导读：
口服胰岛素治疗糖尿病虽便捷，但存在纳米颗粒“易进入难胞吐”、胰岛素在肝脏积累不足及“闭环”系统复杂这三大问题。近期，中国药科大学钱红亮教授、陈维教授、黄德春教授等人设计了一种肠溶性胆汁酸聚合物（PUDCA）微胶囊系统（UCP-CMs@IA），通过微流体技术将三肽修饰的两性离子纳米颗粒（CP-CMs@IA）包裹其中，用于口服肝脏靶向的胰岛素缓释。实验结果表明，这种新型递送系统能够有效提高胰岛素的口服生物利用度，解决胰岛素颗粒在肠道中的胞吐难题，并在肝脏中建立胰岛素储备，以响应血糖波动，从而为糖尿病的口服治疗提供了一种创新策略。相关研究以“Enterosoluble microcapsules embedded with tripeptide-modified zwitterionic nanosystems to overcome intestinal barriers for intact exocytosis and hepatic-targeted gradual insulin delivery”为题，发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。
本文要点：
1、本研究利用微流控技术设计了肠溶性胆汁酸聚合物（PUDCA）微胶囊（UCP-CMs@IA），其包裹电荷可转换三肽（PEP）修饰的两性离子纳米颗粒（CP-CMs@IA），用于口服肝靶向逐步释放胰岛素。
2、肠溶性PUDCA微胶囊因胆汁酸在低pH下的质子化和电离特性，能抵抗胃酸侵袭，并在肠道释放CP-CMs@IA。
3、两性离子修饰使CP-CMs@IA能突破黏液和肠上皮屏障，而PEP部分可促进其高效的肠道细胞内运输并完整出胞。
4、带正电的PEP通过表面伪装策略附着于胰岛素颗粒，使CP-CMs@IA实现约79.4%的超高胰岛素负载及逐步释放能力，无需葡萄糖响应组件。
5、PEP部分在肝脏建立胰岛素储备库，可对血糖波动做出强烈响应。
6、结果显示，口服UCP-CMs@IA能维持正常血糖达一天，为口服糖尿病治疗提供了有前景的策略。
微流控技术制备肠溶性胆汁酸聚合物（PUDCA）微胶囊的原理基于多相流体在微通道内的精确操控，结合材料的理化特性实现微胶囊的可控成型，具体如下：
多相流体的界面作用与微液滴形成
以分散相和连续相两种互不相溶的流体为基础：
分散相：含20mg/mL肠溶性聚合熊去氧胆酸（PUDCA）的碳酸二甲酯（DMC）溶液，其中分散有负载胰岛素的纳米颗粒（如CP-CMs@IA），并添加5wt%司盘80（表面活性剂）以稳定相界面。
连续相：1%（w/v）聚乙烯醇（PVA）水溶液，作为分散相的载体。
通过注射器泵精确调节两种流体的流速，使分散相在微通道内被连续相对称且持续地剪切，形成均匀的水包油（O/W）型微液滴。微通道的几何结构和流速控制确保液滴尺寸均一（本研究中微胶囊直径约20μm）。
肠溶性材料的pH响应机制
PUDCA（胆汁酸聚合物）具有质子化和电离潜能：在低pH环境（如胃内，pH1.2）中，胆汁酸基团发生质子化，通过多价结合增强分子间相互作用，使微胶囊结构稳定，抵抗胃酸侵蚀；在较高pH环境（如肠道，pH6.8）中，电离作用增强，微胶囊结构破裂，释放内部包裹的纳米颗粒。
这一特性保证了微胶囊在胃部不降解，仅在肠道环境中触发释放，实现胰岛素的靶向递送。
微胶囊的固化与纯化
形成的微液滴被收集到PVA溶液中，通过三次水洗去除残留的PVA，获得PUDCA微胶囊（如UCP-CMs@IA）。
倒置光学显微镜可实时监测微液滴的形成过程，确保微胶囊的形态和尺寸符合设计要求。
综上，微流控技术通过精确控制流体界面作用实现微胶囊的均一成型，而PUDCA的pH响应特性赋予微胶囊肠溶性，两者结合使微胶囊能高效保护胰岛素并在肠道精准释放，为口服胰岛素递送提供了核心载体。
