RU2753018C1 - Nanostructured composition for oral delivery of insulin and method for production thereof - Google Patents
Nanostructured composition for oral delivery of insulin and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753018C1 RU2753018C1 RU2020124291A RU2020124291A RU2753018C1 RU 2753018 C1 RU2753018 C1 RU 2753018C1 RU 2020124291 A RU2020124291 A RU 2020124291A RU 2020124291 A RU2020124291 A RU 2020124291A RU 2753018 C1 RU2753018 C1 RU 2753018C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chitosan
- insulin
- gold
- nanoparticles
- composition
- Prior art date
Links
- 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 title claims abstract description 176
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 title claims abstract description 93
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 title claims abstract description 83
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 title claims abstract description 83
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims abstract description 93
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 59
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 4
- 101001012217 Conus geographus Con-Ins G3 Proteins 0.000 claims description 3
- 101001012221 Conus tulipa Con-Ins T3 Proteins 0.000 claims description 3
- 230000006196 deacetylation Effects 0.000 claims description 3
- 238000003381 deacetylation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 claims description 3
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 3
- 238000004809 thin layer chromatography Methods 0.000 claims description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 9
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 abstract description 7
- 239000008280 blood Substances 0.000 abstract description 7
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 6
- 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 abstract description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 5
- 239000008103 glucose Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract description 2
- 229910004042 HAuCl4 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 9
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 7
- 229940125395 oral insulin Drugs 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 description 6
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 6
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 description 6
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 description 6
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000003232 mucoadhesive effect Effects 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 4
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- 102000015728 Mucins Human genes 0.000 description 3
- 108010063954 Mucins Proteins 0.000 description 3
- 208000037273 Pathologic Processes Diseases 0.000 description 3
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 3
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 3
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 3
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 3
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 3
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 3
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 3
- 230000009054 pathological process Effects 0.000 description 3
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- HIMXGTXNXJYFGB-UHFFFAOYSA-N alloxan Chemical compound O=C1NC(=O)C(=O)C(=O)N1 HIMXGTXNXJYFGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 210000003976 gap junction Anatomy 0.000 description 2
- 230000002218 hypoglycaemic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003870 intestinal permeability Effects 0.000 description 2
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 2
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 2
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 2
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000007920 subcutaneous administration Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000019901 Anxiety disease Diseases 0.000 description 1
- 208000017667 Chronic Disease Diseases 0.000 description 1
- 241000238424 Crustacea Species 0.000 description 1
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTKXFMQHOOWWEB-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide/propylene oxide copolymer Chemical compound CCCOC(C)COCCO CTKXFMQHOOWWEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 1
- 241000237858 Gastropoda Species 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 206010060378 Hyperinsulinaemia Diseases 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- 229920006022 Poly(L-lactide-co-glycolide)-b-poly(ethylene glycol) Polymers 0.000 description 1
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010040880 Skin irritation Diseases 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 206010067584 Type 1 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000000333 X-ray scattering Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009435 amidation Effects 0.000 description 1
- 238000007112 amidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036506 anxiety Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229960000074 biopharmaceutical Drugs 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 210000004443 dendritic cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 1
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 1
- 210000002249 digestive system Anatomy 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007515 enzymatic degradation Effects 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 210000002919 epithelial cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 210000004211 gastric acid Anatomy 0.000 description 1
- 230000002496 gastric effect Effects 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical compound [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000003451 hyperinsulinaemic effect Effects 0.000 description 1
- 201000008980 hyperinsulinism Diseases 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000028709 inflammatory response Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007794 irritation Effects 0.000 description 1
- 231100001252 long-term toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 210000002540 macrophage Anatomy 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229940051875 mucins Drugs 0.000 description 1
- 210000003097 mucus Anatomy 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 210000000944 nerve tissue Anatomy 0.000 description 1
- 229940096978 oral tablet Drugs 0.000 description 1
- 239000007935 oral tablet Substances 0.000 description 1
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 210000005259 peripheral blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000011886 peripheral blood Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229920001983 poloxamer Polymers 0.000 description 1
- 229920001993 poloxamer 188 Polymers 0.000 description 1
- 229940044519 poloxamer 188 Drugs 0.000 description 1
- 229920000083 poly(allylamine) Polymers 0.000 description 1
- 108700022290 poly(gamma-glutamic acid) Proteins 0.000 description 1
- 229920001606 poly(lactic acid-co-glycolic acid) Polymers 0.000 description 1
- 238000002264 polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 210000003240 portal vein Anatomy 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 230000004952 protein activity Effects 0.000 description 1
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 102220240796 rs553605556 Human genes 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010040872 skin infection Diseases 0.000 description 1
- 210000000813 small intestine Anatomy 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000001839 systemic circulation Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 210000001578 tight junction Anatomy 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
- A61K31/185—Acids; Anhydrides, halides or salts thereof, e.g. sulfur acids, imidic, hydrazonic or hydroximic acids
- A61K31/19—Carboxylic acids, e.g. valproic acid
-
- 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
- A61K47/30—Macromolecular organic or inorganic compounds, e.g. inorganic polyphosphates
- A61K47/36—Polysaccharides; Derivatives thereof, e.g. gums, starch, alginate, dextrin, hyaluronic acid, chitosan, inulin, agar or pectin
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
- A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
- A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P3/00—Drugs for disorders of the metabolism
- A61P3/08—Drugs for disorders of the metabolism for glucose homeostasis
- A61P3/10—Drugs for disorders of the metabolism for glucose homeostasis for hyperglycaemia, e.g. antidiabetics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Diabetes (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Endocrinology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Zoology (AREA)
- Obesity (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая группа изобретений относится к медицине, фармакологии и биотехнологии, и касается наноструктурированной инсулин-хитозановой композиции для пероральной системы доставки инсулина и способа ее изготовления, которая может быть использована, например, для лечения сахарного диабета.The proposed group of inventions relates to medicine, pharmacology and biotechnology, and concerns a nanostructured insulin-chitosan composition for an oral insulin delivery system and a method for its manufacture, which can be used, for example, for the treatment of diabetes mellitus.
