尿病）の予防の両方が含まれる。これらの用語はまた、塩、エステル、アミド、前駆薬剤（ｐｒｏａｇｅｎｔ）、活性代謝産物、異性体、断片、類似体などを含むがこれらに限定されない、本明細書に具体的に挙げられている有益な薬剤の薬学的に許容される、薬理学的に活性な誘導体も包含する。「治療薬」という用語が使用される場合、または特定の薬剤が具体的に特定されている場合、その用語は、その薬剤自体の他に、薬学的に許容される、薬理学的に活性な塩、エステル、アミド、前駆薬剤、コンジュゲート、活性代謝産物、異性体、断片、類似体なども含むことを理解されたい。

組成物（例えば、薬剤を含む組成物）の「治療有効量」または「治療有効用量」とは、所望の治療結果を達成するために有効である量を指す。いくつかの実施形態では、所望の治療結果は、１型糖尿病の抑制である。いくつかの実施形態では、所望の応答は、２型糖尿病の制御である。所定の治療薬の治療有効量は、典型的には、処置下の障害または疾患の種類および重症度、ならびに対象の年齢、性別および体重などの要因に関連して異なるであろう。この用語はまた、疼痛緩和などの所望の治療効果を促進するために有効な治療薬の量または治療薬の送達速度（例えば、経時的な量）を指すこともできる。正確な所望の治療効果は、処置されるべき状態、対象の耐性、投与されるべき薬剤および／または薬剤製剤（例えば、治療薬の効力、製剤中の薬剤の濃度など）、ならびに当業者によって理解される様々な他の要因に応じて異なるであろう。いくつかの例では、所望の生物学的または医学的な反応は、数日、数週間または数年の期間にわたって組成物の複数の用量を対象に投与した後に達成される。

「対象」という用語は、霊長類（例えば、ヒト）、ウシ、ヒツジ、ヤギ、ウマ、イヌ、ネコ、ウサギ、ラット、マウスなどを含むがこれらに限定されない哺乳動物などの動物を含むと本明細書で定義される。いくつかの実施形態において、対象はヒトである。

本明細書で使用する「処置する（ｔｒｅａｔ）」、「処置すること（ｔｒｅａｔｉｎｇ）」、「処置（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）」の用語、およびこれらの文法的変化は、障害もしくは状態の１つ以上の付随する症状の強度を、部分的もしくは完全に遅延、緩和、軽減もしくは低減すること、および／または障害もしくは状態の１つ以上の原因を軽減し、緩和し、もしくは妨げることを含む。本発明による処置は、予防的に、予防的に、緩和的にまたは処置的に適用することができる。予防的処置は、発症前（例えば、癌の明らかな徴候の前）、発症初期（例えば、癌の最初の兆候および症状）、または確立された癌の発症後に対象に適用される。予防的投与は、感染症の症状が現れる前の数日間から数年間にわたって実施され得る。場合によっては、「処置する」、「処置すること」、「処置」の用語、およびこれらの文法的変化は、血糖値を制御し、対象の処置前と比較して、または一般または研究集団におけるそのような症状の発生率と比較して、糖尿病症状の重症度を軽減することを含む。

１．「低下」は、症状、疾患、組成物、容態または活性の量を結果的により少なめにする、いずれかの変化を指すことができる。物質はまた、物質を含む遺伝子産物の遺伝的出力が、物質を含まない遺伝子産物の出力と比較して少ない場合に、遺伝子の遺伝子出力を減少させることが理解されている。また、低下は、例えば、症状が以前に観察されたものよりも少なくなるような障害の症状の変化であり得る。低下は、統計的に有意な量で、容態、症状、活性、組成物のいずれかの個別の、中央値の、または平均値の低下であることができる。したがって、低下が統計的に有意である限り、低下は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、または１００％の低下であることができる。

２．「抑制する」、「抑制すること」、および「抑制」は、活性、応答、容態、疾患、または他の生物学的パラメータを低下させることを意味する。このことは、活性、応答、容態、または疾患の完全な消失を含むことができるが、それに限定されない。このことはまた、例えば、天然のまたは対照のレベルと比較して、活性、応答、容態、または疾患の１０％の低減も含むことができる。したがって、低減は、天然のまたは対照のレベルと比較して、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００％、またはこれらの間のいずれかの量の低減であることができる。

３．「減少させる（ｒｅｄｕｃｅ）」、または「減少させること（ｒｅｄｕｃｉｎｇ）」または「減少（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）」などの他の形式の単語は、事象または特徴（例えば、腫瘍増殖）が低下することを意味する。これは通常、何らかの標準値または期待値に関連している、言い換えれば相対的であるが、標準値または相対値を参照する必要は必ずしもないことが理解される。例えば、「腫瘍増殖を減少させる」とは、標準または対照と比較して腫瘍の増殖速度を減少させることを意味する。

４．「予防する（ｐｒｅｖｅｎｔ）」、または「予防すること（ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ）」または「予防（ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ）」などの他の形式の単語は、特定のイベントまたは特性を停止すること、特定の事象または特徴の開発または進行を安定化または遅延させること、または特定の事象トまたは特徴が発生する可能性を最小化することを意味する。予防する（ｐｒｅｖｅｎｔ）は通常、例えば減少する（ｒｅｄｕｃｅ）よりも絶対的であるため、対照との比較は必要ない。本明細書で使用されるように、何かを減少させることはできるが予防することはできない、しかし、減少する何かを防ぐこともできる。同様に、何かを予防することはできるが、減少させることはできない、しかし、予防される何かを減少させることもできる。特に明記しない限り、減少する（ｒｅｄｕｃｅ）または予防する（ｐｒｅｖｅｎｔ）が使用される場合、他の単語の使用も明示的に開示されることが理解される。

「特異的に結合する」という用語は、本発明で使用する場合、ポリペプチド（抗体を含む）または受容体を意味する場合、タンパク質または他の生物学の異種集団におけるタンパク質またはポリペプチドまたは受容体の存在を決定する結合反応を意味する。したがって、指定された条件下（例えば、抗体の場合の免疫学的検定条件）では、特定の配位子または抗体は、サンプル中に存在する他のタンパク質に、または生体内で配位子または抗体が接触してもよい他のタンパク質に、かなりの量で結合しない場合、特定の「標的」に「特異的に結合」する（例えば、抗体は内皮抗原に特異的に結合する）。一般に、第２分子と「特異的に結合する」第１分子は、その第２分子と約１０^５Ｍ^−１より大きい親和性定数（Ｋａ）（例えば、１０^６Ｍ^−１、１０^７Ｍ^−１、１０^８Ｍ^−１、１０^９Ｍ^−１、１０^１０Ｍ^−１、１０^１１Ｍ^−１、および１０^１２Ｍ^−１以上）を有する。

