葡萄糖响应性聚丙烯亚胺树枝状大分子（PPI）的构建及其在自调节胰岛素递送中的应用研究

　　本综述系统介绍了苯硼酸（PBA）功能化聚丙烯亚胺（PPI）树枝状大分子的设计、合成及其作为智能胰岛素载体的应用。研究表明，该载体通过胺基诱导pKa降低至7.35，显著提升葡萄糖结合能力（Keq-tet=79 M?1），并在生理条件下实现葡萄糖浓度依赖性胰岛素释放（3 mg/mL葡萄糖时释放率达82%），为糖尿病治疗提供了一种高效、自调节的药物递送新策略。

　　

引言：糖尿病治疗背景与葡萄糖响应材料的需求

糖尿病是一种因胰岛素分泌不足或作用障碍导致的代谢性疾病，其特征是血糖水平持续升高。根据国际糖尿病联盟（IDF）数据，全球糖尿病患者人数已达4.25亿，预计到2045年将增长至6.29亿。当前糖尿病管理依赖频繁的胰岛素注射和血糖监测，不仅给患者带来不便，还存在感染和过敏风险。为解决这一问题，自调节胰岛素递送系统应运而生，其核心是利用葡萄糖敏感材料实现胰岛素的按需释放。目前研究较多的葡萄糖敏感材料包括葡萄糖氧化酶（GOD）、伴刀豆球蛋白A（Con A）和苯硼酸（BA）等。其中，苯硼酸功能化聚合物因其稳定性高、制备灵活而备受关注。

实验部分：PPI树枝状大分子的合成与功能化

本研究采用发散法合成了第四代聚丙烯亚胺（PPI）树枝状大分子。以乙二胺（EDA）为核，通过迈克尔加成反应引入丙烯腈（ACN），再经锂铝氢（LAH）还原腈基为伯胺，逐步生成G1A至G4A树枝状聚合物。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）确认了各代产物的特征吸收峰：半代产物（G1N-G4N）在2245 cm^?1处出现腈基（C≡N）吸收峰，而全代产物（G1A-G4A）中该峰消失，代之以3250–3330 cm^?1处N-H伸缩振动和1580 cm^?1处N-H弯曲振动峰。凝胶渗透色谱（GPC）显示各代分子量分布均匀（D < 1.05），热重分析（TGA）表明随着代数的增加，热分解温度逐渐降低（G4A的T_dmax为316.0°C），这与末端基团增多导致热稳定性下降有关。

随后，将G4A树枝状大分子与4-羧基苯硼酸（4-CBA）通过酰胺化反应进行功能化，得到苯硼酸修饰的产物（HB-CBA）。FT-IR谱图中出现1690 cm^?1处酰胺羰基峰、1400–1600 cm^?1处苯环C=C伸缩振动以及750–830 cm^?1处芳香C-H弯曲振动，证实了成功接枝。核磁共振氢谱（¹H-NMR）进一步验证了苯硼酸基团的存在。

pK_a与结合常数的测定：胺基诱导的pK_a降低效应

为评估HB-CBA的葡萄糖响应能力，采用pH滴定法和光谱位移法测定了其pK_a值。滴定曲线显示，游离苯硼酸的pK_a约为8，而接枝到树枝状大分子后，pK_a降至7.35。这一变化归因于树枝状大分子表面胺基的电子给体效应，通过诱导作用提高了苯环电子密度，从而增强了硼酸羟基的酸性。光谱位移法进一步验证了这一结果，测得pK_a为7.28，且平衡结合常数（K_eq-tet）为79 M^?1。这表明HB-CBA在生理pH条件下具有更强的葡萄糖结合能力。

葡萄糖响应性表征：粒径变化与微观形态

通过动态光散射（DLS）分析了HB-CBA在不同葡萄糖浓度下的粒径变化。在pH 7.5条件下，无葡萄糖时粒径为179 nm，加入1 mg/mL和3 mg/mL葡萄糖后，粒径分别增大至192 nm和246 nm。在pH 9时，粒径从159 nm增至170 nm（1 mg/mL）和241 nm（3 mg/mL）。这种粒径增大现象是由于葡萄糖与苯硼酸形成可逆复合物，引发载体溶胀所致。场发射扫描电镜（FE-SEM）图像显示，无葡萄糖时HB-CBA呈立方状颗粒，加入葡萄糖后颗粒分散度增加，形状趋于球形，进一步证实了葡萄糖诱导的静电排斥和结构重组。

胰岛素包封与释放：葡萄糖浓度依赖的释放行为

HB-CBA表现出优异的胰岛素负载能力，包封率（EE）达92%，负载量（LC）为2.3%。体外释放实验表明，胰岛素释放具有显著的葡萄糖浓度依赖性：在无葡萄糖条件下，48小时累积释放率为26%；在1 mg/mL和3 mg/mL葡萄糖条件下，释放率分别提高至48%和82%。释放机制研究表明，释放过程符合Higuchi模型和Korsmeyer-Peppas模型（R²≥0.99），释放指数n介于0.45–0.53之间，表明胰岛素释放受扩散和聚合物溶胀共同控制的非Fickian机制主导。

生物相容性评价：细胞毒性较低

MTT法检测了G4A和HB-CBA对人 foreskin 成纤维细胞（HFF）的细胞毒性。在0–100 μg/mL浓度范围内，两者细胞存活率均超过90%；浓度升至400 μg/mL时，G4A毒性略高于HB-CBA，这与其表面胺基的强静电相互作用有关。总体而言，HB-CBA表现出良好的生物相容性，适用于生物医学应用。

结论：智能递送系统的前景与意义

本研究成功开发了一种基于苯硼酸功能化PPI树枝状大分子的葡萄糖响应性胰岛素递送系统。该系统通过胺基辅助的pK_a调控增强了葡萄糖敏感性，实现了按需释放胰岛素，且具有高包封率和良好生物相容性。其释放行为可通过葡萄糖浓度精确调节，为糖尿病治疗提供了一种新型智能给药平台。未来研究可进一步优化载体结构，提高负载量和响应速度，推动其临床转化。