Scheme 1. 肠溶性微胶囊嵌入三肽修饰的两性离子纳米系统，克服肠道屏障，实现完整的胞外分泌和肝脏靶向胰岛素的逐渐递送。
图1.（A）CP-CMs@IA纳米颗粒和UCP-CMs@IA微胶囊的制备过程。（B）C-CMs@IA、P-CMs@IA和CP-CMs@IA的透射电镜（TEM）与动态光散射（DLS）图像，比例尺：200nm。（C）微流控技术制备的微胶囊倒置显微镜图像，比例尺：20µm。（D）扫描电镜（SEM）图像显示微胶囊在pH1.2和pH6.8条件下的降解情况，比例尺：10µm。（E）胰岛素与聚合物重量比对CP-CMs@IA在pH6.8条件下释放模式的影响。（F）模拟口服给药，在不同pH条件下评估的体外胰岛素累积释放曲线。（G）CP-CMs@IA在高血糖条件下的粒径和形态变化。（H）CP-CMs@IA在不同葡萄糖浓度的PBS中的胰岛素累积释放量。（I）CP-CMs@IA在不同葡萄糖浓度下的脉冲释放模式。（J）UCP-CMs@I和UCP-CMs@IA释放的胰岛素的圆二色（CD）光谱。统计数据以平均值±标准差表示（n=5）。
图2.（A）C-CMs、P-CMs和CP-CMs在肠黏液中1秒时的代表性轨迹，比例尺：0.1μm。含2.5%黏蛋白（B）和5%黏蛋白（C）时纳米颗粒的均方位移（MSD）随时间尺度的变化，n=100。（D）经甜菜碱处理或未处理的C-CMs、P-CMs和CP-CMs的细胞摄取共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像，比例尺：50.0μm。（E）C-CMs、P-CMs和CP-CMs与内体（红色）和溶酶体（橙色）相互作用的CLSM图像，比例尺：10.0μm。（F）暴露于巴佛洛霉素A1后溶酶体共定位的CLSM图像，比例尺：10.0μm。（G）电荷转换纳米颗粒引起的质子海绵效应示意图。统计数据以平均值±标准差表示（n=5）。
图3.（A）各种纳米颗粒在模拟细胞内介质中1秒时的代表性轨迹，比例尺：0.1μm。（B）纳米颗粒的均方位移（MSD）随时间尺度的变化，n=100。（C）C-CMs、P-CMs和CP-CMs与高尔基体孵育4小时后的CLSM共定位图像，比例尺：20μm。（D）Caco-2细胞单层与CP-CMs孵育的CLSM图像，比例尺：10μm。（E）P-CMs、C-CMs和CP-CMs与PHT1孵育4小时后的CLSM共定位图像，比例尺：20μm。（F）P-CMs、C-CMs和CP-CMs对Caco-2细胞单层跨上皮电阻（TEER）值的影响。（G）胰岛素（INS）、P-CMs@I、C-CMs@I和CP-CMs@I在Caco-2细胞单层中的表观渗透系数（Papp）值。（H）CP-CMs和C-CMs在有或无组氨酸（His）或甜菜碱（B）存在时穿过Caco-2细胞单层的转胞吞效率。（I）CP-CMs细胞内转运和胞吐的拟议途径示意图。（J）孵育4小时后从基底外侧获得的CP-CMs的荧光共振能量转移（FRET）现象和TEM图像，比例尺：200nm。统计数据以平均值±标准差表示（n=3），统计学显著性用**P<0.01和***P<0.001表示。
图4.（A）经UC-CMs@I、UCP-CMs@I和UCP-CMs@IA处理的糖尿病小鼠的活体成像观察和组织分布分析。（B）小肠绒毛切片与C-CMs@I、CP-CMs@I和CP-CMs@IA孵育后的CLSM图像，比例尺：10µm。（C）C-CMs@I、CP-CMs@I和CP-CMs@IA与肠道中PHT1的CLSM共定位图像，比例尺：10µm。（D）C-CMs@I、CP-CMs@I和CP-CMs@IA的胰岛素在肠环中的离体表观渗透系数（Papp）。（E）孵育6小时后纳米颗粒（绿色）与胰岛素（红色）的CLSM共定位图像，比例尺：20.0µm。（F）正常小鼠和糖尿病小鼠口服UCP-CMs@IA后的肝脏积累CLSM图像，比例尺：20.0µm。（G）糖尿病小鼠暴露于不同制剂3天后的肝糖原水平。所有统计值以平均值±标准差表示（n=3），统计学显著性用**P<0.01和***P<0.001表示。