ここでは、自己調節インスリン送達のための新しいグルコース応答性マイクロニードル（ＭＮ）アレイパッチについて説明する。具体的には、オンデマンドのマイクロニードル（ＭＮ）を介した経皮インスリン送達を実現するために、グルコース応答部分としてＰＢＡを利用する新しい戦略が開発された。ＰＢＡはグルコースと可逆的に相互作用して環状ボロン酸エステルを生成し、平衡を非荷電基から負に荷電した基にシフトする（図１Ａ）。他のグルコース応答性部分も含まれ得ることが理解され、本明細書で企図される。例えば、すべての天然のまたは合成のグルコース結合分子とタンパク質、およびｐＨ、Ｈ２Ｏ２、または酸素感受性ポリマーで形成されたグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）をロードしたマイクロニードル。

一態様では、グルコース応答性（ＧＲ）マイクロニードル（ＭＮ）パッチ（ＧＲＭＮ）は、Ｎ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）またはメタクリレートＰＶＡ（ｍ−ＰＶＡ）、２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）、３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸（３ＡＰＢＡ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）、２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、および／または４−（ブロモエチル）フェニルボロン酸のモノマーのポリマーで作製する。

マイクロニードルで使用される開示されたグルコース応答性ポリマーマトリックスは、ａ）グルコース応答性基を有するモノマー、ｂ）正に帯電した基を有するモノマー、ｃ）マトリックスの骨格を形成するために使用される主要なモノマーの３つの異なる種類のモノマーから構成され得ることが理解され、本明細書で企図される。一態様では、マイクロニードルは、１つのビニル基を有するモノマーを含むことができ、１つのグルコース応答性基を使用することができる。グルコース応答性基は、ボロネート基であり得る。生理学的条件下でグルコースに結合するボロネートセンサーが好ましい。有用なボロネートの例としては、アリールボロネート、アミノメチル−アリール−２−ボロネート、および近傍にアミノ基を有する他のボロネート、または電子吸引基、例えば、スルホ−、カルボキシ−、ニトロ−、シアノ−、フルオロ−フェニルボロネート、ピリジンボロネート、ピリジニウムボロネートまたはそれらの組み合わせで置換されたアリールボロネートが挙げられるが、これらに限定されない。一例では、３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸（３ＡＰＢＡ）が使用された。マイクロニードルを製造するポリマーはまた、１つのビニル基を有するモノマーを含むことができ、１つの正に帯電した基を使用することができる。有用な正に帯電した基の例としては、アミノ基、第二級アミン基、第三級アミン基、第四級アンモニウム基、およびイミダゾリウムが挙げられるが、これらに限定されない。一例では、２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）が使用された。さらに、少なくとも１つのビニル基を有するモノマーを使用して、マトリックスの骨格から得ることができる。液体モノマーが好ましい。有用なモノマーの例としては、ヘテロ芳香族ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ビニルエステル、アリルエステル、ポリ（エチレングリコール）エチルエーテルメタクリレートなどの単官能性オキシアセチレン含有（メタ）アクリレートが含まれるが、これらに限定されない。本発明のマトリックスを作製するために、１つまたは複数の種類のオレフィン性モノマーを使用できることを理解されたい。最終用途に応じて、モノマーの所望の組み合わせ、および官能化の所望の種類および量を選択することができる。一例では、Ｎ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）が使用された。したがって、一態様では、ポリマーは、例えば、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート−ｃｏ−３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸）ｐ（ＮＶＰ−ｃｏ−ＤＭＡＥＡ−ｃｏ−３ＡＰＢＡ）］、ｍＰＥＧ_ｎ−ポリ（２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート−４−（ブロモエチル）フェニルボロン酸）_ｎ１ＭＰＥＧ_ｎ−Ｐ（ＤＭＡＥＭＡ−ＰＢＡ）_ｎ１）などのコポリマー（ジブロックコポリマーを含む）であり得る。ここで、ｎはＭＰＥＧリピートの数を表し、任意の数のリピートは約１〜約８，０００リピート、好ましくは約２Ｋ〜約６Ｋリピート、最も好ましくは約４．５Ｋ〜約５．５Ｋリピート（例１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１Ｋ、１．１Ｋ、１．２Ｋ、１．３Ｋ、１．４Ｋ、１．５Ｋ、２Ｋ、２．５Ｋ、３Ｋ、３．５Ｋ、４Ｋ、４．５Ｋ、４．６Ｋ、４．７Ｋ、４．８Ｋ、４．９Ｋ、５Ｋ、５．１Ｋ、５．２Ｋ、５．３Ｋ、５．４Ｋ、５．５Ｋ、６Ｋ、６．５Ｋ、７Ｋ、７．５Ｋ、または８Ｋ）；ここで、ｎ１はＰ（ＤＭＡＥＭＡ−ＰＢＡ）リピートの数を表し、任意の数のリピートが約１〜約１８，０００、好ましくは約４Ｋから約１６Ｋの繰り返し、最も好ましくは約６Ｋから約１４Ｋの繰り返し（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１Ｋ、１．１Ｋ、１．２Ｋ、１．３Ｋ、１．４Ｋ、１．５Ｋ、２Ｋ、２．５Ｋ、３Ｋ、３．５Ｋ、４Ｋ、４．５Ｋ、４．６Ｋ、４．７Ｋ、４．８Ｋ、４．９Ｋ、５Ｋ、５．１Ｋ、５．２Ｋ、５．３Ｋ、５．４Ｋ、５．５Ｋ、６Ｋ、６．５Ｋ、７Ｋ、７．５Ｋ、８Ｋ、８．５Ｋ、９Ｋ、９．５Ｋ、１０Ｋ、１０．５Ｋ、１１Ｋ、１１．５Ｋ、１２Ｋ、１２．５Ｋ、１３Ｋ、１３．５Ｋ、１４Ｋ、１４．５Ｋ、１５Ｋ、１５．５Ｋ、１６Ｋ、１６．５Ｋ、１７Ｋ、１７．５Ｋ、または１８Ｋ）。例えば、本明細書に開示されるのは、インスリンおよび／またはグルコース応答性酵素を含むミセルを含むマイクロニードルパッチであり、このミセルは、ＭＰＥＧ_５Ｋ−Ｐ（ＤＭＡＥＭＡ−ＰＢＡ）_１４ＫまたはＭＰＥＧ_５Ｋ−Ｐ（ＤＭＡＥＭＡ−ＰＢＡ）_６Ｋを含む。

一態様では、ＥＧＤＭＡは、例えば、ＥＧＤＭＡ架橋剤を有するｐ（ＮＶＰ−ｃｏ−ＤＭＡＥＡ−ｃｏ−３ＡＰＢＡ）などの架橋剤として使用することができる（図１Ｂ）。開示されたマイクロニードルパッチで使用することができる他の架橋剤には、ポリマーマトリックスを架橋するために使用することができる少なくとも２つのビニル基を有する架橋剤が含まれる。有用な架橋剤の例として、エチレングリコールジメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートが含まれるが、これらに限定されない。一例では、エチレングリコールジメタクリレートが使用された。

簡単に言えば、高血糖条件にさらされると、３−ＡＰＢＡユニットでのグルコース−ボロン酸複合体の形成によるポリマーマトリックス内の電荷の増加がＭＮの膨張を引き起こし、プレロードされたインスリンの皮膚組織への急速な拡散を引き起こす。正常血糖状態では、抑制された体積相転移によりインスリン放出速度が低下し、低血糖症のリスクが低下する。

