RU2652126C1 - Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей - Google Patents
Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 44
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 239000008103 glucose Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims description 18
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 108010062580 Concanavalin A Proteins 0.000 claims abstract description 18
- CWERGRDVMFNCDR-UHFFFAOYSA-N thioglycolic acid Chemical compound OC(=O)CS CWERGRDVMFNCDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011837 N,N-methylenebisacrylamide Substances 0.000 claims abstract description 9
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000012966 redox initiator Substances 0.000 claims description 3
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 85
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 abstract description 48
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 abstract description 44
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 abstract description 43
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 abstract 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 9
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 9
- 150000001719 carbohydrate derivatives Chemical class 0.000 description 6
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 4
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000003914 insulin secretion Effects 0.000 description 3
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 3
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 3
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 3
- HBOMLICNUCNMMY-KJFJCRTCSA-N 1-[(4s,5s)-4-azido-5-(hydroxymethyl)oxolan-2-yl]-5-methylpyrimidine-2,4-dione Chemical compound O=C1NC(=O)C(C)=CN1C1O[C@H](CO)[C@@H](N=[N+]=[N-])C1 HBOMLICNUCNMMY-KJFJCRTCSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 150000002303 glucose derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 2
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 2
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 102000007698 Alcohol dehydrogenase Human genes 0.000 description 1
- 108010021809 Alcohol dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N D-mannopyranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N 0.000 description 1
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000005548 Hexokinase Human genes 0.000 description 1
- 108700040460 Hexokinases Proteins 0.000 description 1
- KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine Chemical compound CN(C)CCN(C)C KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010064983 Ovomucin Proteins 0.000 description 1
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 102000007562 Serum Albumin Human genes 0.000 description 1
- 108010071390 Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000227 basophil cell of anterior lobe of hypophysis Anatomy 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 208000026106 cerebrovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 1
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 1
- 230000004153 glucose metabolism Effects 0.000 description 1
- 230000006377 glucose transport Effects 0.000 description 1
- 125000002791 glucosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 description 1
- 210000002989 hepatic vein Anatomy 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 210000004153 islets of langerhan Anatomy 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000037356 lipid metabolism Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 108091023832 miR-1993 stem-loop Proteins 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000032393 negative regulation of gluconeogenesis Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000022558 protein metabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 1
- 229940024999 proteolytic enzymes for treatment of wounds and ulcers Drugs 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 108010038196 saccharide-binding proteins Proteins 0.000 description 1
- 230000003248 secreting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers 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
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/52—Amides or imides
- C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K38/00—Medicinal preparations containing peptides
- A61K38/16—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
- A61K38/17—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
- A61K38/22—Hormones
- A61K38/28—Insulins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/38—Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers 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
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/52—Amides or imides
- C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
- C08F220/56—Acrylamide; 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
Изобретение относится к области биохимии и медицины, к способу получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей, которые могут применяться в качестве носителей для контролируемого выделения инсулина при появлении глюкозы. Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей осуществляют 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, 0,05-0,15% мас. конканавалина А и 0,03-0,10% мас. меркаптоуксусной кислоты. Технический результат – полученный способом гидрогель обеспечивает выделение повышенного количества инсулина на начальной стадии появления глюкозы при последующем регулируемом выделении в последующее время действия. 3 табл., 7 пр.
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.
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.
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.
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].
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].
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.
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.
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.
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].
Недостатком этого способа является выделение в окружающую среду при взаимодействии с глюкозой всех компонентов полимерного гидрогеля.
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].
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.
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.
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.
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].
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.
Недостатком этого способа является равномерное выделение инсулина.
Задачей изобретения является повышение скорости выделения инсулина на начальном этапе.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является реализация физиологического пути изменения концентрации инсулина при увеличении уровня глюкозы в растворе.
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.
Пример 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.
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).
Пример 5к (контрольный) проводят по способу-прототипу без использования меркаптоуксусной кислоты.
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).