图5.（A）糖尿病小鼠接受各种胰岛素制剂后的血糖（GLs）曲线。（B）经UC-CMs@I、UCP-CMs@I和UCP-CMs@IA处理后低血糖、正常血糖和高血糖的持续时间。（C）糖尿病小鼠给予胰岛素皮下注射（INS（s.c.））、UC-CMs@I、UCP-CMs@I和UCP-CMs@IA后的时间依赖性血清胰岛素水平。（D）代表血糖随时间变化的曲线下面积（AUC）值。（E）每日两次进食模拟餐后血糖波动。（F）糖尿病小鼠在给予UC-CMs@I、UCP-CMs@I和UCP-CMs@IA 2小时后的腹腔内葡萄糖耐量试验（IPGTT）结果。（G）腹腔注射葡萄糖后的血清胰岛素水平。（H）180分钟内糖尿病小鼠给予不同胰岛素制剂后的血糖曲线下面积（AUC）值。（I）低血糖指数，计算方法为初始血糖与最低血糖读数之差除以达到最低血糖的时间。所有统计值以平均值±标准差表示（n=5），统计学显著性用*P<0.05和***P<0.001表示。
图6（A）体重、（B）食物摄入量和（C）饮水量的每日波动。（D）经各种制剂处理的糖尿病小鼠血液中IL-1β、IL-6和TNF-α的水平。（E）肝脏中IL-6、IL-1β和TNF-α的免疫荧光代表性照片（红色），通过CLSM观察，比例尺：30μm。（F）给予UC-CMs@I、UCP-CMs@I和UCP-CMs@IA 21天后肝脏、肺、脾脏、肾脏、心脏、胰腺和肠道的苏木精-伊红（H&E）染色，比例尺：40.0µm。所呈现的数据为平均值±标准差（n=3），统计学显著性用**P<0.01和***P<0.001表示。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161732
马俞宏（本文第一作者），中国药科大学制药工程学专业博士生，指导老师为钱红亮教授。科研工作聚焦口服治疗糖尿病领域，致力于克服降糖药物的跨膜障碍及提高口服利用度，以第一作者在Chemical Engineering Journal, Advanced Healthcare Materials等期刊上发表论文7篇，并申请6项国家发明专利，其中授权4项。获研究生国家奖学金，并受CSC国家留学基金资助，赴澳大利亚墨尔本大学，在Christoph Hagemeyer教授和Rong Xu研究员的指导下，进行为期一年的联合培养。
钱红亮（本文通讯作者），博士、教授、博士生导师，省青蓝工程优秀青年骨干教师、省科技副总。师从南京工业大学陆小华教授和南京大学张志炳教授。聚焦制药分离热力学，通过热力学和机器学习方法指导中药材/药食同源品活性成分提取及应用于糖尿病治疗、药渣（生物质）高效利用，在Chemical Engineering Journal、Energy、Fuel和Journal of Controlled Release等期刊上发表文章 60 余篇，其中机器学习单篇文章被引用 92 次（2022 年发表）。与东南大学吉远辉教授合作，热力学模拟和系统优化研究成果受邀在张锁江院士任主编的 Green Chemical Engineering 期刊上撰写综述文章。近 5 年主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发课题（280万元）和校青年科技领军人才培育等纵向项目，与企业共建联合实验室（300万元）并任负责人，主持的项目经费 860 余万元。