Диабет - серьезная хроническая болезнь, которая значительно увеличилась за последние годы. Инсулин представляет собой белок с большой молекулярной массой, он является наиболее используемым и эффективным препаратом для лечения диабета. Молекула инсулина была открыта в 1922 году, с тех пор пептиды и белки стали использоваться в качестве биофармацевтических препаратов благодаря их преимуществам, таким как высокая активность, специфичность и эффективность по сравнению с обычными лекарственными средствами, но пероральные составы белков все еще находятся в стадии разработки. Основная проблема заключается в том, что пищеварительная система метаболизирует инсулин, прежде чем он сможет достичь русла крови. Вдоль желудочно-кишечного тракта существует несколько барьеров, которые необходимо преодолеть, чтобы увеличить биодоступность инсулина. Например, уровень pH в желудке, ферментативная активность, присутствие слизи и плохая проницаемость через кишечный эпителий являются основными проблемами для активности и эффективности белка (Hosseininasab S. et al. Retracted : Synthesis, Characterization, and In vitro Studies of PLGA - PEG Nanoparticles for Oral Insulin Delivery // Chem Biol Drug Des. 2014. Vol. 84, № 3. P. 307-315).Diabetes is a serious chronic disease that has increased significantly in recent years. Insulin is a protein with a high molecular weight and is the most used and effective drug for the treatment of diabetes. The insulin molecule was discovered in 1922, since then peptides and proteins have been used as biopharmaceuticals due to their advantages, such as higher potency, specificity and efficacy compared to conventional drugs, but oral protein formulations are still under development. The main problem is that the digestive system metabolizes insulin before it can reach the bloodstream. There are several barriers along the gastrointestinal tract that must be overcome in order to increase the bioavailability of insulin. For example, gastric pH, enzymatic activity, the presence of mucus, and poor intestinal permeability are major concerns for protein activity and efficiency (Hosseininasab S. et al. Retracted: Synthesis, Characterization, and In vitro Studies of PLGA - PEG Nanoparticles for Oral Insulin Delivery // Chem Biol Drug Des. 2014. Vol. 84, No. 3. P. 307-315).
Одной из причин плохого контроля диабета является необходимость ежедневных инъекций пациентам. Подкожное введение инсулина в принципе не физиологично, потому что оно осуществляется в место, не самое подходящее с анатомической и физиологической точки зрения. В естественной физиологии млекопитающих инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой, доставляется в систему воротной вены и транспортируется в печень. При подкожном введении инсулина он вначале проходит по большому и малому кругам кровообращения, и для достижения физиологической концентрации инсулина в печени необходим гораздо более высокий уровень инсулина в периферической крови, чем это бывает у здорового человека, что приводит к периферической гиперинсулинемии. Пероральная же доставка имитирует эндогенный путь инсулина после секреции, так как он подвергается первому прохождению в печень, а не в системный кровоток. Кроме того, пероральная доставка инсулина обеспечит следующие преимущества по сравнению с подкожным введением инсулина: уменьшение боли, снижение вероятности кожных инфекций и раздражений; уменьшение тревоги и травм, связанных с инъекциями; предотвращение развития диабета (лечение низкими дозами инсулина перорально предполагает это); улучшение контроля диабета за счет непрерывного всасывания и доступности инсулина в течение многих часов. Несмотря на ряд исследований по преодолению барьеров для пероральной доставки инсулина, до сих пор ни одно из них не вышло за пределы лабораторного стенда и не получило коммерческого применения ввиду использования сложных и наукоемких препаратов из-за нестабильности белков в условиях желудочно-кишечного тракта и риска получения побочных эффектов.One of the reasons for poor diabetes control is the need for daily injections in patients. In principle, the subcutaneous administration of insulin is not physiological, because it is carried out in a place that is not the most suitable from an anatomical and physiological point of view. In the natural physiology of mammals, insulin produced by the pancreas is delivered to the portal vein system and transported to the liver. When insulin is injected subcutaneously, it first passes through the large and small circles of blood circulation, and to achieve the physiological concentration of insulin in the liver, a much higher level of insulin in the peripheral blood is required than in a healthy person, which leads to peripheral hyperinsulinemia. Oral delivery, on the other hand, mimics the endogenous pathway of insulin after secretion, as it undergoes a first pass to the liver rather than to the systemic circulation. In addition, oral delivery of insulin will provide the following advantages over subcutaneous administration of insulin: reduced pain, reduced likelihood of skin infections and irritation; reducing anxiety and injury associated with injections; preventing the development of diabetes (treatment with low-dose oral insulin suggests this); improving diabetes control through continuous absorption and availability of insulin over many hours. Despite a number of studies on overcoming barriers to oral delivery of insulin, so far none of them have gone beyond the laboratory bench and have not received commercial application due to the use of complex and science-intensive drugs due to the instability of proteins in the gastrointestinal tract and the risk of obtaining side effects.
