RU2652126C1 - Method of obtaining glucose-sensitive polymer hydrogels - Google Patents

Method of obtaining glucose-sensitive polymer hydrogels Download PDF

Info

Publication number
RU2652126C1
RU2652126C1 RU2017136569A RU2017136569A RU2652126C1 RU 2652126 C1 RU2652126 C1 RU 2652126C1 RU 2017136569 A RU2017136569 A RU 2017136569A RU 2017136569 A RU2017136569 A RU 2017136569A RU 2652126 C1 RU2652126 C1 RU 2652126C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
glucose
insulin
acrylamide
hydrogels
release
Prior art date
Application number
RU2017136569A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лев Иванович Валуев
Иван Львович Валуев
Людмила Витальевна Ванчугова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority to RU2017136569A priority Critical patent/RU2652126C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2652126C1 publication Critical patent/RU2652126C1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/22Hormones
    • A61K38/28Insulins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/38Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52Amides or imides
    • C08F220/54Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52Amides or imides
    • C08F220/54Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/56Acrylamide; Methacrylamide

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Diabetes (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Endocrinology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

FIELD: biochemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of biochemistry and medicine, to a method for the preparation of glucose-sensitive polymeric hydrogels that can be used as carriers for controlled release of insulin upon the appearance of glucose. A process for the preparation of glucose-sensitive polymeric hydrogels is carried out by polymerization under the action of an oxidation-reduction initiator of an aqueous solution containing 0.15–0.5 % of N-(2-D-glucose)acrylamide, 3.0–5.0 % of acrylamide, 0.01–0.06 % of N, N-methylenebisacrylamide, 0.05–0.15 % of concanavalin A and 0.03–0.10 % of mercaptoacetic acid.
EFFECT: obtained hydrogel provides the release of an increased amount of insulin at the initial stage of the appearance of glucose in the subsequent regulated release in the subsequent time of action.
1 cl, 3 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к области химии полимеров, биохимии и медицины, а именно к способу получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей, которые могут применяться в качестве носителей для контролируемого выделения инсулина при появлении глюкозы в окружающей среде.The invention relates to the field of polymer chemistry, biochemistry and medicine, and in particular to a method for producing glucose-sensitive polymer hydrogels, which can be used as carriers for the controlled release of insulin when glucose appears in the environment.

Как известно, жизненно важные вещества полипептидной природы (ферменты, ингибиторы, гормоны и т.п.) синтезируются внутри организма, а не попадают в него с пищей. Последнее невозможно, так как протеолитические ферменты, участвующие в процессе пищеварения, гидролизуют белки до аминокислот. Поэтому для устранения дефицита такого белка его вводят в организм инъекционно, минуя пищеварительный тракт.As you know, the vital substances of a polypeptide nature (enzymes, inhibitors, hormones, etc.) are synthesized inside the body, and do not enter it with food. The latter is impossible, since proteolytic enzymes involved in the digestion process hydrolyze proteins to amino acids. Therefore, to eliminate the deficiency of such a protein, it is injected into the body, bypassing the digestive tract.

Одним из таких препаратов является гормон поджелудочной железы инсулин - полипептид, вырабатываемый β-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Инсулин является универсальным гормоном, влияющим на большое число процессов, протекающих в организме, таких как: транспорт глюкозы через мембрану; утилизация глюкозы; ингибирование глюконеогенеза (образования глюкозы из предшественников неуглеводной природы); метаболизм глюкозы; метаболизм липидов; метаболизм белков; размножение клеток и т.д. Частичная или полная недостаточность инсулина приводит к сахарному диабету. Уже сейчас по некоторым оценкам, в мире страдают от диабета около 300 миллионов человек, причем выявлена четкая тенденция к увеличению роста числа больных.One of these drugs is the pancreatic hormone insulin, a polypeptide produced by the β-cells of the pancreatic islets of Langerhans. Insulin is a universal hormone that affects a large number of processes occurring in the body, such as: glucose transport through the membrane; glucose utilization; inhibition of gluconeogenesis (the formation of glucose from non-carbohydrate precursors); glucose metabolism; lipid metabolism; protein metabolism; cell reproduction, etc. Partial or complete insulin deficiency leads to diabetes mellitus. Already, according to some estimates, about 300 million people suffer from diabetes in the world, and there is a clear tendency to increase the growth in the number of patients.