マイクロニードルポリマーを安定化するために、マイクロニードルは、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）、ＥＧＤＭＡ、またはメタクリレートＰＶＡ（ｍ−ＰＶＡ）を含むことができる。この安定化は、Ｐ（ＤＭＡＥＭＡ−ＰＢＡ）のフェニルボロン酸とＰＶＡまたはＮ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）上のｃｉｓ−１，３−ジオールとの間の酸不活性エステル結合を介した架橋を介して行われる。一態様では、インスリンをカプセル化するミセルの架橋は分解可能であり得る。プレロードされたインスリンを組み込んだマイクロニードル内のｍ−ＰＶＡの架橋は、切断不可能な共有結合を形成することができる。

開示されたマイクロニードルは、高血糖条件下でインスリンを放出する。高血糖条件下では、３−ＡＰＢＡユニットでのグルコース−ボロン酸複合体の形成によるポリマーマトリックス内の電荷の増加がＭＮの膨張を引き起こし、プレロードされたインスリンの皮膚組織への急速な拡散を引き起こすことが理解され、本明細書で企図されている。正常血糖状態では、抑制された体積相転移によりインスリン放出速度が低下し、低血糖症のリスクが低下する。一態様では、治療有効量のインスリンは、少なくとも２４、３６、４８、６０、７２、９６時間放出され続ける。

一態様では、開示されたマイクロニードルパッチは、複数のマイクロニードルを含むことができ、複数のマイクロニードルは、約２００μｍから約８００μｍの中心間間隔、例えば、約２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５、３５０、３７５、４００、４２５、４５０、４７５、５００、５２５、５５０、５７５、６００、６２５、６５０、６７５、７００、７２５、７５０、７７５、または８００μｍの中心間間隔を有する。

また、マイクロニードルパッチにおける開示された複数のマイクロニードルは、針の長さが真皮層の下の所望の組織に到達するのに十分に長い場合に有効であることが理解され、本明細書で企図される。したがって、一態様では、本明細書に開示されるのは、複数のマイクロニードルが約６００ｎｍから１．８μｍの高さを有するデバイスである。例えば、複数のマイクロニードルは、約６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０ｎｍ、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、または１．８μｍの高さを有することができる。

一態様では、開示されたマイクロニードルパッチは、自己調節インスリン送達システムの構成要素であり得る。

開示されたマイクロニードルパッチは、それを必要とする対象にインスリンの自己調節投与を提供することができる。したがって、一態様では、本明細書に開示されるのは、対象に任意の先行する態様のマイクロニードルパッチを投与することを含む、対象における高血糖症（例えば、糖尿病対象における高血糖など）を処置、低減、阻害、または予防する方法であり、この対象に、先行する任意の態様のマイクロニードルパッチを投与することを含む、方法である。したがって、例えば、本明細書に開示されるのは、対象における糖尿病（１型または２型糖尿病など）を処置、低減、阻害、または予防する方法であって、この対象に任意のコポリマー（例えば、本明細書に開示されるｐ（ＮＶＰ−ｃｏ−ＤＭＡＥＡ−ｃｏ−３ＡＰＢＡ）を含むグルコース応答性マイクロニードルパッチを投与することを含み、上記インスリンは、酸性、高血糖、および／または酸化的環境においてマイクロニードルから解離する、方法である。

本明細書で使用される場合、「１型糖尿病」は、インスリン産生細胞の自己免疫破壊およびインスリンを産生する身体の能力の低下に起因する真性糖尿病の形態を指す。インスリンが失われると、血糖値が上昇する。

重篤な二次的合併症を引き起こすことが多い慢性疾患である糖尿病は、今日、世界中で４億２５００万人以上を苦しめている。グルコース値の頻繁なモニタリングとインスリン注射は、開ループシステムとして知られている１型および進行型２型糖尿病の人々にとって伝統的な方法である。ただし、この開ループ戦略は満足を超えているか、過剰摂取すると致命的ですらある。患者の関与なしにモニタリングと送達を行うことができる閉ループシステムは、グルコース濃度の上昇に応じてインスリンを再放出し、低血糖症のリスクなしに正常範囲内の血糖値を厳密に調節することができる。したがって、膵臓のβ細胞の機能をインテリジェントに模倣することができるグルコース応答性インスリン送達システムは、糖尿病処置に対する好ましい解決策と見なされている。

この目的のために、グルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）、フェニルボロン酸（ＰＢＡ）、およびグルコースモニタリング部分としてのグルコース結合タンパク質に基づく様々なグルコース応答性インスリン送達システムが研究されてきた。ただし、これらの方法は、インスリンのロード効率と含有量の低さ、応答速度の遅さ、複雑な投与プロセスおよび潜在的な生体適合性の問題など、いくつかの課題によって制限されることがよくある。

スマートインスリンパッチの調製と特性
ＧＲ−ＭＮパッチの針は、４℃でのｉｎ−ｓｉｔｕ光重合により、ＮＶＰ、ＤＭＡＥＡ、３ＡＰＢＡ、およびＥＧＤＭＡのインスリンをプレロードしたモノマー混合物から製造されたインスリンロードグルコース応答性ポリマーマトリックスで構成されていた。ＮＶＰは、周囲条件で液体であり、他のモノマーを溶解するための溶媒として機能できるため、主要なモノマーとして選択される。得られたＭＮは、２０×２０配列に配置され、各針はピラミッド型で、ベースの辺が４００μｍ、高さが９００μｍであった。その後、パッチのベースは、柔軟な市販のＵＶ硬化性材料を使用してさらに調製された。ＧＲ−ＭＮパッチの蛍光画像は、ローダミンＢ標識インスリンが各針の先端領域に均一に分布していることを明らかにした（図１Ｃ）。さらに、ｉｎ−ｓｉｔｕ光重合法により、インスリンのカプセル化効率がほぼ１００％になり、潜在的な臨床使用のターゲットであるＭＮに対して２０ｗｔ％の高いロード能力が得られた。さらに、引張圧縮機を使用して、ＭＮの破砕強度が０．７５Ｎ／針であることが決定され（図２Ａ）、これは、破壊することなく皮膚に浸透するのに十分である。

ＭＮパッチの加工中は、インスリンの安定性を維持するために、有機溶媒と高温を避ける必要がある。得られたパッチから抽出されたインスリンは、糖尿病マウスにおいて新鮮なインスリンと同様の血糖降下作用を示した（図２Ｂ）。さらに、高分子ＭＮは、室温でロードされたインスリンの変性を防ぐことができる。室温で保存されたパッチから抽出されたインスリンを新鮮なインスリン溶液と比較することにより、パッチ内のインスリンの安定性は、室温で少なくとも８週間維持できると推定された（図２Ｃ）。