При решении проблемы низкой стабильности инсулина в желудочно-кишечном тракте и низкой кишечной проницаемости хорошей стратегией улучшения пероральной биодоступности инсулина представляется инкапсуляция инсулина в наночастицах на полимерной основе. В последние годы различные стратегии и полимеры использовались для инкапсуляции инсулина и его пероральной доставки: хитозан, декстран, альгинат, поли (γ-глутаминовая кислота), гиалуроновая кислота, полилактид, полилактидглиголид (PLGA), поликапролактон (PCL), акриловые полимеры, полиаллиламин. Были выполнены многообещающие исследования и получены положительные результаты, но пока еще нет системы наночастиц на полимерной основе для перорального введения инсулина на рынке. Также отсутствуют долгосрочные исследования токсичности разработанных носителей. (Fonte P. et al. Polymer-based nanoparticles for oral insulin delivery: Revisited approaches // Biotechnology Advances. 2015. Vol. 33, № 6. P. 1342-1354).In addressing the problem of low stability of insulin in the gastrointestinal tract and low intestinal permeability, encapsulation of insulin in polymer-based nanoparticles appears to be a good strategy for improving the oral bioavailability of insulin. In recent years, various strategies and polymers have been used to encapsulate insulin and deliver it orally: chitosan, dextran, alginate, poly (γ-glutamic acid), hyaluronic acid, polylactide, polylactide glygolide (PLGA), polycaprolactone (PCL), acrylic polymers, polyallylamine. There have been promising studies and positive results, but as yet there is no polymer-based nanoparticle system for oral administration of insulin on the market. There are also no long-term toxicity studies of the developed carriers. (Fonte P. et al. Polymer-based nanoparticles for oral insulin delivery: Revisited approaches // Biotechnology Advances. 2015. Vol. 33, No. 6. P. 1342-1354).
В настоящее время перспективным средством пероральной доставки инсулина считаются наночастицы на основе хитозана. К преимуществам наночастиц на основе хитозана можно отнести следующее. Хитозан является нетоксичным и биосовместимым полисахаридом, полученным из раковин ракообразных и насекомых, его безопасность продемонстрирована как на животных моделях, так и на людях. Хитозан, доступный в форме таблеток для перорального применения, может снизить потребление жира и холестерина в рационе. В дополнение к защите инсулина от кислотной денатурации и ферментативной деградации, наночастицы на основе хитознана обладают мукоадгезивным свойством, способным продлить время их пребывания в тонкой кишке. Более того, хитозан может опосредовать открытие плотных контактов между эпителиальными клетками, тем самым способствуя параклеточному транспорту инсулина.Currently, chitosan-based nanoparticles are considered a promising means of oral insulin delivery. The advantages of chitosan-based nanoparticles include the following. Chitosan is a non-toxic and biocompatible polysaccharide derived from crustacean and insect shells and has been demonstrated to be safe in both animal and human models. Chitosan, available as an oral tablet, can reduce the intake of fat and cholesterol in the diet. In addition to protecting insulin from acid denaturation and enzymatic degradation, chitosnan nanoparticles have mucoadhesive properties that can prolong their residence time in the small intestine. Moreover, chitosan may mediate the opening of tight junctions between epithelial cells, thereby facilitating paracellular insulin transport.
Известен способ синтеза модифицированных частиц хитозана для пероральной доставки инсулина по патенту US 9828445, МПК A61K 47/36, C08B 37/08, C08F 251/00, A61K 38/28, A61K 47/32, публ. 28.11.2017 г., включающий амидирование хитозана жирной кислотой, модифицированной жирной кислотой и/или аминокислотой. Это сложный многоступенчатый процесс химической модификации жирной кислоты или аминокислоты с использованием катализатора и с последующей сшивкой для получения модифицированных частиц хитозана. Инсулин загружают на модифицированные частицы хитозана путем смешивания частиц хитозана с инсулином для образования смеси, смесь инкубируют при температуре и по времени, достаточных для полной адсорбции инсулина на частицах, затем смесь центрифугируют для выделения частиц. Помимо сложности реакции недостатком является также использование токсичных по отношению к нервным тканям веществ - алкилакриламидов, поскольку на амидированный хитозан по данному способу прививают N-изопропилакриламид (NIPAm). Помимо этого, полученные частицы при пероральной доставке не будут достаточно защищены от действия ферментов желудочного сока.A known method for the synthesis of modified particles of chitosan for oral delivery of insulin according to US patent 9828445, IPC A61K 47/36, C08B 37/08, C08F 251/00, A61K 38/28, A61K 47/32, publ. November 28, 2017, including the amidation of chitosan with a fatty acid modified with a fatty acid and / or amino acid. This is a complex multistage process of chemical modification of a fatty acid or amino acid using a catalyst and subsequent crosslinking to obtain modified chitosan particles. Insulin is loaded onto modified chitosan particles by mixing chitosan particles with insulin to form a mixture, the mixture is incubated at a temperature and time sufficient for complete adsorption of insulin on the particles, then the mixture is centrifuged to isolate the particles. In addition to the complexity of the reaction, the disadvantage is the use of substances toxic to nerve tissues - alkylacrylamides, since N-isopropylacrylamide (NIPAm) is grafted onto the amidated chitosan using this method. In addition, the resulting particles, when delivered orally, will not be sufficiently protected from the action of gastric acid enzymes.