В физиологических условиях инсулин вырабатывается поджелудочной железой в ответ на повышение концентрации глюкозы. Пороговой для секреции инсулина является концентрация глюкозы 80-100 мг/100 мл крови, а максимальная скорость секреции достигается при концентрации глюкозы 300-500 мг/100 мл. Секреция инсулина носит двухфазный характер. Немедленный ответ или первая фаза реакции начинается в пределах одной минуты после повышения концентрации глюкозы, продолжается первые 8-10 минут. Затем скорость выделения инсулина резко замедляется и наступает вторая более медленная и продолжительная фаза практически равномерного выделения инсулина, резко обрывающаяся после удаления глюкозы [Марри Р., Греннер Д., Мейес П. Родуэлл В. Биохимия человека. - М.: Мир 1993. С. 247].Under physiological conditions, insulin is produced by the pancreas in response to an increase in glucose concentration. The threshold for insulin secretion is a glucose concentration of 80-100 mg / 100 ml of blood, and the maximum secretion rate is achieved at a glucose concentration of 300-500 mg / 100 ml. The secretion of insulin is biphasic. An immediate response or the first phase of the reaction begins within one minute after increasing the concentration of glucose, lasts the first 8-10 minutes. Then, the rate of insulin release sharply slows down and the second slower and longer phase of almost uniform release of insulin sets in, abruptly breaking off after glucose removal [Murray R., Grenner D., Meyes P. Rodwell V. Human biochemistry. - M.: Mir 1993. S. 247].

Обычно (в норме) инсулин попадает в печень через кровеносные сосуды, соединенные с портальной печеночной веной. Печень, в свою очередь, контролирует количество инсулина, достигающего другие органы и ткани. При инъекционном же введении инсулина (а это наиболее распространенный способ лечения сахарного диабета) такой контроль отсутствует, физиологическое соотношение между концентрациями инсулина и глюкозы нарушается, что и является причиной таких осложнений при сахарном диабете, как сердечно-сосудистые заболевания, расстройство функций головного мозга и т.д. [М. Saffran, in: Targeting of Drags: The Challenge of Peptides and Proteins, G. Gregoriadis (ed.), Plenum Press, New York (1992), pp. 89-95].Usually (normal), insulin enters the liver through blood vessels connected to the portal hepatic vein. The liver, in turn, controls the amount of insulin reaching other organs and tissues. When injecting insulin (and this is the most common way to treat diabetes), this control is absent, the physiological relationship between the concentrations of insulin and glucose is violated, which is the reason for such complications of diabetes as cardiovascular diseases, cerebrovascular disease, etc. .d. [M. Saffran, in: Targeting of Drags: The Challenge of Peptides and Proteins, G. Gregoriadis (ed.), Plenum Press, New York (1992), pp. 89-95].

Поскольку повышение концентрации глюкозы в крови - главный стимул секреции инсулина поджелудочной железой в живом организме, то крайне перспективным представляется создание систем, которые, будучи имплантированы в организм больного, контролируемо выделяли бы инсулин в ответ на повышение концентрации глюкозы по естественному, двухфазному, механизму.Since an increase in the concentration of glucose in the blood is the main stimulus for the secretion of insulin by the pancreas in a living organism, it seems extremely promising to create systems that, when implanted into the patient's body, would control the release of insulin in response to an increase in the concentration of glucose by a natural, two-phase mechanism.

