斯坦福大学的工程师们已经开发出一种可注射的水凝胶储存技术，这种技术可以使GLP-1药物每四个月注射一次，而不是每天重复注射。图片来源:Andrea Ivana d'Aquino /斯坦福大学
2型糖尿病治疗的创新是革命性的通过饮食管理药物，尽管每天注射的要求给一些人带来了困难。一种新的水凝胶可能意味着一年只需注射三次。
斯坦福大学的材料工程师开发了一种新型的水凝胶药物输送系统，可以将每天或每周注射的糖尿病和体重控制药物(如Ozempic, Mounjaro, Trulicity, Victoza等)转变为每四个月注射一次。
在发表在《细胞报告医学》杂志上的一项新研究中，研究人员认为，这样一个系统将极大地改善糖尿病和体重的管理，提高患者的药物依从性，并帮助2型糖尿病患者改善长期健康状况。
这些药物都是通过模拟胰高血糖素样肽1 (GLP-1)起作用的。但是，尽管它们在帮助人们控制饮食和体重方面做得很好，但对许多患者来说，典型的每日或每周注射是一种负担。
斯坦福大学材料科学与工程副教授埃里克·阿佩尔(Eric Appel)说:“坚持是2型糖尿病管理中最大的挑战之一。”他也是这种新型水凝胶的首席研究员，这种水凝胶可以在几个月内缓慢释放饮食控制药物。“一年只需要打三针，就能让糖尿病或肥胖症患者更容易坚持服药。”
全世界有5亿人患有2型糖尿病，仅在美国就有1.3亿人。据估计，美国每年的治疗费用高达4000亿美元。最近才推出的GLP-1药物被描述为“神奇的药物”，几乎没有副作用，而且通过帮助患者感到更饱、更少饥饿，以及针对其他与奖励相关的饮食效果，对能量摄入进行了深刻的控制。
新型纳米复合水凝胶
水凝胶的秘密在于其核心的纳米颗粒的独特物理特性。水凝胶并不是什么新鲜事物——例如，现在很多人都戴着由水凝胶制成的隐形眼镜——但这些隐形眼镜经过设计可以抵抗撕裂并保持形状。相反，阿佩尔的水凝胶是由聚合物和纳米颗粒组成的，它们彼此之间的结合很弱，这样就可以像凝胶一样粘在一起，但随着时间的推移会慢慢消散。水凝胶是由聚合物链和纳米颗粒组成的网状结构组成的，这些纳米颗粒可以固定药物分子，直到网状结构溶解，释放药物。
阿佩尔解释说:“我们的水凝胶需要几个月的时间才能像方糖一样一个分子一个分子地溶解在水中。”“我经常说的是，网状物是由一种分子尼龙搭扣(Velcro)粘合在一起，粘合得很好，但很容易被拉开。”
这种新的水凝胶，技术上被称为聚合物纳米颗粒(PNP)水凝胶，具有“恰到好处”的流体状流动质量，可以用现成的针头轻松注射，但凝胶状的稳定性足以在体内持续整整四个月。GLP-1药物的分子被配制成水凝胶，随着时间的推移，水凝胶也会慢慢融化。
医生将一小块被称为“储藏库”的满载药物的水凝胶注射到皮肤下一个方便的位置，比如腋下。工程师的关键是设计水凝胶，使这个仓库足够小，让病人感到舒适和不显眼，但又足够大，足够耐用，可以持续整整四个月。阿佩尔认为，他的团队已经实现了这种控制。
阿佩尔说:“我们选择四个月的时间，是为了配合人们实际与医生或内分泌学家见面的节奏，这也是为什么我们对释放期如此明确的原因。”
有前途的潜在
到目前为止，该团队已经在实验室大鼠身上测试了这种新的药物输送系统，取得了很大的成功。Appel指出，在大鼠中，与每日注射一种领先的商业药物相比，单次注射这种基于水凝胶的疗法可以改善血糖和体重的管理。
Appel说，虽然这种特殊的水凝胶是专门为GLP-1 4个月的检查方案设计的，但该团队已经成功地调整了释放时间框架，从几天到6个月不等。他补充说，这种系统已经被用于其他蛋白质、疫苗，甚至治疗细胞，有证据表明，GLP-1药物也可以降低心血管疾病的风险。
所有这些迹象都表明，这种给药系统有可能应用于其他药物和其他条件。
阿佩尔谈到未来的前景时说:“对于患有1型糖尿病的儿童，甚至有非常有希望的结果。”
接下来将在猪身上进行测试，猪的皮肤和内分泌系统与人类最相似。如果这些试验按计划进行，阿佩尔可能会在一年半到两年内进行人体临床试验。
阿佩尔说:“至少，我们已经为延长基于glp -1的治疗性抗糖尿病和抗肥胖治疗的释放铺平了道路，这可能对2型糖尿病的管理产生有益的影响，也许对其他疾病也有好处。”
参考文献:“使用一种生物凝胶库技术持续递送GLP-1受体拮抗剂减轻糖尿病管理负担”，作者:Andrea I. d'Aquino, Caitlin L. Maikawa, Leslee T. Nguyen, Katie Lu, Ian a . Hall, Carolyn K. Jons, Catherine M. Kasse, Jerry Yan, Alexander N. Prossnitz, Enmian Chang, Sam W. Baker, Lars Hovgaard, Dorte B. Steensgaard, Hanne B. Andersen, Lotte Simonsen和Eric a . Appel, 2023年11月21日，Cell Reports Medicine。DOI: 10.1016 / j.xcrm.2023.101292
其他共同作者有博士后Andrea d'Aquino(第一作者);前研究生凯特琳·Maikawa(21届博士)和凯瑟琳·卡斯(22届博士);博士生Leslee Nguyen和Jerry Yan;研究生Katie Lu, Ian Hall和Carolyn Jons;博士后亚历山大·普罗斯尼茨;本科研究员张恩勉;以及临床兽医山姆·贝克。来自诺和诺德的研究人员也是作者之一。Appel是斯坦福森林环境研究所的高级研究员，Sarafan ChEM-H的教员研究员，也是斯坦福Bio-X、心血管研究所、吴仔人类绩效联盟、妇幼健康研究所(MCHRI)、斯坦福癌症研究所和吴仔神经科学研究所的成员。
这项研究的部分资金来自美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所，以及斯坦福糖尿病研究中心的种子基金。
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