Известен способ получения наночастиц, нагруженных инсулином, путем самостоятельного гелеобразования на основе хитозана и водорастворимого муцина улитки в качестве природных полимеров. Для этого использовали ионное взаимодействие муцинов с хитозаном в различных концентрациях с применением плюроников и поливинилового спирта в качестве твердого поверхностно-активного вещества. Такой состав был выбран для обеспечения необходимой динамики для формирования наночастиц при сохранении свойств поверхности, которые будут способствовать инкапсуляции инсулина. (Mumuni M.A. et al. Insulin-loaded mucoadhesive nanoparticles based on mucin-chitosan complexes for oral delivery and diabetes treatment // Carbohydrate Polymers. 2020. Vol. 229. P. 115506). Смесь хитозана и муцина перемешивают с использованием гомогенизации, затем к смеси добавляют 5 мл раствора инсулина и осторожно перемешивают с помощью магнитной мешалки в течение 3 минут при 200 об / мин. После этого к фазе, содержащей инсулин и хитозан, добавляют водную фазу, содержащую смесь полоксамера-188 и поливинилового спирта, и гомогенизируют в течение 5 мин при 12000 об / мин. Препарат дополнительно подвергают ультразвуковой обработке при 80 Вт в течение 2 минут на ледяной бане. Затем, аликвоты наночастиц дважды промывают деионизированной водой центрифугированием (10000 об / мин, 10°С, 60 мин) и затем лиофилизируют для получения наночастиц с инсулином. Недостатком аналога, помимо сложности изготовления препарата, является то, что ультразвук разрушает хитозан до олигомера. Последний не обладает мукоадгезивными свойствами, в результате доставка инсулина в русло крови будет ограниченной. Метод также является энергозатратным. A known method of producing nanoparticles loaded with insulin by self-gelation based on chitosan and water-soluble snail mucin as natural polymers. For this, the ionic interaction of mucins with chitosan at various concentrations was used with the use of pluronics and polyvinyl alcohol as a solid surfactant. This composition was chosen to provide the necessary dynamics for the formation of nanoparticles while maintaining surface properties that would facilitate the encapsulation of insulin. (Mumuni M.A. et al. Insulin-loaded mucoadhesive nanoparticles based on mucin-chitosan complexes for oral delivery and diabetes treatment // Carbohydrate Polymers. 2020. Vol. 229. P. 115506). The mixture of chitosan and mucin is stirred using homogenization, then 5 ml of insulin solution is added to the mixture and gently stirred with a magnetic stirrer for 3 minutes at 200 rpm. Thereafter, an aqueous phase containing a mixture of Poloxamer-188 and polyvinyl alcohol is added to the phase containing insulin and chitosan, and homogenized for 5 minutes at 12,000 rpm. The drug is additionally subjected to ultrasonic treatment at 80 W for 2 minutes in an ice bath. Then, aliquots of nanoparticles are washed twice with deionized water by centrifugation (10,000 rpm, 10 ° C, 60 min) and then lyophilized to obtain nanoparticles with insulin. The disadvantage of the analogue, in addition to the complexity of the preparation of the drug, is that ultrasound destroys chitosan to an oligomer. The latter does not possess mucoadhesive properties; as a result, the delivery of insulin into the bloodstream will be limited. The method is also energy intensive.
Известна наноструктурированная инсулин-хитозановая композиция наночастиц для пероральной доставки инсулина и способ ее изготовления WO 2019148810, кл. A61K 38/28, A61K 9/51, A61K 47/36, A61P 3/10, опубл. 08.08.2019. Наноструктурированная инсулин-хитозановая композиция наночастиц для пероральной доставки инсулина имеет структуру ядро-оболочка, указанное ядро представляет собой нанокомпозитное ядро, состоящее из соли четвертичного аммония хитозана и инсулина, указанная оболочка представляет собой гиалуроновую кислоту или тиолированную гиалуроновую кислоту, нанесенную на поверхность указанного ядра. Способ изготовления прототипа состоит из изготовления указанных ядер по технологии FNC и изготовления указанных оболочек путем нанесения на поверхность указанных ядер гиалуроновой кислоты. Недостатком прототипа является то, что необходимы специальные приемы для получения гиалуроновой кислоты высокой молекулярной массы, которая способна обеспечить защитные функции. Кроме того, гиалуроновая кислота быстро разлагается целым семейством ферментов, а продукты ее разложения, в отличии от высокомолекулярного полисахарида, способны индуцировать воспалительный ответ в макрофагах и дендритных клетках. Known nanostructured insulin-chitosan composition of nanoparticles for oral delivery of insulin and a method for its manufacture WO 2019148810, class. A61K 38/28, A61K 9/51, A61K 47/36, A61P 3/10, publ. 08.08.2019. The nanostructured insulin-chitosan composition of nanoparticles for oral delivery of insulin has a core-shell structure, said core is a nanocomposite core consisting of a quaternary ammonium salt of chitosan and insulin, said shell is hyaluronic acid or thiolated hyaluronic acid applied to the surface of said core. A method for manufacturing a prototype consists of manufacturing said cores using FNC technology and manufacturing said shells by applying hyaluronic acid to the surface of said nuclei. The disadvantage of the prototype is that special techniques are required to obtain hyaluronic acid of high molecular weight, which is capable of providing protective functions. In addition, hyaluronic acid is rapidly degraded by a whole family of enzymes, and its degradation products, in contrast to the high molecular weight polysaccharide, are capable of inducing an inflammatory response in macrophages and dendritic cells.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является наноструктурированная композиция для пероральной доставки инсулина, известная из источника Hrushikesh M Joshi. et al., Chitosan Reduced Gold Nanoparticles as Novel Carriers for Transmucosal Delivery of Insulin. Pharmaceutical Research, 2007, Vol.24, N.8, pp.1415-1426, принятая за ближайший аналог (прототип). Наноструктурированная композиция для пероральной доставки инсулина состоит из сферических наночастиц золота, последовательно покрытых хитозаном и инсулином. Недостатком прототипа является отсутствие оболочки, защищающей слой инсулина от разрушающего действия ЖКТ при пероральном применении. Также способ изготовления наночастиц золота прототипа не обеспечивает узкого распределения наночастиц по размерам, что является важным для транспорта наночастиц в ЖКТ. Более того, значительная часть фракций (до 40%) композиции прототипа содержит наночастицы золота с размером 30-50 нм, что будет приводить к формированию конечных многослойных инсулиносодержащих структур с размерами, препятствующими проникновению через щелевые контакты ЖКТ. Таким образом, только часть инсулиносодержащих структур будет попадать в русло крови (внутреннюю среду).Closest to the proposed invention is a nanostructured composition for oral delivery of insulin, known from the source Hrushikesh M Joshi. et al., Chitosan Reduced Gold Nanoparticles as Novel Carriers for Transmucosal Delivery of Insulin. Pharmaceutical Research, 2007, Vol. 24, No. 8, pp. 1415-1426, taken as the closest analogue (prototype). The nanostructured composition for oral delivery of insulin consists of spherical gold nanoparticles sequentially coated with chitosan and insulin. The disadvantage of the prototype is the lack of a shell that protects the insulin layer from the destructive action of the gastrointestinal tract when administered orally. Also, the method for manufacturing gold nanoparticles of the prototype does not provide a narrow nanoparticle size distribution, which is important for the transport of nanoparticles in the gastrointestinal tract. Moreover, a significant part of the fractions (up to 40%) of the prototype composition contains gold nanoparticles with a size of 30-50 nm, which will lead to the formation of final multilayer insulin-containing structures with dimensions that prevent penetration through the gap junctions of the gastrointestinal tract. Thus, only part of the insulin-containing structures will enter the bloodstream (internal environment).