Известен способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей путем взаимодействия углеводных производных инсулина с конканавалином A [Sato S., Yeong S.Y., McRea Y.C., Kim S.W. Self-regulating insulin-delivery systems. II. In vitro studies. // J. Control. Release. 1984. V. 1. P. 67-77]. В качестве углеводных производных инсулина используют N-сукцинилглюкозамин-инсулин, N-глутарилглюкозамин-инсулин, n-(глутарилоамидо)фенил-α-(D-глюкопиранозид)-инсулин, n-(глутарилоамидо)фенил-α-(В-маннопиранозид)-инсулин, n-(сукциниламидо)фенил-α- (D-глюкопиранозид)-инсулин, n-(сукциниламидо)фенил-α-(D-маннопиранозид)-инсулин. Конканавалин А - белок с молекулярной массой 102000, имеющий четыре места связывания углеводов. При реакции с углеводным производным инсулина конканавалин А выполняет роль сшивающего агента, образуя комплексные соединения с остатками углеводов. При появлении глюкозы в окружающей среде она вытесняет углеводное производное инсулина из его комплекса с конканавалином А, в результате чего гидрогель распадается и в окружающую среду выделяется углеводное производное инсулина.A known method for producing glucose-sensitive polymer hydrogels by the interaction of carbohydrate derivatives of insulin with concanavalin A [Sato S., Yeong S.Y., McRea Y.C., Kim S.W. Self-regulating insulin-delivery systems. II. In vitro studies. // J. Control. Release 1984. V. 1. P. 67-77]. As carbohydrate derivatives of insulin, N-succinyl glucosamine-insulin, N-glutaryl glucosamine-insulin, n- (glutaryloamido) phenyl-α- (D-glucopyranoside) -insulin, n- (glutaryloamido) phenyl-α- (B-mannopyranoside) - insulin, n- (succinylamido) phenyl-α- (D-glucopyranoside) -insulin, n- (succinylamido) phenyl-α- (D-mannopyranoside) -insulin. Concanavalin A is a protein with a molecular weight of 102,000, having four carbohydrate binding sites. When reacting with a carbohydrate derivative of insulin, concanavalin A acts as a crosslinking agent, forming complex compounds with carbohydrate residues. When glucose appears in the environment, it displaces the carbohydrate derivative of insulin from its complex with concanavalin A, as a result of which the hydrogel decomposes and the carbohydrate derivative of insulin is released into the environment.

Недостатком этого способа является выделение в окружающую среду всех компонентов полимерного гидрогеля, а также невозможность применения этой системы для контролируемого выделения инсулина, а не его углеводного производного.The disadvantage of this method is the release into the environment of all the components of the polymer hydrogel, as well as the impossibility of using this system for the controlled release of insulin, and not its carbohydrate derivative.

Известен способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей путем взаимодействия декстранов с конканавалином A [Tang М., Zhang R., Bowyer A., Eisenthal R., Hubble J.A reversible hydrogel membrane for controlling the delivery of macromolecules. // Biotechnol. Bioeng. 2003. V. 82. № 1. P. 47-53].A known method for producing glucose-sensitive polymer hydrogels by the interaction of dextrans with concanavalin A [Tang M., Zhang R., Bowyer A., Eisenthal R., Hubble J. A reversible hydrogel membrane for controlling the delivery of macromolecules. // Biotechnol. Bioeng. 2003. V. 82. No. 1. P. 47-53].

Недостатком этого способа является выделение в окружающую среду при взаимодействии с глюкозой всех компонентов полимерного гидрогеля.The disadvantage of this method is the release into the environment during interaction with glucose of all components of the polymer hydrogel.

Известен способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей путем взаимодействия производного глюкозы с конканавалином А [И.Л. Валуев, В.В. Чупов, Г.А. Сытов, Л.И. Валуев, Н.А. Платэ. Фазообратимые гидрогели на основе акриламида и N-(2-D-глюкоз)акриламида. // Высокомолек. соед., 1997, Т. 39Б, №4, С. 751-754].A known method for producing glucose-sensitive polymer hydrogels by the interaction of a derivative of glucose with concanavalin A [I. L. Valuev, V.V. Chupov, G.A. Sytov, L.I. Valuev, N.A. Plate. Phase reversible hydrogels based on acrylamide and N- (2-D-glucose) acrylamide. // High Molecule. soed., 1997, T. 39B, No. 4, S. 751-754].

В качестве производного глюкозы используют сополимер 3,9-14,5% мол. N-(2-D-глюкоз)акриламида и 85,5-96,1% мол. акриламида, а взаимодействие осуществляют путем смешивания водного раствора, содержащего 10-25% мас. сополимера N-(2-D-глюкоз)акриламида и акриламида, с водным раствором конканавалина А.As a derivative of glucose, a copolymer of 3.9-14.5 mol% is used. N- (2-D-glucose) acrylamide and 85.5-96.1 mol%. acrylamide, and the interaction is carried out by mixing an aqueous solution containing 10-25% wt. a copolymer of N- (2-D-glucose) acrylamide and acrylamide, with an aqueous solution of concanavalin A.

