基于纳米晶纤维素锚定PAMAM树状大分子的智能葡萄糖响应型胰岛素控释系统

为克服传统胰岛素治疗的局限性，研究人员开发了一种基于PAMAM树状大分子与纳米晶纤维素(NCC)复合的葡萄糖响应型载体，通过功能化4-羧基苯硼酸(PBA)调节pK a 至生理pH范围。该系统在1-3 mg/mL葡萄糖浓度下释放率达58-60%，且生物相容性优异（200 μg/mL时细胞存活率近100%），为糖尿病自主调控治疗提供了新策略。

　　

糖尿病是全球最棘手的慢性疾病之一，患者需要终身监测血糖并注射胰岛素。然而，传统疗法存在两大痛点：频繁注射严重影响生活质量，而固定剂量的胰岛素无法动态响应血糖波动，极易引发低血糖风险。国际糖尿病联盟预测，到2045年全球患者将达7.83亿，这促使科学家们致力于开发"智能胰岛素"——能像健康胰腺一样按需释放的药物载体。

在众多解决方案中，苯硼酸(PBA)因其与葡萄糖的特异性结合能力备受关注，但其高pK
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(8.2-8.8)与生理pH(7.4)的"酸碱错配"导致响应迟钝。此前虽有学者通过引入氨基或氟原子修饰PBA结构，但载药效率与生物安全性仍不理想。为此，国内研究人员创新性地将纳米晶纤维素(NCC)的稳定骨架、PAMAM树状大分子的精准结构调控与PBA的葡萄糖识别能力相结合，构建出新型杂化纳米载体。

研究团队采用三步关键技术：首先通过迈克尔加成和酰胺化反应合成PAMAM树状大分子，再将其锚定在APTES修饰的NCC核心上，最后用4-羧基苯硼酸(PBA)功能化。通过pH滴定和光谱位移法测定酸解离常数，结合MTT实验评估生物相容性，并系统考察不同葡萄糖浓度下的胰岛素释放行为。

结果与讨论

1. pK
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   调控机制：第三代表现最佳，PAMAM-G3-PBA的pK
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   降至7.4，这得益于树状大分子表面氨基与硼原子的配位作用，解决了生理pH下的响应迟滞问题。
2. 载药性能：封装效率达74.2%，在3 mg/mL葡萄糖环境中释放60%胰岛素，且纯态释放仅30%，证明其"高血糖触发"特性。
3. 生物安全性：200 μg/mL浓度下细胞存活率保持100%，400 μg/mL时仍超80%，远超临床需求标准。

这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的研究，首次实现了NCC-PAMAM-PBA三元体系的协同效应。其意义不仅在于建立可规模化的制备工艺，更开创性地通过树状大分子结构调控解决了PBA的pH适应性问题。这种"血糖水平-胰岛素释放"的闭环控制系统，为开发下一代自主响应型糖尿病治疗设备奠定了材料基础。尤其值得注意的是，该系统采用全生物基原料（NCC源自天然纤维素），在降低医疗成本的同时符合可持续发展理念，展现出从实验室到临床转化的巨大潜力。