具有高渗透性的含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物

本发明涉及生物医药，特别涉及一种具有高渗透性的含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物。

背景技术：

1、糖尿病是一种因胰岛素绝对或相对不足，或者靶细胞对胰岛素敏感性降低引起的糖代谢紊乱型慢性综合性疾病。给予外源胰岛素是目前治疗ⅰ型糖尿病和中晚期ⅱ型糖尿病的最主要治疗方法。大分子、易降解等特点使目前胰岛素的给药途径主要是皮下注射。皮下注射带来的身体痛苦与较差的患者顺应性促使了大量非注射胰岛素给药途径的研究，其中，透皮给药和口服给药是研究最多的给药方法。

2、皮肤作为人体最大的器官，为透皮给药技术提供了方便的给药面积。透皮给药作为一种患者顺应性很强的给药方式，不仅能够避免药物的首过效应，同时也极大降低药物被体内多种代谢酶降解失活的可能性。透皮给药的药物治疗效果取决于药物的理化性质，一般疏水性小分子药物(分子量小于500da)适用于皮肤递送，例如目前上市的雌二醇、芬太尼和尼古丁等均属于该类药物。然而对于分子量较大的亲水性药物，皮肤最外层由致密的角质细胞和脂质构成的角质层屏障对药物渗透产生了强大的阻碍作用。同时皮肤表皮层和真皮层中致密的细胞构成也使这些药物难以深入渗透进入血液循环。利用化学促渗剂增强皮肤渗透能力是其中的主要方法，例如，专利cn201810671689.9公开了一种可透皮给药的水凝胶及其制备方法和应用，通过添加促渗肽促使胰岛素的透皮渗透；发明专利cn201810375775.5公开了一种介孔二氧化硅-胰岛素纳米缓释经皮贴剂的制备方法，利用二氧化硅纳米微球保护胰岛素、添加促渗剂促进渗透，但大分子胰岛素及其纳米颗粒如何渗透提高皮肤未见说明。目前，微针技术被广泛用来提高生物大分子药物的皮肤渗透性，如发明专利cn201810803447.0公开了一种用于糖尿病的胰岛素透皮给药贴及制备方法，其核心是利用聚乳酸纤维微针刺穿皮肤递药、水杨酸促进皮肤扩张增强透皮效果。专利申请cn201980068619.7、cn201910002015.4和cn201880087087.7等都是利用聚合物包裹胰岛素制成微针，通过微针刺穿皮肤至皮下，再通过聚合物对葡萄糖的响应性释放胰岛素。但是，以上技术均会对皮肤角质层产生损伤或对皮肤细胞具有毒性，操作复杂，极大地限制了以上技术在临床上的应用。

3、口服递送胰岛素一直是胰岛素给药的研究热点，但胰岛素在胃肠中易被降解，且难以在穿过小肠粘液层到达上皮细胞、也难以被上皮细胞吸收，因此需要用载体材料来保护和促进胰岛素肠中停留和肠吸收，其中壳聚糖是最常用的胰岛素递送载体材料[chen等，recent advances in chitosan-based nanoparticles for oral delivery ofmacromolecules，advanced drug delivery reviews 2012，65:865-879]，但递送效率等问题一直束缚其临床应用。发明专利cn201810108109.5公开了由季铵化壳聚糖、胰岛素和三聚磷酸钠通过静电作用得到纳米颗粒、表面再覆盖尤特奇的胰岛素肠溶性纳微颗粒的制备方法和应用，该纳米颗粒给药后可以有效保护负载的蛋白药物免受胃酸及胃肠道蛋白酶降解。cn201710149288.2公开了甲氧基聚乙二醇(mpeg)修饰的介孔二氧化硅泡沫负载胰岛素和吸收促进剂(胆酸盐、脂肪酸盐或细胞穿膜肽)制备的具有肠道粘液穿透能力的胰岛素口服剂及其制备方法。申请号202010783835.4发明公开一种口服胰岛素智能纳米棒及其制备方法，所述智能纳米棒是由胰岛素和小分子通透增强剂混合而成内核层、介孔二氧化硅棒状材料为中间层和ph敏感的肠溶包衣材料为外壳层组成。介孔二氧化硅在ph>6下快速释放胰岛素、利用通透增强剂既可以打开肠上皮细胞紧密连接并对细胞膜造成可逆性扰动，促使胰岛素吸收。但这些方法都没有解决胰岛素难以穿过胃肠粘液层、难以被绒毛上皮细胞吸收的问题，其生物利用度低，达不到应用的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有高渗透性的含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物，该偶联物使用于皮肤后能够透过皮肤角质层并穿过表皮层与真皮层的多层皮肤细胞进入血液，经回肠给药后能够有效渗透肠粘液层并被肠绒毛上皮细胞快速摄取吸收入血，大大提高胰岛素的生物利用度，从而发挥高效、长时降糖效果，且无细胞毒性，不损伤角质层。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种具有高渗透性的含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物，胰岛素(insulin)分子上连接有一条或多条含氧化三级胺基团的聚合物链，其结构式为式i～式iii中的一种，