Задачей, на решение которой направлена группа изобретений, является получение наноструктурированной композиции для пероральной доставки инсулина, обеспечивающей поступление инсулина в русло крови (внутреннюю среду) из полости желудочно-кишечного тракта с последующим пролонгированным выделением инсулина из препарата в кровь. The task to be solved by the group of inventions is to obtain a nanostructured composition for oral delivery of insulin, which ensures the flow of insulin into the bloodstream (internal environment) from the cavity of the gastrointestinal tract with subsequent prolonged release of insulin from the preparation into the blood.
Техническим результатом от использования предлагаемой группы изобретений является увеличение времени воздействия инсулина, пролонгированное снижение содержания глюкозы в крови, повышение безопасности и биосовместимости, снижение токсичности. The technical result from the use of the proposed group of inventions is an increase in the time of insulin exposure, a prolonged decrease in blood glucose, an increase in safety and biocompatibility, and a decrease in toxicity.
Поставленная задача достигается тем, что в наноструктурированной композиции для пероральной доставки инсулина, содержащей наночастицы со структурой ядро-оболочка, в которых ядро выполнено в виде наночастиц золота, последовательно покрытых хитозаном и инсулином, ядро композиции дополнительно покрыто оболочкой из хитозана, при этом размеры формируемых наночастиц золота составляют 3-15 нм, наночастиц золота-хитозан - 130-143 нм, наночастиц золота-хитозан-инсулин - 148-160 нм, наночастиц золота-хитозан-инсулин-хитозан - 175-190 нм.The task is achieved by the fact that in a nanostructured composition for oral delivery of insulin containing nanoparticles with a core-shell structure, in which the core is made in the form of gold nanoparticles, sequentially coated with chitosan and insulin, the core of the composition is additionally coated with a shell of chitosan, while the size of the formed nanoparticles gold nanoparticles are 3-15 nm, gold nanoparticles-chitosan - 130-143 nm, gold nanoparticles-chitosan-insulin - 148-160 nm, gold nanoparticles-chitosan-insulin-chitosan - 175-190 nm.
Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления наноструктурированной композиции для пероральной доставки инсулина, включающем формирование ядер и изготовление оболочек наночастиц, входящих в композицию, ядра наночастиц формируют путем полного восстановления трехвалентного золота Au3+ до нульвалентного состояния при УФ-облучении из допанта золотохлористоводородной кислоты HAuCl4 в водно-уксуснокислом растворе хитозана при следующем соотношении компонентов, мас.%: хитозан - 3, уксусная кислота - 1,5, HAuCl4 - 4,5 от массы сухого полисахарида, вода - остальное, после чего на поверхность полученных наносфер из золота, стабилизированного слоем хитозана, наносят слой инсулина, вводя раствор инсулина непосредственно в дисперсию наносфер, причем используют соотношение массы наносфер из золота, покрытых хитозаном, к массе инсулина 3:1, а оболочки наночастиц инсулин-хитозановой композиции получают добавлением дисперсии «наносферы из золота-хитозан-инсулин» в избыток раствора хитозана; в качестве высокоэффективного стабилизатора используют хитозан с молекулярной массой от 100 000 до 250 000 и степенью деацетилирования 78-82%; процесс зарождения и роста наносфер из золота контролируют спектрофотометрически, по полосе поглощения, соответствующей плазмонному резонансу наночастиц золота при λ = 520-550 нм до тех пор, пока максимум поглощения не перестает изменяться; концентрацию хитозана, соответствующую полной его адсорбции поверхностями наносфер из золота, определяют методом тонкослойной хроматографии, а также дополнительно контролируют отсутствие в растворе неадсорбированного хитозана методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.This task is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a nanostructured composition for oral delivery of insulin, including the formation of nuclei and the production of shells of nanoparticles included in the composition, the nuclei of nanoparticles are formed by the complete reduction of trivalent gold Au 3+ to a zero-valence state under UV irradiation from the dopant gold chloride. acid HAuCl 4 in an aqueous acetic acid solution of chitosan at the following ratio of components, wt%: chitosan - 3, acetic acid - 1.5, HAuCl 4 - 4.5 from the mass of dry polysaccharide, water - the rest, after which on the surface of the resulting nanospheres of gold stabilized with a layer of chitosan, a layer of insulin is applied by introducing an insulin solution directly into the dispersion of nanospheres, and the ratio of the mass of gold nanospheres coated with chitosan to the mass of insulin is 3: 1, and the shells of nanoparticles of the insulin-chitosan composition are obtained by adding a dispersion of nanospheres from gold-chitosan-insulin "in excess of races chitosan; chitosan with a molecular weight of 100,000 to 250,000 and a degree of deacetylation of 78-82% is used as a highly effective stabilizer; the process of nucleation and growth of gold nanospheres is monitored spectrophotometrically, according to the absorption band corresponding to the plasmon resonance of gold nanoparticles at λ = 520-550 nm until the absorption maximum stops changing; the concentration of chitosan, corresponding to its complete adsorption by the surfaces of gold nanospheres, is determined by thin layer chromatography, and the absence of unadsorbed chitosan in the solution is additionally monitored by high performance liquid chromatography.