ｉｎｖｉｔｒｏでのグルコース応答性インスリン放出
ＰＢＡ基はグルコースの検出のために以前使用されていた。グルコースへの選択的結合に不可欠なパラメータは、ＰＢＡ基のｐＫａである。３ＡＰＢＡのｐＫａを減少させて、生理学的ｐＨでのグルコース認識能力を高めるために、ルイス塩基ＤＭＡＥＡを導入して、プロトン化されたジメチルアミノ基を介した静電引力（Ｂ−−Ｎ＋）によってホウ酸エステルを安定化した。得られた３ＡＰＢＡ／ＤＭＡＥＡ含有ポリマーマトリックスのグルコース結合能力を、様々なグルコース濃度を有するＰＢＳ緩衝液中でのインキュベーションによって測定した。典型的な高血糖状態（４００ｍｇ／ｄＬ）でのポリマーマトリックスによる結合グルコースの量は、正常血糖状態（１００ｍｇ／ｄＬ）で結合されたものより５．７倍多かった（図２Ｄ）。

高血糖条件でのグルコース結合の強化は、ポリマーマトリックス内の負電荷の密度の増加につながり、体積相転移を引き起こし、インスリンとマトリックスの間の静電相互作用を弱める。インスリンの放出速度は、正に帯電したユニット（ＤＭＡＥＡ）と負に帯電したユニット（３ＡＰＢＡ）の比率が異なるサンプル全体で調査された。図２Ｅに示すように、ＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡの比率が１：４のポリマーマトリックスでは、グルコース値が４００ｍｇ／ｄＬでインスリンの急速な放出が観察され、グルコース値が０または１００ｍｇ／ｄＬで比較的遅い放出が観察された。対照的に、すべてのグルコース濃度にわたるインスリンの放出速度は、ＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡの比率が１：１のサンプルでは遅く、ＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡの比率が１：２０のサンプルでは、放出速度が速かった。これは、マトリックス内の正または負の過剰な電荷に起因する可能性がある（図３）。

したがって、ＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡの比率が１：４のポリマーマトリックスを、その後のすべてのｉｎｖｉｔｒｏおよびｉｎｖｉｖｏ研究で使用した。さらに、ＤＭＡＥＡと３ＡＢＰＡの比率が１：４の場合、グルコース濃度が正常血糖から高血糖条件へ徐々に増加するにつれて、インスリン放出の速度が増加した（図４）。インスリンの脈動放出プロファイルは、通常の溶液と高血糖溶液で交互にインキュベートすることによって、数サイクルにわたり達成された（図２Ｆ）。まとめると、結果は、ポリマーマトリックスからのインスリンの放出速度がグルコース依存的に調節されたことを実証している。

１型糖尿病マウスモデルにおけるスマートインスリンパッチのｉｎｖｉｖｏ研究。
ＧＲ−ＭＮのｉｎｖｉｖｏ性能は、ストレプトゾトシン（ＳＴＺ）誘発１型糖尿病マウスモデルで評価された。糖尿病マウスをランダムにグループ化し、ＧＲ−ＭＮおよび対照としての非応答性架橋ＭＮ（ＣＲ−ＭＮ）パッチ（インスリン用量：０．５ｍｇ）を含む様々なサンプルに経皮的に曝露した（図５Ａ）。処置されたマウスのＢＧＬを経時的にモニターした。予想通り、ＣＲ−ＭＮおよびＧＲ−ＭＮで処置されたマウスのＢＧＬはすべて２００ｍｇ／ｄＬ未満に減少した（図５Ｂ）。ただし、ＣＲ−ＭＮで処置したグループでは正常血糖状態を維持できず、ＢＧＬは４時間後に高血糖状態に戻った。対照的に、ＧＲ−ＭＮは、スマートなグルコース応答性により、おそらく１０時間以上にわたってターゲット範囲内（＜２００ｍｇ／ｄＬ）でＢＧＬを調節することが示された。酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ）による血漿インスリン測定は、持続的な正常血糖ＢＧＬレベルと一致して、ＧＲ−ＭＮグループでより高い連続したインスリン放出を示した（図５Ｃ）。

次に、投与後４時間で１．５ｇ／ｋｇのグルコース用量で腹腔内グルコース負荷試験（ＩＰＧＴＴ）を実施し、血糖調節能力を評価した。図５Ｄおよび５Ｅにおいて実証されるように、ＧＲ−ＭＮで処置された健康なマウスおよび糖尿病マウスのＢＧＬは、血糖ピーク後に正常血糖に戻ったが、ＣＲ−ＭＮで処置されたマウスは、１２０分にわたってＢＧＬの漸増を示した。ｉｎｖｉｖｏでの血糖促進インスリン放出を確認するために、ＧＲ−ＭＮの投与後４時間で、より高用量（３ｇ／ｋｇ）のグルコースチャレンジを糖尿病マウスで実施した。血漿インスリンレベルの明らかなスパイクは、ＢＧＬの増加に続いて観察され、その後、ＢＧＬは徐々に減少し、ＧＲ−ＭＮの急速なグルコース応答性を示している（図５Ｆ）。ヘマトキシリンおよびエオシン（Ｈ＆Ｅ）染色の結果は、１週間後にＧＲ−ＭＮ処置部位での好中球浸潤がわずかであることを示した。

１型糖尿病ミニブタモデルにおけるスマートインスリンパッチのｉｎｖｉｖｏ研究
げっ歯類モデルと比較して、ミニブタのグルコース代謝はヒトのシステムにより類似している。さらに、ブタの皮膚は、一般的な構造、厚さ、毛のまばらさ、コラーゲンおよび脂質組成物の点で、ヒトの皮膚の優れたモデルと見なされてきた。したがって、ＧＲ−ＭＮのｉｎｖｉｖｏ性能は、ＳＴＺ誘発１型ゲッチンゲンミニブタで評価された。糖尿病のミニブタは、麻酔下で７ｍｇのインスリン用量のＣＲ−ＭＮまたはＧＲ−ＭＮで経皮的に処置され、その後、通常は毎日２回の食事が与えられた。図６Ａに示されるように、ＭＮパッチは、ミニブタの皮膚に効果的に浸透することができる。ミニブタＢＧＬのリアルタイムで持続的な記録を達成するために、連続グルコースモニタリングシステム（ＣＧＭＳ、Ｄｅｘｃｏｍ、米国）がミニブタ実験に統合された。ＣＲ−ＭＮおよびＧＲ−ＭＮで処理されたブタの両方のＢＧＬは、２時間後に正常血糖に減少した（図６Ｂおよび図６Ｃ）。午後の食事の後、ＣＲ−ＭＮで処置されたブタはすぐに高血糖状態へ上昇した。しかし、ＧＲ−ＭＮで処置されたブタのＢＧＬはわずかな増加を示し、食事時間後にすぐに通常の血糖状態に戻った。ＢＧＬは、２日目の次の食事まで一晩減少した状態に維持できる。投与中にＢＧＬは４０ｍｇ／ｄＬ（ＣＧＭＳの検出下限）未満に減少したが、ミニブタの正常血糖値の範囲が低いため、低血糖症の症状は観察されなかった（ブタでの４０〜８０ｍｇ／ｄＬ対ヒトでの８０〜１２０ｍｇ／ｄＬ）。