4、

5、其中，

6、r1为c1-c6的烷基、取代烷基、芳香基、取代芳香基或聚合物链；

7、r2为c1-c6的烷基、取代烷基、芳香基、取代芳香基或聚合物链；

8、r3为氢、c1-c6的烷基、取代烷基、芳香基、取代芳香基、卤素、羟基、烷氧基、胺基或聚合物主体结构；

9、r4为氢、c1-c6的烷基、取代烷基、芳香基、取代芳香基、卤素、羟基、烷氧基、胺基或聚合物主体结构。

10、其中，取代烷基的取代基可为卤素、羟基、烷氧基、胺基中的一种或几种；取代芳香基的取代基可为卤素、羟基、烷氧基、胺基中的一种或几种；取代烷基的烷基指c1-c6的烷基。

11、发明人的前期工作中发现，含氧化三级胺的聚合物具有诱导肿瘤细胞快速转胞运的能力，即细胞从一边将聚合物吞进来，又从另一边吐出去，达到细胞间相互传递的效果。随着研究的深入，本发明进一步发现，该类聚合物还具有两种功能：1)它与皮肤角质层和细胞的磷脂结构具有较强相互作用，改变角质细胞的紧密排列，能够克服透皮给药的最大障碍——角质层屏障，快速穿过角质层进入下层细胞。2)该类聚合物也能触发皮下细胞的转胞运，从而通过细胞间的层层传递将聚合物递送到血管等组织。因此，将该聚合物键合到胰岛素上，该聚合物能够起“火车头”的作用将胰岛素通过皮肤递送到体内，实现胰岛素透皮给药。同时，键合到胰岛素上的含氧化三级胺聚合物能够稳定胰岛素，降低胰岛素被蛋白酶降解的速率。含氧化三级胺聚合物的聚离子对的特点也延长了聚合物-胰岛素偶联物的血液循环时间、延长了胰岛素发挥药效的时间。聚合物-胰岛素偶联物的酶稳定性也使其口服后在胃肠内稳定不被降解，含氧化三级胺聚合物的聚离子对的特点也赋予了其胰岛素偶联物穿过肠粘液层至肠上皮细胞的能力，其诱导细胞快速内吞和转胞运的特点也赋予了其偶联物被肠上皮细胞内吞、通过转胞运被输送至血液等组织的能力，从而实现口服后高效吸收、发挥控制血糖的效果。

12、作为优选，胰岛素的功能基团与含氧化三级胺基团的聚合物的端基或侧基的反应基团通过化学键连接从而形成含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物。

13、作为优选，所述功能基团为胰岛素自身带有的功能基团或胰岛素经过修饰后的功能基团，胰岛素自身带有的功能基团为胺基、羧基、羟基中的一种或几种；胰岛素经过修饰后的功能基团为巯基、马来酰亚胺基、异硫氰酸酯、环氧基中的一种或几种。

14、作为优选，所述聚合物上的反应基团为胺基、巯基、醛基、环氧基、异硫氰酸酯基、马来酰亚胺中的一种或几种。

15、作为优选，含氧化三级胺基团的聚合物的氧化三级胺基团为饱和或不饱和三级胺的氧化物，所述三级胺选自n,n-二甲基胺基,n,n-二乙基胺基,n,n-二丙基胺基,n,n-甲基乙基胺基,n-吡咯烷基，n-哌啶基，n-吗啉基，吡啶基中的一种。

16、作为优选，所述含氧化三级胺基团的聚合物为聚(甲基)丙烯酸酯类、聚(甲基)丙烯酸酰胺类、聚氨基酸类、聚酯类或聚乙烯亚胺类。含有氧化三级胺的聚合物，可通过聚合物领域常用的聚合方法先制备含三级胺基团的聚合物，然后用过氧化氢或过氧化乙酸等氧化剂将三级胺氧化为n-氧化物；或先制备含氧化三级胺的单体，再通过常规聚合方法聚合制备聚合物。

17、作为优选，聚合物为均聚物或共聚物；聚合物结构为线性或支化型。

18、作为优选，聚合物的分子量为500-50000。

19、一种胰岛素透皮给药的透皮制剂，采用具有高渗透性的含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物制成。

20、作为优选，所述透皮制剂的产品类型包括但不限于水溶液、水凝胶、乳膏、面膜。

21、一种胰岛素口服给药的口服制剂，采用具有高渗透性的含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物制成。

22、作为优选，所述口服制剂的产品类型包括但不限于肠溶胶囊、肠溶蹦片。

23、一种含氧化三级胺基团的聚合物作为胰岛素的渗透转运载体制备胰岛素透皮给药的透皮制剂的用途。

24、一种含氧化三级胺基团的聚合物作为胰岛素的渗透转运载体制备胰岛素口服给药的口服制剂的用途。

25、本发明提供了含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物经皮给药控制血糖的应用。

26、本发明提供了含氧化三级胺基团的聚合物-胰岛素偶联物经回肠给药后控制血糖的应用。本发明为经皮和口服胰岛素给药提供了新的递送平台。

27、本发明的有益效果是：含氧化三级胺基团的聚合物为主链或侧链含有氧化三级胺离子对基团的水溶性聚合物，它与皮肤角质层和细胞的磷脂结构具有较强相互作用，改变角质细胞的紧密排列和连接，从而克服角质层屏障；该聚合物也能触发细胞的转胞吞功能，使皮肤细胞主动递送偶联物，从而大大提高了胰岛素大分子药物的皮肤渗透效率，提高胰岛素的透皮递送效率和控制血糖的效果。同时，该高水溶性聚合物给予胰岛素很强的粘液层渗透能力和绒毛上皮细胞的吸收能力，因此促进胰岛素的口服吸收效率。