При реакции с глюкозосодержащим полимером конканавалин А выполняет роль сшивающего агента, образуя комплексные соединения с остатками глюкозы, принадлежащими различным полимерным цепям. В результате реакции образуется гидрогель, степень набухания которого в воде определяется содержанием звеньев N-(2-D-глюкоз)акриламида в сополимере и соотношением N-(2-D-глюкоз)акриламид/конканавалин А. При добавлении определенного количества глюкозы она вытесняет конканавалин А из комплекса, в результате чего происходит разрушение гидрогеля с образованием растворимого сополимера N-(2-D-глюкоз)акриламида и акриламида и растворимого комплекса конканавалин А - глюкоза. Если в гидрогель предварительно был введен инсулин, то при разрушении гидрогеля происходит выделение инсулина в раствор. Таким образом, синтезированная система представляет собой модель поджелудочной железы, способной выделять определенное количество инсулина в ответ на появление в растворе определенного количества глюкозы.When reacting with a glucose-containing polymer, concanavalin A acts as a cross-linking agent, forming complex compounds with glucose residues belonging to different polymer chains. As a result of the reaction, a hydrogel is formed, the degree of swelling in water is determined by the content of N- (2-D-glucose) acrylamide units in the copolymer and the ratio N- (2-D-glucose) acrylamide / concanavalin A. When a certain amount of glucose is added, it displaces concanavalin And from the complex, resulting in the destruction of the hydrogel with the formation of a soluble copolymer of N- (2-D-glucose) acrylamide and acrylamide and a soluble complex of concanavalin A - glucose. If insulin was previously introduced into the hydrogel, then upon the destruction of the hydrogel, insulin is released into the solution. Thus, the synthesized system is a pancreas model capable of secreting a certain amount of insulin in response to the appearance of a certain amount of glucose in a solution.

Недостатком этого способа является одностадийное выделение инсулина, а также образование растворимого синтетического сополимера N-(2-D-глюкоз)акриламида с акриламидом при выделении инсулина. При использовании в живых организмах этот сополимер накапливается в организме, сорбируясь на мембранах клеток и приводя к токсическому эффекту.The disadvantage of this method is the one-step isolation of insulin, as well as the formation of a soluble synthetic copolymer of N- (2-D-glucose) acrylamide with acrylamide during the release of insulin. When used in living organisms, this copolymer accumulates in the body, adsorbing on cell membranes and leading to a toxic effect.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей путем полимеризации под действием окислительно-восстановительного инициатора водного раствора, содержащего 0,15-0,5% мас. N-(2-D-глюкоз)акриламида, 3,0-5,0% мас. акриламида, 0,01-0,06% мас. N,N-метиленбисакриламида и 0,05-0,15% мас. конканавалина А [Валуев И.Л., Ванчугова Л.В., Валуев Л.И., Глюкозочувствительные гидрогелевые системы // Высокомол. соед. 2011. Т. 53А. №5. С. 691-695].The closest in technical essence and the achieved results is a method for producing glucose-sensitive polymer hydrogels by polymerization under the action of a redox initiator of an aqueous solution containing 0.15-0.5% wt. N- (2-D-glucose) acrylamide, 3.0-5.0% wt. acrylamide, 0.01-0.06% wt. N, N-methylenebisacrylamide and 0.05-0.15% wt. Konkanavalin A [Valuev I.L., Vanchugova L.V., Valuev L.I., Glucose-sensitive hydrogel systems // Vysokomol. conn. 2011.V. 53A. No. 5. S. 691-695].