ＣＲ−ＭＮおよびＧＲ−ＭＮの処置の４時間後に経口グルコース負荷試験（ＯＧＴＴ）を実施した。マウスモデルでの結果と同様に、ＣＲ−ＭＮで処理されたミニブタでのグルコースチャレンジ後、ＢＧＬはすぐに高血糖状態に増加した（図６Ｄおよび６Ｅ）。対照的に、投与されたＧＲ−ＭＮは、グルコースチャレンジ後のＢＧＬの増加を抑制し、１００分後に正常血糖を再確立することができた。静脈内グルコース負荷試験（ＩＶＧＴＴ）を実施して、ｉｎｖｉｖｏでのグルコース依存性インスリン放出を確認した。図６Ｆにおいて実証されるように、注入されたデキストロース溶液は、最初の２０分以内にＢＧＬの即時の増加をもたらし、これは、ＥＬＩＳＡの結果によって検証された血中へのインスリン放出を促進した。実験中、血中ブタＣ−ペプチドレベルを測定することにより、内因性ブタインスリンが無視できることを実証した。さらに、ＢＧＬが正常血糖に戻ったときに２回目のＩＶＧＴＴが実行され、ＢＧＬの増加に伴って血清インスリンレベルの上昇につながる可能性があり（図７）、ＧＲ−ＭＮが継続的なグルコース応答性を達成できることを示している。Ｈ＆Ｅ染色を使用した組織学的画像は、ＭＮ投与後に限定的な急性炎症が発生したことを示した。

グルカゴン送達
現在のシステムは、血糖降下状態でグルカゴンの迅速な放出を必要とするＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡの比率を調整することにより、低血糖を処置するためのグルコース応答性グルカゴン送達にも利用できる。グルコース濃度がＰＢＡ濃度よりも低い場合、１つのグルコース分子が２つのＰＢＡ分子と反応してビス複合体を形成し、ＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡの比率が０：１０のポリマーマトリックスの収縮につながる。図８に示すように、グルカゴンの放出速度は、血糖降下状態（５０ｍｇ／ｄＬ）では速かったが、正常血糖（１００ｍｇ／ｄＬ）および高血糖症条件（２００および４００ｍｇ／ｄＬ）では低かった。このようなポリマーマトリックスは、生物医学的応用と同じ方法を使用して、マイクロニードルパッチと統合することができる。

考察
ＭＮベースの経皮インスリン技術は、糖尿病患者の継続的で便利な痛みのない処置を実現するために活用されてきた。グルコース応答性製剤の追加の統合は、ＢＧＬの改善された調節に大きく期待できる。しかしながら、そのようなインスリンパッチの橋渡しにおける１つのボトルネックは、臨床使用のためのインスリンの限られたロード容量に関する。この目的のために、このスマートインスリンパッチは、ナノ粒子などのグルコース応答性製剤を内部に埋め込む代わりに、グルコース応答性部分としてＰＢＡ基からなるポリマーマトリックス全体を使用して開発された。ｉｎ−ｓｉｔｕ光重合戦略に基づくＭＮ加工プロセスは、インスリンの生物活性を維持するための有機溶媒の使用と高温を回避しながら、簡単かつ効率的である。ｉｎｖｉｖｏ研究により、パッチ内にロードされたインスリンの生物活性は、室温で８週間以上維持できることが確認された。

正に帯電したユニット（ＤＭＡＥＡ）と負に帯電したユニット（３ＡＰＢＡ）の比率を調整して、顕著なグルコース依存性インスリン放出プロファイルを備えた最適化された製品を提供する。ＳＴＺ誘発糖尿病マウスでのｉｎｖｉｖｏ実験は、ＧＲ−ＭＮパッチが低血糖症のリスクなしにＢＧＬのグルコース応答性調節を長期間提供することを実証した。ＩＰＧＴＴの結果は、グルコースチャレンジがＧＲ−ＭＮによるインスリンの急速な放出を引き起こす可能性があることを示している。糖尿病マウスモデルでの有望な結果に基づいて、ＣＧＭＳを使用した糖尿病ミニブタについて一連の研究がさらに実施された。ＧＲ−ＭＮは、通常の給餌条件下で２０時間以上、ミニブタＢＧＬをほぼ通常の範囲に維持できることが実証された。デキストロース溶液の静脈内注入によって引き起こされたＢＧＬの増加は、ＧＲ−ＭＮからの有意なインスリン放出を促進した。さらに、繰り返されたＩＶＧＴＴは、ＧＲ−ＭＮが複数ラウンドのグルコースチャレンジのＢＧＬの変化に迅速に応答する能力を有することを示した。

ＧＲ−ＭＮの架橋ポリマーマトリックスは非分解性であるため、パッチは処置後に皮膚から完全に取り除くことができる。沈着した針先材料に対する異物反応に関連する安全性の懸念を引き起こす可能性がある溶解性ＭＮとは異なり、適切に設計されたＧＲ−ＭＮは、皮膚組織との良好な生体適合性を示した。これは、経皮デバイスを備えた大型糖尿病動物モデルにおけるグルコース応答性行動の最初の実証である。この研究で開発されたＧＲ−ＭＮパッチは、他の疾患をスマートかつ簡単な方法で処置するための刺激応答性経皮薬物送達システムの開発のための新しいプラットフォーム技術も提供する。

材料および方法
材料
別段の明記がなければ、すべての化学物質はＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、受領したままの状態で使用した。ＮｏｒｌａｎｄＯｐｔｉｃａｌＡｄｈｅｓｉｖｅ８１（ＮＯＡ８１）はＮｏｒｌａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃ．から購入した。３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸は米国のＢｏｒｏｎＭｏｌｅｃｕｌａｒから購入した。脱イオン水は、ＭｉｌｌｉｐｏｒｅＮａｎｏＰｕｒｅ精製システム（１８．２ＭΩｃｍ−１より高い抵抗率）によって調製された。

グルコース応答性マイクロニードル（ＧＲ−ＭＮ）および非応答性架橋マイクロニードル（ＣＲ−ＭＮ）の調製
ＧＲ−ＭＮパッチは、ＵＶ照射下でのｉｎ−ｓｉｔｕ重合によって調製された。光開始剤を含む液体モノマーは、最初に、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ、０．５ｍｏｌ％）および光開始剤としてＩｒｇａｃｕｒｅ２９５９（１ｍｏｌ％）を含むＮ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）モノマー液体に、２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）と３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸（３ＡＰＢＡ）を特定の比率で溶解することによって調製した。その後、インスリンをプレロードしたモノマー（２０ｗｔ％）をピペットでＭＮモールド表面に直接堆積させた。次に、型を真空下に１０分間置き、液体をマイクロニードル型に充填した。過剰な溶液を除去した後、型をＵＶランプ（１００Ｗ、３６５ｎｍ、Ｂｌａｋ−Ｒａｙ、ＵＳＡ）の下に４℃で２０分間置き、光重合を開始した。その後、ＵＶ硬化性ベース材料（ＮＯＡ８１）をその型の上に添加し、さらにＵＶ光下で１０分間硬化させて、パッチのベースを形成した。得られたパッチを型から注意深く分離し、さらなる研究のために室温で密封された６ウェル容器に保存した。ＣＲ−ＭＮは同様のプロセスで調製されたが、ＤＭＡＥＡと３ＡＰＢＡは添加していない。