На фиг. 1 схематично представлена структура наночастиц предлагаемой наноструктурированной композиции для пероральной доставки инсулина.FIG. 1 schematically shows the structure of nanoparticles of the proposed nanostructured composition for oral delivery of insulin.
На фиг. 2 приведены ТЭМ изображения наносфер из золота (а) и распределения их по размерам по данным ТЭМ (гистограмма) и РМУ (кривая) (б), где TЭM - высокоразрешающая просвечивающая электронная микроскопия, РМУ - рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами.FIG. Figure 2 shows TEM images of gold nanospheres (a) and their size distributions according to TEM (histogram) and PMU (curve) (b) data, where TEM is high-resolution transmission electron microscopy and PMU is low-angle X-ray scattering.
Наноструктурированная композиция для пероральной доставки инсулина, содержит наносферы из золота 1 размером 3-15 нм, стабилизированные слоем хитозана 2, покрытые слоем инсулина 3 и полимолекулярной защитной оболочкой 4 из хитозана. The nanostructured composition for oral delivery of insulin contains
Способ изготовления наноструктурированной композиции для пероральной доставки инсулина осуществляют следующим образом. A method of manufacturing a nanostructured composition for oral insulin delivery is carried out as follows.
Устойчивую водную дисперсию наносфер из золота 1, каждая из которых стабилизирована слоем хитозана 2, получают УФ-восстановлением Au3+ из допанта золотохлористоводородной кислоты HAuCl4 до нульвалентного состояния в растворах хитозана, допированных золотохлористоводородной кислотой. При разработке способа получения наносфер золота в основу были положены результаты работ Шульпина Г.Б. с соавторами по детальному исследованию фотолиза золотосодержащих соединений в водных растворах [Шульпин, Г.Б. Фотохимическое хлорирование насыщенных и ароматических углеводородов / Г.Б. Шульпин, П. Ледерер, Ю.В. Гепетий // ЖОХ - 1987. - Т. 57. - № 3 - С. 619.]. Механизм восстановления золотохлористоводородной кислоты представлен следующей схемой:A stable aqueous dispersion of
Реакцию восстановления Au3+ из допанта золотохлористоводородной кислоты (HAuCl4) проводили непосредственно в водно-уксуснокислом растворе хитозана при следующем соотношении компонентов, мас.%:The reduction of Au 3+ from the dopant chloroauric acid (HAuCl 4 ) was carried out directly in an aqueous acetic acid solution of chitosan at the following ratio of components, wt%:
хитозан - 3,chitosan - 3,
уксусная кислота - 1.5,acetic acid - 1.5,
HAuCl4 - 4,5 от массы сухого полисахарида, HAuCl 4 - 4.5 by weight of dry polysaccharide,
вода - остальное. water is the rest.
Для этого, например, 0,135 г HAuCl4 вводили в 100 г раствора хитозана, содержащих 3 г полисахарида, 1,5 г уксусной кислоты и 95,5 г дистиллированной воды. В качестве высокоэффективного стабилизатора использовали хитозан с молекулярной массой от 100 000 до 250 000 и степенью деацетилирования 78-82%.For this, for example, 0.135 g of HAuCl 4 was introduced into 100 g of a chitosan solution containing 3 g of polysaccharide, 1.5 g of acetic acid and 95.5 g of distilled water. Chitosan with a molecular weight of 100,000 to 250,000 and a degree of deacetylation of 78-82% was used as a highly effective stabilizer.