Полимерные цепи в полученных гидрогелях сшиты ковалентными связям N,N-метиленбисакриламида и связями между конканавалином А (Кон А) и звеньями N-(2-D-глюкоз)акриламида (ГАА). В растворе глюкозы связь «Кон А- звено ГАА» замещается связью «Кон А - глюкоза» и степень набухания гидрогелей увеличивается, что приводит к выделению предварительно введенного в гидрогель инсулина. Выделение инсулина происходит равномерно в одну стадию и через 60 мин составляет до 80% от первоначально введенного в гидрогель инсулина.The polymer chains in the obtained hydrogels are crosslinked by covalent bonds of N, N-methylene bisacrylamide and bonds between concanavalin A (Con A) and N- (2-D-glucose) acrylamide (GAA) units. In the glucose solution, the Con A-link GAA bond is replaced by the Con A-glucose bond and the degree of swelling of the hydrogels increases, which leads to the release of insulin previously introduced into the hydrogel. The release of insulin occurs evenly in one stage and after 60 minutes it amounts to 80% of the insulin originally introduced into the hydrogel.

Недостатком этого способа является равномерное выделение инсулина.The disadvantage of this method is the uniform release of insulin.

Задачей изобретения является повышение скорости выделения инсулина на начальном этапе.The objective of the invention is to increase the rate of release of insulin at the initial stage.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является реализация физиологического пути изменения концентрации инсулина при увеличении уровня глюкозы в растворе.The technical result achieved by using the invention is the implementation of the physiological way of changing the concentration of insulin with increasing glucose levels in solution.

Технический результат достигается тем, что в способе получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей путем полимеризации под действием окислительно-восстановительного инициатора водного раствора, содержащего 0,15-0,5% мас. N-(2-D-глюкоз)акриламида, 3,0-5,0% мас. акриламида, 0,01-0,06% мас. N,N-метиленбисакриламида и 0,05-0,15% мас. конканавалина А, водный раствор дополнительно содержит 0,03-0,10% мас. меркаптоуксусной кислоты.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing glucose-sensitive polymer hydrogels by polymerization under the action of a redox initiator of an aqueous solution containing 0.15-0.5% wt. N- (2-D-glucose) acrylamide, 3.0-5.0% wt. acrylamide, 0.01-0.06% wt. N, N-methylenebisacrylamide and 0.05-0.15% wt. concanavalin A, the aqueous solution additionally contains 0.03-0.10% wt. mercaptoacetic acid.

Пример 1Example 1

При комнатной температуре и постоянном перемешивании в 94,6 мл дистиллированной воды растворяют 5,0 г акриламида, 0,3 г N-(2-D-глюкоз)акриламида, 0,01 г N,N-метиленбисакриламида, 0,05 г конканавалина А и 0.03 г меркаптоуксусной кислоты. После полного растворения в раствор добавляют 0,04 г персульфата аммония и 40 мкл N,N,N',N'- тетраметилэтилендиамина. Образовавшийся раствор дегазируют в круглодонном сосуде на водоструйном насосе (давление 50 мм рт.ст.) и оставляют при комнатной температуре до окончания реакции (1,0-1,5 ч). Об окончании реакции свидетельствует образование бесцветного геля. Полученный гель извлекают из сосуда, измельчают и промывают 10-кратным избытком дистиллированной воды. Степень набухания полученного гидрогеля в воде равна 18,1 г воды/г сухого полимера.At room temperature and with constant stirring in 94.6 ml of distilled water, 5.0 g of acrylamide, 0.3 g of N- (2-D-glucose) acrylamide, 0.01 g of N, N-methylene bisacrylamide, 0.05 g of concanavalin are dissolved A and 0.03 g of mercaptoacetic acid. After complete dissolution, 0.04 g of ammonium persulfate and 40 μl of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine are added to the solution. The resulting solution is degassed in a round bottom vessel on a water-jet pump (pressure 50 mmHg) and left at room temperature until the reaction is completed (1.0-1.5 h). The completion of the reaction is indicated by the formation of a colorless gel. The resulting gel is removed from the vessel, crushed and washed with a 10-fold excess of distilled water. The degree of swelling of the obtained hydrogel in water is 18.1 g of water / g of dry polymer.

Примеры 2-4. Процесс проводят по примеру 1, используя различные количества N-(2-D-глюкоз)акриламида, акриламида, N,N-метиленбисакриламида, конканавалина А и меркаптоуксусной кислоты (таблица 1).Examples 2-4. The process is carried out as in example 1, using various amounts of N- (2-D-glucose) acrylamide, acrylamide, N, N-methylenebisacrylamide, concanavalin A and mercaptoacetic acid (table 1).