１型糖尿病マウスを用いたｉｎｖｉｖｏ研究
ストレプトゾトシン（ＳＴＺ）誘発成人糖尿病マウス（オスＣ５７Ｂ６、ＪａｃｋｓｏｎＬａｂ、米国）で、糖尿病処置のためのグルコース応答性インスリンパッチのｉｎｖｉｖｏ有効性を評価した。血漿相当グルコースをＣｌａｒｉｔｙＧＬ２Ｐｌｕｓグルコースメーターを用いてマウスの尾静脈血サンプル（〜３μＬ）から測定した。マウスに使用したパッチは、ピラミッド型のマイクロニードルの１１×１１配列で、ベースの辺が３００μｍ、高さが７００μｍであった。各グループの５匹のマウスを選択して、ＣＲ−ＭＮ、またはヒト組換えインスリンをロードしたＧＲ−ＭＮ（インスリン用量：マウスあたり０．５ｍｇ）で経皮的に処置した。それぞれのマウスのグルコース値を経時的にモニターした。ｉｎｖｉｖｏで血漿インスリン濃度を測定するために、２５μＬの血液サンプルを、示された時点でマウスの尾静脈から採取した。血清を分離し、アッセイまで−２０℃で保存した。血漿インスリン濃度は、ＨｕｍａｎＩｎｓｕｌｉｎＥＬＩＳＡキットを製造元のプロトコル（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ、米国）に従って使用して測定した。

腹腔内グルコース負荷試験を実施して、架橋ＭＮおよびグルコース応答性ＭＮを投与して４時間後のＭＮのｉｎｖｉｖｏグルコース応答性を確認した。簡潔に、マウスにＣＲ−ＭＮおよびＧＲ−ＭＮを投与し、次にＰＢＳ中のグルコース溶液を１．５ｇ／ｋｇの用量ですべてのマウスに腹腔内注射した。注射後、グルコース値を経時的にモニターした。健康なマウスのグルコース負荷試験を対照として使用した。ｉｎｖｉｖｏでのＩＰＧＴＴ促進インスリン放出を検証するために、ＧＲ−ＭＮパッチの投与の４時間後に高グルコース用量（３ｇ／ｋｇ）を与えた。グルコース値をモニターし、示された時点で２５μＬの血液サンプルをマウスの尾静脈から採取した。血清を分離し、アッセイまで−２０℃で保存した。血漿インスリン濃度は、ＨｕｍａｎＩｎｓｕｌｉｎＥＬＩＳＡキット（Ｍｅｒｃｏｄｉａ、米国）を使用して測定した。

ＳＴＺ誘発糖尿病マウスを用いたｉｎｖｉｖｏ研究
到着から６か月齢の３頭のオスのゲッチンゲンミニブタ（ＭａｒｓｈａｌｌＢｉｏＲｅｓｏｕｒｃｅｓ、米国）を使用した。ＳＴＺ注入（１５０ｍｇ／ｋｇ）によってミニブタに糖尿病を誘発した。回復の７日後、１型糖尿病モデルの確立の成功は、連続グルコースモニタリングシステム（ＣＧＭＳ、Ｄｅｘｃｏｍ、米国）を使用して血糖値をモニタリングすることによって確認された。すべてのミニブタ（体重：２５ｋｇ〜３０ｋｇ）は、投与前に一晩絶食させた。ミニブタは、各ブタに対して７ｍｇのインスリン用量で脚部位でＣＲ−ＭＮおよびＧＲ−ＭＮで経皮的に処置された。ミニブタに使用したパッチは、ピラミッド型のマイクロニードルの２０×２０配列で、ベースの辺が４００μｍ、高さが９００μｍであった。血糖値はＣＧＭＳを使用して継続的にモニターされ、実験中は通常１日２回の食事が提供された。

ＭＮパッチのグルコース応答性を評価するために、糖尿病のブタに対して経口グルコース負荷試験を実施した。すべてのミニブタは投与前に一晩絶食させた。ミニブタは、各ブタに体捨て７ｍｇのインスリン用量で脚部位でＣＲ−ＭＮおよびＣＲ−ＭＮで経皮的に処置された。グルコース溶液は、１ｇ／ｋｇの用量で処置の４時間後にミニブタに経口投与された。血糖値は、ＣＧＭＳを使用して継続的にモニターされた。

ＭＮからの血糖促進インスリン放出を確認するために、静脈内グルコース負荷試験をさらに実施した。３頭の糖尿病ブタを一晩絶食させた後、ＧＲ−ＭＮで経皮的に処置した。デキストロース溶液（５ｗｔ％）を、０．７ｇ／ｋｇの用量で、処置後４時間に１Ｌ／時間の速度でブタに静脈内注入した。ＣｌａｒｉｔｙＧＬ２Ｐｌｕｓグルコースメーターを使用して血糖値を測定するために、示された時点で頸静脈から血液を採取し、血清分離管（ＢＤ）を使用して血清を分離した。血清インスリンレベルは、ＨｕｍａｎＩｎｓｕｌｉｎＥＬＩＳＡキットを使用して決定し、ブタＣ−ペプチドレベルは、ブタＣ−ペプチドＥＬＩＳＡキットを製造元のプロトコル（Ｍｅｒｃｏｄｉａ、米国）に従って使用して測定した。

統計分析
提示されたすべての結果は平均±ｓ．ｄ．である。スチューデントのｔ検定を使用して統計分析を実行した。Ｐ値が０．０５未満の場合、実験群と対照群との間の差は統計的に有意であると見なされた。

機械的強度試験
マイクロニードル（ＭＮ）の機械的強度は、ＭＮをステンレス鋼プレートに押し付けることによって測定された。初期ゲージは、ＭＮチップとステンレス鋼板の間で２．００ｍｍに設定され、ロードセル容量は１０．００Ｎであった。ＭＮに向かう上部のステンレス鋼板の移動速度は０．１ｍｍ／ｓであった。ＭＮの破損力は、針が座屈し始める力として記録された。

ｉｎｖｉｔｒｏグルコース結合研究
サンプルを、様々なグルコース濃度（５０ｍｇ／ｄＬ、１００ｍｇ／ｄＬ、４００ｍｇ／ｄＬ）で、１ｍＬのＰＢＳ溶液（ＮａＣｌ、１３７ｍＭ；ＫＣｌ、２．７ｍＭ；Ｎａ２ＨＰＯ４、１０ｍＭ；ＫＨ２ＰＯ４、２ｍＭ；ｐＨ７．４）中で、３７℃で４時間インキュベートした。サンプルを取り出した後、溶液中のグルコースの残留量を、ＣｌａｒｉｔｙＧＬ２Ｐｌｕｓグルコースメーター（ＣｌａｒｉｔｙＤｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ、フロリダ州ボカラトン）を使用して測定した。濃度は、グルコース標準曲線を使用して較正された。