В результате получали наносферы из золота 1 размером 3-15 нм, стабилизированные слоем хитозана 2.As a result, nanospheres of
Процесс зарождения и роста наносфер из золота 1 контролировали спектрофотометрически, по полосе поглощения, соответствующей плазмонному резонансу наночастиц золота при λ = 520-550 нм до тех пор, пока максимум поглощения не перестает изменяться. The process of nucleation and growth of nanospheres from
Методом тонкослойной хроматографии определяли концентрацию хитозана, при которой он полностью адсорбируется на наносферах из золота 1 и стабилизирует их. В качестве неподвижной фазы применяли, например, алюминиевую пластинку марки Silifol UV-254 с нанесенным на нее слоем силикагеля. При этом элюентом служил раствор уксусной кислоты, проявителем - пары йода. Для доказательства формирования системы «наносферы из золота-хитозан», в которой отсутствует неадсорбированный хитозан, использовали метод высокоэффективной жидкостной хроматографии, например, на приборе Shimadzu CTO-20A/20AC с программным модулем LC-Solutions- GPC, элюент - раствор уксусной кислоты. Полученная система «наносферы из золота-хитозан» (водная дисперсия) сохраняла устойчивость в течение 7 дней. The concentration of chitosan at which it is completely adsorbed on
Затем на поверхность наносфер из золота 1, стабилизированного слоем хитозана 2, наносили слой инсулина 3, вводя раствор инсулина непосредственно в дисперсию наносфер, причем соотношение массы наносфер из золота, покрытых хитозаном, к массе инсулина выбирали 3:1.Then, a layer of
Для определения концентрации инсулина, отвечающей полной его адсорбции на наносферах из золота 1, стабилизированных слоем хитозана 2, предварительно проводили в интервале соотношений от 1:1 до 40:1 по массе, соответственно. Связывание инсулина контролировали методом электрофореза в полиакриламидном геле. Исследование проводили в камере для вертикального электрофореза с заливочным устройством VE-10 с источником питания Эльф-4. Компоненты геля визуализировали спиртовым раствором йода. При этом оптимальное соотношение наносфер из золота, стабилизированных хитозаном, к инсулину было получено 3:1 по массе сухих компонентов, соответственно.To determine the concentration of insulin corresponding to its complete adsorption on nanospheres of
Для защиты слоя инсулина 3 ядра от разрушающего действия ферментов ЖКХ при пероральном применении формировали наружную оболочку 4 из хитозана. С этой целью дисперсию «наносферы из золота-хитозан-инсулин» добавляли в избыток раствора хитозана при следующем соотношении компонентов:To protect the
«наносферы из золота-хитозан-инсулин»/хитозан= 1/3 по массе. Для этого, например, 100 г раствора «наносферы из золота-хитозан-инсулин», содержащего 3 мас.% хитозана, 1,5 мас.% уксусной кислоты, 4,5 % от массы сухого полисахарида HAuCl4, остальное - вода, добавляли в 300 г водноуксуснокислого раствора хитозана, содержащего 3 мас.% хитозана, 1,5 мас.% уксусной кислоты, остальное - вода (9 г хитозана, 4.5 г уксусной кислоты, 286.5 г воды)."Gold-chitosan-insulin nanospheres" / chitosan = 1/3 by weight. For this, for example, 100 g of a solution of "gold nanospheres-chitosan-insulin" containing 3 wt.% Chitosan, 1.5 wt.% Acetic acid, 4.5% by weight of the dry polysaccharide HAuCl 4 , the rest is water, was added in 300 g of aqueous acetic acid solution of chitosan containing 3 wt.% chitosan, 1.5 wt.% acetic acid, the rest is water (9 g of chitosan, 4.5 g of acetic acid, 286.5 g of water).
Размерные характеристики разработанной наноструктурированной инсулин-хитозановой композиции на различных стадиях процесса определяли методом динамического светорассеяния на спектрометре Photocor Complex. Размеры (диаметры) формируемых наночастиц:The dimensional characteristics of the developed nanostructured insulin-chitosan composition at various stages of the process were determined by dynamic light scattering on a Photocor Complex spectrometer. Dimensions (diameters) of the formed nanoparticles:
наносферы из золота 3-15 нм,gold nanospheres 3-15 nm,
наносферы из золота-хитозан 130-143 нм,gold-chitosan nanospheres 130-143 nm,
наносферы из золота-хитозан-инсулин 148-160 нм,nanospheres of gold-chitosan-insulin 148-160 nm,
наносферы из золота-хитозан-инсулин-хитозан 175-190 нмnanospheres of gold-chitosan-insulin-chitosan 175-190 nm
Статистические исследования, выполненные для различной повторности, показывали, что размеры наночастиц разработанной наноструктурированной инсулин-хитозановой композиции для пероральной доставки инсулина колеблются в пределах 175-190 нм.Statistical studies performed for various replications showed that the sizes of nanoparticles of the developed nanostructured insulin-chitosan composition for oral insulin delivery range from 175-190 nm.
Исследование гипогликемического действия изготовленной наноструктурированной инсулин-хитозановой композиции при пероральном применении проводили по показателям крови на экспериментальных животных (крысах), которых разделили на 4 группы: 1) интактные животные, 2) животные контрольной группы, у которых моделировали патологический процесс, 3) животные опытной группы, у которых моделировали патологический процесс и вводили разработанную наноструктурированную инсулин-хитозановую композицию перорально, 4) животные опытной группы, у которых моделировали патологический процесс и вводили инсулин инъекционно. Сахарный диабет у животных контрольной и опытных групп вызывали введением аллоксана в дозе 100 мг/кг экспериментальных животных. Это приводило к развитию стойкого сахарного диабета I типа (инсулинозависимый). Результаты исследования гипогликемического действия разработанной наноструктурированной инсулин-хитозановой композиции при пероральном применении представлены в таблице 1. Содержание инсулина в указанной композиции 50 МЕ. The study of the hypoglycemic effect of the manufactured nanostructured insulin-chitosan composition during oral administration was carried out according to blood parameters in experimental animals (rats), which were divided into 4 groups: 1) intact animals, 2) animals of the control group, in which the pathological process was simulated, 3) experimental animals. groups in which the pathological process was modeled and the developed nanostructured insulin-chitosan composition was administered orally; 4) animals of the experimental group in which the pathological process was modeled and insulin was injected. Diabetes mellitus in animals of the control and experimental groups was caused by the introduction of alloxan at a dose of 100 mg / kg of experimental animals. This led to the development of persistent type I diabetes mellitus (insulin dependent). The results of the study of the hypoglycemic effect of the developed nanostructured insulin-chitosan composition for oral administration are presented in Table 1. The insulin content in the specified composition is 50 IU.
Таблица 1Table 1
Как следует из таблицы 1, пероральное введение разработанной наноструктурированной инсулин-хитозановой композиции обеспечивает снижение содержание глюкозы в крови на уровне инъекционного введения инсулина в течение 3 часов. Эффект развивается несколько медленнее чем при инъекционном введении (1 час), достигая сопоставимых результатов через 2 часа. Однако, в первом случае наблюдается более выраженный пролонгированный эффект до 6 часов, по сравнению с инъекционным введением.As follows from table 1, oral administration of the developed nanostructured insulin-chitosan composition provides a decrease in blood glucose at the level of injection of insulin for 3 hours. The effect develops somewhat more slowly than with injection (1 hour), reaching comparable results after 2 hours. However, in the first case, a more pronounced prolonged effect is observed up to 6 hours, compared with injection.