Пример 5к (контрольный) проводят по способу-прототипу без использования меркаптоуксусной кислоты.Example 5k (control) is carried out according to the prototype method without the use of mercaptoacetic acid.

Figure 00000001
Figure 00000001

Пример 6. Проницаемость гидрогелей для молекул белков различной молекулярной массы оценивают путем выдерживания гидрогелей с раствором белка при 4°С в течение 24 ч и измерением концентрации белка в растворе спектрофотометрически при 280 им. Учитывая соотношение объемов гидрогелей и растворов, рассчитывают количество пор, доступных для каждого белка, принимая за 100% количество пор, доступных для воды. В качестве белка используют инсулин (М=6.5×103), овомукоид (М=31×103), сывороточный альбумин (М=67×103), гексокиназу (М=96×103) и алкогольдегидрогеназу (М=14×104).Example 6. The permeability of hydrogels for protein molecules of different molecular weights is assessed by holding the hydrogels with a protein solution at 4 ° C for 24 hours and measuring the concentration of protein in the solution spectrophotometrically at 280 them. Given the ratio of the volumes of hydrogels and solutions, calculate the number of pores available for each protein, taking as 100% the number of pores available for water. The protein used is insulin (M = 6.5 × 10 3 ), ovomucoid (M = 31 × 10 3 ), serum albumin (M = 67 × 10 3 ), hexokinase (M = 96 × 10 3 ) and alcohol dehydrogenase (M = 14 × 10 4 ).

Результаты приведены в таблице 2.The results are shown in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Видно, что гидрогели, полученные по заявленному способу, отличаются от известных глюкозочувствительных гидрогелей повышенным (в среднем на 25%) содержанием пор небольших размеров, недоступных для белков с молекулярной массой выше 140000.It can be seen that the hydrogels obtained by the claimed method differ from the known glucose-sensitive hydrogels in their increased (on average 25%) pore content of small sizes, inaccessible to proteins with a molecular weight above 140,000.

Пример 7. Насыщение гидрогелей инсулином проводят путем инкубирования лиофильно высушенных гидрогелей с раствором инсулина (25 ЕД/мл) до равновесного набухания. Набухшие гидрогели, содержащие 130 ЕД инсулина помещают в проточную кювету объемом 15 мл, через которую со скоростью 3.0 мл/мин прокачивают физиологический раствор (0.9% раствора хлорида натрия), содержащий 250 мг глюкозы на 100 мл, и измеряют количество выделившегося из гидрогеля инсулина. Концентрацию инсулина в растворе определяли спектрофотометрическим при 280 нм. Скорость выделения инсулина (ЕД/мин) приведена в таблице 3.Example 7. The saturation of hydrogels with insulin is carried out by incubating freeze-dried hydrogels with a solution of insulin (25 PIECES / ml) until equilibrium swelling. Swollen hydrogels containing 130 IU of insulin are placed in a 15 ml flow cell, through which a physiological solution (0.9% sodium chloride solution) containing 250 mg of glucose per 100 ml is pumped at a speed of 3.0 ml / min, and the amount of insulin released from the hydrogel is measured. The insulin concentration in the solution was determined spectrophotometrically at 280 nm. The rate of insulin release (U / min) is shown in table 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

Видно, что выделение инсулина в раствор глюкозы из гидрогелей, полученных по заявленному способу, происходит двухстадийно. Максимальная скорость достигается к восьмой минуте и составляет 5,6-6,0 ЕД/мин, а затем инсулин накапливается в растворе с равномерно понижающейся скоростью 1,9-0,7 ЕД/мин. Выделение инсулина из гидрогелей, полученных по способу-прототипу, в течение всего времени наблюдения равномерно снижается от 3,0-2,5 ЕД/мин до 1,5-0,6 ЕД/мин.It is seen that the release of insulin into the glucose solution from the hydrogels obtained by the claimed method, occurs in two stages. The maximum speed is reached by the eighth minute and is 5.6-6.0 U / min, and then insulin accumulates in solution with a uniformly decreasing speed of 1.9-0.7 U / min. The release of insulin from hydrogels obtained by the prototype method, during the entire observation time, is uniformly reduced from 3.0-2.5 U / min to 1.5-0.6 U / min.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать полимерные гидрогели, способные, в отличие от известных, аналогично поджелудочной железе выделять повышенное количество инсулина на начальной стадии появления глюкозы.Thus, the present invention allows to obtain polymer hydrogels, capable of, in contrast to the known, similar to the pancreas, to secrete an increased amount of insulin at the initial stage of the appearance of glucose.