ｉｎｖｉｔｒｏ放出研究
グルコース応答性マトリックスのグルコース応答性を評価するために、サンプルを、様々なグルコース濃度（０ｍｇ／ｄＬ、１００ｍｇ／ｄＬ、および４００ｍｇ／ｄＬ）で、１ｍＬのＰＢＳ溶液中で、３７℃でインキュベートした。所定の時点で、５０μＬの培地を除去し、ＣｏｏｍａｓｓｉｅＰｌｕｓタンパク質アッセイを使用して、放出されたインスリンの量を調べた。Ｉｎｆｉｎｉｔｅ２００ＰＲＯマルチモードプレートリーダー（ＴｅｃａｎＧｒｏｕｐＬｔｄ．、スイス）で５９５ｎｍの吸光度を検出し、インスリン標準曲線を使用してインスリン含有量を較正した。グルコース値の周期的変化に適応する能力をテストするために、サンプルを最初に１００ｍｇ／ｄＬグルコースを含むＰＢＳバッファーで１５分間インキュベートした。その時点で、サンプルを取り出し、続いて４００ｍｇ／ｄＬのグルコースを含むＰＢＳ緩衝液中でさらに１５分間インキュベートした。このサイクルを数回繰り返した。放出されたインスリンは、上記と同じ方法を使用して測定された。

参考文献
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Ｑ．Ｗｕ、Ｌ．Ｗａｎｇ、Ｈ．Ｙｕ、Ｊ．Ｗａｎｇ、Ｚ．Ｃｈｅｎ、Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｌｕｃｏｓｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｉｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１１１、７８５５−７８７５（２０１１）
Ｒ．Ｍｏ、Ｔ．Ｊｉａｎｇ、Ｊ．Ｄｉ、Ｗ．Ｔａｉ、Ｚ．Ｇｕ、Ｅｍｅｒｇｉｎｇｍｉｃｒｏ−ａｎｄｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｐｒｏａｃｈｅｓｆｏｒｉｎｓｕｌｉｎｄｅｌｉｖｅｒｙ、Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｒｅｖ．４３、３５９５−３６２９（２０１４）
Ｒ．Ｙａｎｇ、Ｍ．Ｗｕ、Ｓ．Ｌｉｎ、Ｒ．Ｐ．Ｎａｒｇｕｎｄ、Ｘ．Ｌｉ、Ｔ．Ｋｅｌｌｙ、Ｌ．Ｙａｎ、Ｇ．Ｄａｉ、Ｙ．Ｑｉａｎ、Ｑ．Ｄａｌｌａｓ−Ｙａｎｇ、Ａｇｌｕｃｏｓｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｉｎｓｕｌｉｎｔｈｅｒａｐｙｐｒｏｔｅｃｔｓａｎｉｍａｌｓａｇａｉｎｓｔｈｙｐｏｇｌｙｃｅｍｉａ、ＪＣＩｉｎｓｉｇｈｔ３、（２０１８）
Ｓ．Ｐ．Ｓｕｌｌｉｖａｎ、Ｎ．Ｍｕｒｔｈｙ、Ｍ．Ｒ．Ｐｒａｕｓｎｉｔｚ、Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｐｒｏｔｅｉｎｄｅｌｉｖｅｒｙｗｉｔｈｒａｐｉｄｌｙｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２０、９３３−９３８（２００８）
Ｓｈｉｉｎｏ，Ｄ．；Ｍｕｒａｔａ，Ｙ．；Ｋｕｂｏ，Ａ．；Ｋｉｍ，Ｙ．Ｊ．；Ｋａｔａｏｋａ，Ｋ．；Ｋｏｙａｍａ，Ｙ．；Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ａ．；Ｙｏｋｏｙａｍａ，Ｍ．；Ｓａｋｕｒａｉ，Ｙ．；Ｏｋａｎｏ，Ｔ．、Ａｍｉｎｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｈｅｎｙｌｂｏｒｏｎｉｃａｃｉｄｇｅｌｆｏｒｇｌｕｃｏｓｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｉｎｓｕｌｉｎｒｅｌｅａｓｅｕｎｄｅｒｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｐＨ、Ｊ．ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＲｅｌｅａｓｅ１９９５、３７（３）、２６９−２７６．
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Ｓｕｌｌｉｖａｎ，Ｓ．Ｐ．；Ｋｏｕｔｓｏｎａｎｏｓ，Ｄ．Ｇ．；ｄｅｌＰｉｌａｒＭａｒｔｉｎ，Ｍ．；Ｌｅｅ，Ｊ．Ｗ．；Ｚａｒｎｉｔｓｙｎ，Ｖ．；Ｃｈｏｉ，Ｓ．−Ｏ．；Ｍｕｒｔｈｙ，Ｎ．；Ｃｏｍｐａｎｓ，Ｒ．Ｗ．；Ｓｋｏｕｎｔｚｏｕ，Ｉ．；Ｐｒａｕｓｎｉｔｚ，Ｍ．Ｒ．、Ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｐａｔｃｈｅｓｆｏｒｉｎｆｌｕｅｎｚａｖａｃｃｉｎａｔｉｏｎ、Ｎａｔ．Ｍｅｄ．２０１０、１６（８）、９１５
Ｔ．Ｙｅ、Ｘ．Ｊｉａｎｇ、Ｗ．Ｘｕ、Ｍ．Ｚｈｏｕ、Ｙ．Ｈｕ、Ｗ．Ｗｕ、Ｔａｉｌｏｒｉｎｇｔｈｅｇｌｕｃｏｓｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｖｏｌｕｍｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆＡｇ＠ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｂｏｒｏｎｉｃａｃｉｄ）ｈｙｂｒｉｄｍｉｃｒｏｇｅｌｓ：ｆｒｏｍｍｏｎｏｔｏｎｏｕｓｓｗｅｌｌｉｎｇｔｏｍｏｎｏｔｏｎｏｕｓｓｈｒｉｎｋｉｎｇｕｐｏｎａｄｄｉｎｇｇｌｕｃｏｓｅａｔｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｐＨ、Ｐｏｌｙｍ．Ｃｈｅｍ．ｙ５、２３５２−２３６２（２０１４）
Ｖ．Ｒａｖａｉｎｅ、Ｃ．Ａｎｃｌａ、Ｂ．Ｃａｔａｒｇｉ、Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐｉｎｓｕｌｉｎｄｅｌｉｖｅｒｙ、Ｊ．ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＲｅｌｅａｓｅ１３２、２−１１（２００８）
Ｖｅｉｓｅｈ，Ｏ．；Ｔａｎｇ，Ｂ．Ｃ．；Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ，Ｋ．Ａ．；Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｄ．Ｇ．；Ｌａｎｇｅｒ，Ｒ．、Ｍａｎａｇｉｎｇｄｉａｂｅｔｅｓｗｉｔｈｎａｎｏｍｅｄｉｃｉｎｅ：ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓａｎｄｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ、Ｎａｔ．Ｒｅｖ．ＤｒｕｇＤｉｓｃｏｖ．２０１５、１４（１）、４５−５７
Ｗ．Ｗｕ、Ｎ．Ｍｉｔｒａ、Ｅ．Ｃ．Ｙａｎ、Ｓ．Ｚｈｏｕ、Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｇｅｌｆｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｇｌｕｃｏｓｅｓｅｎｓｉｎｇａｎｄｓｅｌｆ−ｒｅｇｕｌａｔｅｄｉｎｓｕｌｉｎｒｅｌｅａｓｅａｔｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｐＨ、ＡＣＳＮａｎｏ４、４８３１−４８３９（２０１０）
Ｗａｎｇ，Ｃ．；Ｙｅ，Ｙ．；Ｓｕｎ，Ｗ．；Ｙｕ，Ｊ．；Ｗａｎｇ，Ｊ．；Ｌａｗｒｅｎｃｅ，Ｄ．Ｓ．；Ｂｕｓｅ，Ｊ．Ｂ．；Ｇｕ，Ｚ．、ＲｅｄＢｌｏｏｄＣｅｌｌｓｆｏｒＧｌｕｃｏｓｅ‐ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＩｎｓｕｌｉｎＤｅｌｉｖｅｒｙ、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２０１７、２９（１８）
Ｘ．Ｗｕ、Ｚ．Ｌｉ、Ｘ．−Ｘ．Ｃｈｅｎ、Ｊ．Ｓ．Ｆｏｓｓｅｙ、Ｔ．Ｄ．Ｊａｍｅｓ、Ｙ．−Ｂ．Ｊｉａｎｇ、Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇｏｆｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓｕｓｉｎｇｓｉｍｐｌｅｂｏｒｏｎｉｃａｃｉｄｓａｎｄｔｈｅｉｒａｇｇｒｅｇａｔｅｓ、Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｒｅｖ．４２、８０３２−８０４８（２０１３）
Ｙ．Ｚｈａｎｇ、Ｊ．Ｙｕ、Ａ．Ｒ．Ｋａｈｋｏｓｋａ、Ｊ．Ｗａｎｇ、Ｊ．Ｂ．Ｂｕｓｅ、Ｚ．Ｇｕ、Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌｉｎｓｕｌｉｎｄｅｌｉｖｅｒｙ、Ａｄｖ．ＤｒｕｇＤｅｌ．Ｒｅｖ．、（２０１８）
Ｙｕ，Ｊ．；Ｑｉａｎ，Ｃ．；Ｚｈａｎｇ，Ｙ．；Ｃｕｉ，Ｚ．；Ｚｈｕ，Ｙ．；Ｓｈｅｎ，Ｑ．；Ｌｉｇｌｅｒ，Ｆ．Ｓ．；Ｂｕｓｅ，Ｊ．Ｂ．；Ｇｕ，Ｚ．、ＨｙｐｏｘｉａａｎｄＨ２Ｏ２ｄｕａｌ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｖｅｓｉｃｌｅｓｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｇｌｕｃｏｓｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｉｎｓｕｌｉｎｄｅｌｉｖｅｒｙ．ＮａｎｏＬｅｔｔ．２０１７、１７（２）、７３３−７３９
Ｙｕ，Ｊ．；Ｚｈａｎｇ，Ｙ．；Ｙｅ，Ｙ．；ＤｉＳａｎｔｏ，Ｒ．；Ｓｕｎ，Ｗ．；Ｒａｎｓｏｎ，Ｄ．；Ｌｉｇｌｅｒ，Ｆ．Ｓ．；Ｂｕｓｅ，Ｊ．Ｂ．；Ｇｕ，Ｚ．、Ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅ−ａｒｒａｙｐａｔｃｈｅｓｌｏａｄｅｄｗｉｔｈｈｙｐｏｘｉａ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｖｅｓｉｃｌｅｓｐｒｏｖｉｄｅｆａｓｔｇｌｕｃｏｓｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｉｎｓｕｌｉｎｄｅｌｉｖｅｒｙ、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．２０１５、１１２（２７）、８２６０−５
Ｚ．Ｄｉｎｇ、Ｙ．Ｇｕａｎ、Ｙ．Ｚｈａｎｇ、Ｘ．Ｚｈｕ、Ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｆｉｌｍｓｌｉｎｋｅｄｗｉｔｈｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｂｏｒｏｎａｔｅｅｓｔｅｒｂｏｎｄｓｗｉｔｈｇｌｕｃｏｓｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｕｎｄｅｒｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ、ＳｏｆｔＭａｔｔ．５、２３０２−２３０９（２００９）
Ｚ．Ｇｕ、Ａ．Ａ．Ａｉｍｅｔｔｉ、Ｑ．Ｗａｎｇ、Ｔ．Ｔ．Ｄａｎｇ、Ｙ．Ｚｈａｎｇ、Ｏ．Ｖｅｉｓｅｈ、Ｈ．Ｃｈｅｎｇ、Ｒ．Ｓ．Ｌａｎｇｅｒ、Ｄ．Ｇ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ、Ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅｎａｎｏ−ｎｅｔｗｏｒｋｆｏｒｇｌｕｃｏｓｅ−ｍｅｄｉａｔｅｄｉｎｓｕｌｉｎｄｅｌｉｖｅｒｙ、ＡＣＳＮａｎｏ７、４１９４−４２０１（２０１３）