Хитозан нетоксичен, безопасен и биосовместим, обладает высокими мукоадгезивными свойствами и способен раздвигать щелевые контакты стенок ЖКТ.Chitosan is non-toxic, safe and biocompatible, has high mucoadhesive properties and is able to push apart the gap junctions of the gastrointestinal tract walls.
Таким образом, полученная наноструктурированная композиция для пероральной доставки инсулина, обеспечивает поступление инсулина в русло крови из полости желудочно-кишечного тракта, обладает пролонгированным воздействием инсулина, приводит к пролонгированному снижению содержания глюкозы в крови по сравнению с инъекционным способом введения инсулина, обладает также всеми преимуществами средства для перорального применения (физиологичность, безболезненность) и состоит из нетоксичных веществ.Thus, the obtained nanostructured composition for oral delivery of insulin ensures the flow of insulin into the bloodstream from the cavity of the gastrointestinal tract, has a prolonged effect of insulin, leads to a prolonged decrease in blood glucose in comparison with the injection method of insulin administration, and also has all the advantages of the agent for oral administration (physiological, painless) and consists of non-toxic substances.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124291A RU2753018C1 (en) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Nanostructured composition for oral delivery of insulin and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124291A RU2753018C1 (en) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Nanostructured composition for oral delivery of insulin and method for production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2753018C1 true RU2753018C1 (en) | 2021-08-11 |
Family
ID=77349402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020124291A RU2753018C1 (en) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Nanostructured composition for oral delivery of insulin and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2753018C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2823882C1 (en) * | 2023-10-25 | 2024-07-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ВИТАЛАНГ" | Method of treating viral diseases of amphiphilic high-polymer yeast rna packed in nanosized chitosan capsules, per'os |
-
2020
- 2020-07-22 RU RU2020124291A patent/RU2753018C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Hrushikesh M Joshi. et al. Chitosan Reduced Gold Nanoparticles as Novel Carriers for Transmucosal Delivery of Insulin. Pharmaceutical Research, 2007, Vol.24, N.8. * |
| Hrushikesh M Joshi. et al. Chitosan Reduced Gold Nanoparticles as Novel Carriers for Transmucosal Delivery of Insulin. Pharmaceutical Research, 2007, Vol.24, N.8. Мочалова А.Е. Целевая функциональная модификация хитозана: Диссертация на соискание учёной̆ степени доктора химических наук, Нижний Новгород, 2017 г. * |
| Мочалова А.Е. Целевая функциональная модификация хитозана: Диссертация на соискание учёной̆ степени доктора химических наук, Нижний Новгород, 2017 г. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2823882C1 (en) * | 2023-10-25 | 2024-07-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ВИТАЛАНГ" | Method of treating viral diseases of amphiphilic high-polymer yeast rna packed in nanosized chitosan capsules, per'os |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Asal et al. | Controlled synthesis of in-situ gold nanoparticles onto chitosan functionalized PLGA nanoparticles for oral insulin delivery | |
| Shaikh et al. | Sodium alginate-based drug delivery for diabetes management: A review | |
| AU2009203530B2 (en) | Methods and compositions for oral administration of insulin | |
| JP5685243B2 (en) | Pharmaceutical carrier, its preparation method and use | |
| JP5175017B2 (en) | Particulate carrier for improving oral absorption of active ingredients | |
| CA2435455A1 (en) | Therapeutic agents complexed with calcium phosphate and encased by casein | |
| US20110129528A1 (en) | Sustained-release chitosan capsules comprising chitosan and phytic acid | |
| CN102099011B (en) | Matrix carrier composition, method and use | |
| JPH0133445B2 (en) | ||
| Mokhtare et al. | In vitro and in vivo evaluation of alginate and alginatechitosan beads containing metformin hydrochloride | |
| CN114522150B (en) | Preparation method and application of a pH-sensitive plant microcapsule nano-extruder | |
| Tian et al. | Engineering Phaeodactylum tricornutum exosomes to enhance intracellular fucoxanthin delivery | |
| RU2753018C1 (en) | Nanostructured composition for oral delivery of insulin and method for production thereof | |
| CN111821421A (en) | Intestinal sustained-release bovine colostrum sea cucumber peptide chewable tablet and preparation method thereof | |
| EP2813215B1 (en) | 2,2',6,6'-tetraisopropyl-4,4'-2-biphenol lipid microsphere preparation and preparation method therefor | |
| JP5080474B2 (en) | PH-sensitive nanoparticle formulations for oral protein / peptide delivery | |
| JP4842802B2 (en) | Oral administration vector | |
| CN106138011A (en) | Calcium carbonate/hyaluronic acid combination drug carrier and preparation method thereof | |
| CN112999194A (en) | Preparation method and application of oral insulin polypeptide nanocapsule | |
| CN118453913B (en) | Nanoliposome with double targeting capability, preparation method and application thereof | |
| JP5098225B2 (en) | Method for producing fine particles containing hydrophilic active substance | |
| CN1256984C (en) | Isulin solid granular, its preparation method and its use in preparing medicine for treating diabetes | |
| Adebayo-Gege et al. | Chitosan-based nanoparticles for insulin delivery and diabetes treatment | |
| CN120053397A (en) | Preparation of response targeting lutein base material powder and application of response targeting lutein base material powder in relieving blue light damage direction | |
| CN119097610A (en) | Nanocomposite for targeted treatment of neuralgia and its preparation method and application |