Результаты приведены в таблице 2.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017136569A RU2652126C1 (ru) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017136569A RU2652126C1 (ru) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2652126C1 true RU2652126C1 (ru) | 2018-04-25 |
Family
ID=62045523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017136569A RU2652126C1 (ru) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2652126C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101745114A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-06-23 | 浙江工业大学 | 一种对葡萄糖敏感可自控释胰岛素的生物材料的制备方法 |
| RU2484475C1 (ru) * | 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) | Способ получения биоспецифического гидрогелевого сорбента для выделения протеиназ |
| RU2499003C1 (ru) * | 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) | Способ получения полиакриламидного гидрогеля |
| US20170007676A1 (en) * | 2013-08-15 | 2017-01-12 | De Montfort University | Matrix gel |
-
2017
- 2017-10-17 RU RU2017136569A patent/RU2652126C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101745114A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-06-23 | 浙江工业大学 | 一种对葡萄糖敏感可自控释胰岛素的生物材料的制备方法 |
| RU2484475C1 (ru) * | 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) | Способ получения биоспецифического гидрогелевого сорбента для выделения протеиназ |
| RU2499003C1 (ru) * | 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) | Способ получения полиакриламидного гидрогеля |
| US20170007676A1 (en) * | 2013-08-15 | 2017-01-12 | De Montfort University | Matrix gel |
Non-Patent Citations (3)
| 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 (ru) | Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей | |
| Yu et al. | Advances in bioresponsive closed-loop drug delivery systems | |
| CN104395391B (zh) | 双重衍生化的壳聚糖纳米粒子以及制造和使用其用于体内基因转移的方法 | |
| JP3425147B2 (ja) | ポリアニオン性多糖の非水溶性誘導体 | |
| Li et al. | Thermosensitive hydrogel microneedles for controlled transdermal drug delivery | |
| Shen et al. | Glucose-responsive hydrogel-based microneedles containing phenylborate ester bonds and N-isopropylacrylamide moieties and their transdermal drug delivery properties | |
| US6235726B1 (en) | Water insoluble derivatives of polyanionic polysaccharides | |
| JPH03502704A (ja) | 水不溶性バイオ適合性ゲルの製造方法 | |
| WO2016155082A1 (zh) | 一种溶胀型丝素蛋白微针给药系统及其制备方法 | |
| SU1002356A1 (ru) | Способ получени иммобилизованного фибринолизина | |
| JP7529914B2 (ja) | 不溶性の経皮マイクロニードルパッチ及びその調製方法並びに応用 | |
| CN110256669A (zh) | 巯基/硼酸基修饰聚合物、葡萄糖敏感水凝胶组合物、葡萄糖敏感载药水凝胶及其制备方法 | |
| CN109161036A (zh) | 一种葡聚糖水凝胶及其制备方法 | |
| CN112316214B (zh) | 一种重组胶原蛋白可注射水凝胶及其制备方法 | |
| CN115304795B (zh) | 一种温度和pH双重响应的可注射自愈水凝胶及其制备方法和应用 | |
| RU2066551C1 (ru) | Способ получения инсулинсодержащих полимерных гидрогелей | |
| RU2652126C1 (ru) | Способ получения глюкозочувствительных полимерных гидрогелей | |
| JPH10505322A (ja) | カゼインから得られるプペチドを浸透圧剤としておよび重炭酸塩イオンを緩衝剤として含む透析液 | |
| US20230218797A1 (en) | Hemostatic polymer material kit | |
| CN116135877A (zh) | 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 | |
| US20090312235A1 (en) | Method for producing insulin in the form of an oral preparation | |
| Shtilman | Polymers for medicobiological use | |
| CN104645348B (zh) | 一种水凝胶及其制备方法 | |
| Valuev et al. | Glucose-Sensitive Hydrogels for the Controlled Release of Insulin | |
| RU2342147C1 (ru) | Способ получения полимерных гидрогелей, содержащих физиологически активные вещества |