Claims

インスリンロードコポリマーを含むマイクロニードルパッチであって、前記インスリンは高血糖環境で前記マイクロニードルから解離する、マイクロニードルパッチ。
前記コポリマーが、Ｎ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）またはメタクリレートＰＶＡ（ｍ−ＰＶＡ）、２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）、３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸（３ＡＰＢＡ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）、２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、および／または４−（ブロモエチル）フェニルボロン酸を含むモノマーを含む、請求項１に記載のマイクロニードルパッチ。
前記コポリマーが、前記インスリンロードポリマーを架橋するマイクロニードルに組み込まれた架橋剤をさらに含み、前記架橋剤は、エチレングリコール、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、メチルアクリレートＰＶＡ（ｍ−ＰＶＡ）、メチレンビスアクリルアミド、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、およびエチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）からなる群から選択される、請求項１または２のいずれかに記載のマイクロニードルパッチ。
架橋剤がＥＧＤＭＡを含む、請求項３に記載の前記マイクロニードルパッチ。
前記コポリマーが、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート−ｃｏ−３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の前記マイクロニードルパッチ。
請求項１〜５のいずれかに記載の前記マイクロニードルパッチを含む自己調節インスリン送達システム。
対象における高血糖症を処置する方法であって、前記対象に請求項１〜５のいずれかに記載の前記マイクロニードルパッチを投与することを含む、方法。
前記高血糖症が糖尿病の症状である、請求項７に記載の方法。
対象における糖尿病を処置する方法であって、前記対象にインスリンロードコポリマーを含むマイクロニードルパッチを投与することを含み、前記コポリマーは、Ｎ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）またはメタクリレートＰＶＡ（ｍ−ＰＶＡ）、２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）、３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸（３ＡＰＢＡ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）、２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、および／または４−（ブロモエチル）フェニルボロン酸を含み、前記コポリマーはさらにインスリンを含み、前記インスリンは、高血糖環境で前記マイクロニードルから解離する、方法。
前記コポリマーが、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン−ｃｏ−２−（ジメチルアミノ）エチルアクリレート−ｃｏ−３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸を含む、請求項９に記載の方法。