Предельные количества веществ, используемых при получении полимерного гидрогеля, определяются следующим. При концентрации N-(2-D-глюкоз)акриламида ниже 0,15% мас. и концентрации конканавалина А ниже 0,05% мас. полимерные гидрогели практически не изменяют степень набухания при увеличении концентрации глюкозы, а при концентрации N-(2-D-глюкоз)акриламида выше 5,0% мас. и концентрации конканавалина А выше 0,15% мас. увеличение степени набухания гидрогелей происходит при чрезвычайно высокой концентрации глюкозы, порядка 600 мг/100 мл. При концентрации N,N-метиленбисакриламида ниже 0,01% мас. образуются гидрогели с чрезвычайно низкой механической прочностью, а при концентрации N,N-метиленбисакриламида выше 0,06% мас. образуются жесткие гидрогели, диффузия инсулина из которых чрезвычайно затруднена. Меркаптоуксусная кислота в количестве ниже 0,03 мас. % не способна изменять характер распределения пор в гидрогеле, в при концентрации выше 0,10 мас. % она ингибирует полимеризацию.The limiting amounts of substances used in the preparation of the polymer hydrogel are determined as follows. At a concentration of N- (2-D-glucose) acrylamide below 0.15% wt. and concentrations of concanavalin A below 0.05% wt. polymer hydrogels practically do not change the degree of swelling with increasing glucose concentration, and at a concentration of N- (2-D-glucose) acrylamide above 5.0% wt. and concentrations of concanavalin A above 0.15% wt. an increase in the degree of swelling of hydrogels occurs at an extremely high glucose concentration of about 600 mg / 100 ml. At a concentration of N, N-methylenebisacrylamide below 0.01% wt. hydrogels are formed with extremely low mechanical strength, and at a concentration of N, N-methylenebisacrylamide above 0.06% wt. hard hydrogels are formed, the diffusion of insulin of which is extremely difficult. Mercaptoacetic acid in an amount below 0.03 wt. % is not able to change the nature of the distribution of pores in the hydrogel, in at a concentration above 0.10 wt. % it inhibits polymerization.

Claims (1)

Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей путем полимеризации под действием окислительно-восстановительного инициатора водного раствора, содержащего 0,15-0,5% мас. N-(2-D-глюкоз)акриламида, 3,0-5,0% мас. акриламида, 0,01-0,06% мас. N,N-метиленбисакриламида и 0,05-0,15% мас. конканавалина А, отличающийся тем, что водный раствор дополнительно содержит 0,03-0,10% мас. меркаптоуксусной кислоты.A method of producing glucose-sensitive polymer hydrogels by polymerization under the action of a redox initiator of an aqueous solution containing 0.15-0.5% wt. N- (2-D-glucose) acrylamide, 3.0-5.0% wt. acrylamide, 0.01-0.06% wt. N, N-methylenebisacrylamide and 0.05-0.15% wt. concanavalin A, characterized in that the aqueous solution further comprises 0.03-0.10% wt. mercaptoacetic acid.
RU2017136569A 2017-10-17 2017-10-17 Method of obtaining glucose-sensitive polymer hydrogels RU2652126C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017136569A RU2652126C1 (en) 2017-10-17 2017-10-17 Method of obtaining glucose-sensitive polymer hydrogels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017136569A RU2652126C1 (en) 2017-10-17 2017-10-17 Method of obtaining glucose-sensitive polymer hydrogels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2652126C1 true RU2652126C1 (en) 2018-04-25

Family

ID=62045523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017136569A RU2652126C1 (en) 2017-10-17 2017-10-17 Method of obtaining glucose-sensitive polymer hydrogels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2652126C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101745114A (en) * 2009-12-25 2010-06-23 浙江工业大学 Method for preparing glucose-sensitive insulin controlled-release biological material
RU2484475C1 (en) * 2012-03-22 2013-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Method for preparing biospecific hydrogel sorbent for proteinase recovery
RU2499003C1 (en) * 2012-03-22 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Method of producing polyacrylamide hydrogel
US20170007676A1 (en) * 2013-08-15 2017-01-12 De Montfort University Matrix gel

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101745114A (en) * 2009-12-25 2010-06-23 浙江工业大学 Method for preparing glucose-sensitive insulin controlled-release biological material
RU2484475C1 (en) * 2012-03-22 2013-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Method for preparing biospecific hydrogel sorbent for proteinase recovery
RU2499003C1 (en) * 2012-03-22 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Method of producing polyacrylamide hydrogel
US20170007676A1 (en) * 2013-08-15 2017-01-12 De Montfort University Matrix gel

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Валуев Иван Львович Химическая модификация макромолекул для создания полимерных систем направленного транспорта биологически активных соединений. Авто диссертации на соискание ученой степени д.х.н. Москва, 2007, изд.ООО"Алфавит2000", 44 с. *
И.Л.Валуев, Л.В.Ванчугова, Л.В.Валуев. Глюкозочувствительные гидрогелевые системы. Высокомолекулярные соединения, серия А, том 53, номер 5, с.691-695. *
И.Л.Валуев, Л.В.Ванчугова, Л.В.Валуев. Глюкозочувствительные гидрогелевые системы. Высокомолекулярные соединения, серия А, том 53, номер 5, с.691-695. Валуев Иван Львович Химическая модификация макромолекул для создания полимерных систем направленного транспорта биологически активных соединений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.х.н. Москва, 2007, изд.ООО"Алфавит2000", 44 с. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2381238C2 (en) Method of preparing glucose-sensitive polymer hydrogels
CN104395391B (en) The chitin nanometer of double derivative and manufacture and it is used for the method for vivo gene transfer using it
JP3425147B2 (en) Water-insoluble derivatives of polyanionic polysaccharides
US20210275359A1 (en) Microneedle Adhesive Patch Based on Hydrogel Formulation
US6235726B1 (en) Water insoluble derivatives of polyanionic polysaccharides
JPH03502704A (en) Method for producing water-insoluble biocompatible gel
Li et al. Thermosensitive hydrogel microneedles for controlled transdermal drug delivery
CN109734851A (en) A kind of temperature sensitive polymer and its synthetic method and temperature sensitive injection aquagel
Shen et al. Glucose-responsive hydrogel-based microneedles containing phenylborate ester bonds and N-isopropylacrylamide moieties and their transdermal drug delivery properties
CN112316214B (en) Injectable hydrogel of recombinant collagen and preparation method thereof
WO2016155082A1 (en) Swelling silk fibroin microneedle drug delivery system and preparation method thereof
CN108653198A (en) It is a kind of can cutaneous penetration hydrogel and its preparation method and application
CN110256669A (en) Sulfydryl/boronate modified polymer, glucose-sensitive hydrogels composition, glucose-sensitive carry liquid medicine gel and preparation method thereof
CN113797155B (en) Insoluble transdermal microneedle patch and preparation method and application thereof
CN109161036A (en) A kind of dextran hydrogel and preparation method thereof
CN105793345A (en) Dually derivatized chitosan nano particles and methods of making and using the same for gene transfer in vivo
Shtilman Polymers for medicobiological use
RU2066551C1 (en) Method of preparing insulin-containing polymeric hydrogel
CN109481339B (en) Collagen-based composite hydrogel surface film material and preparation method and application thereof
RU2652126C1 (en) Method of obtaining glucose-sensitive polymer hydrogels
JPH10505322A (en) Dialysate containing casein-derived peptide as osmotic agent and bicarbonate ion as buffer
RU2303984C2 (en) Superbranched amylopectin applicable in methods for surgically and therapeutically treating mammals or in methods for diagnosing diseases primarily as volume plasma-substitute
US20090312235A1 (en) Method for producing insulin in the form of an oral preparation
CN115304795A (en) Injectable self-healing hydrogel with dual responses of temperature and pH, and preparation method and application thereof
US20230218797A1 (en) Hemostatic polymer material kit