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免疫介导的炎性眼前段疾病（immune-mediated inflammatory anterior ocular diseases，IIAODs）如春季结膜炎、前葡萄膜炎等是临床上较常见的眼科疾病。局部或全身性使用类固醇是控制这类疾病炎症的主要手段。然而，长期使用类固醇可能会导致白内障、青光眼等，从而存在失明的可能。因此，眼科临床越来越频繁地局部使用免疫抑制剂来治疗这类疾病。
他克莫司（tacrolimus，FK506）作为第二代免疫抑制剂代表性药物，是治疗IIAODs的主要方式之一[1-3]。目前国内上市的FK506眼用制剂为日本千寿药业生产的Talymus®，其药效容易受到泪液冲刷的影响而降低。因此，本研究研制了他克莫司阳离子微乳凝胶（FK506-loaded cationic nanoemulsion-based in-situ gel, FK506 CNE GEL），旨在利用该剂型的特性，延长药物在眼部的滞留时间，提高生物利用度，减少给药频次。本文通过HE染色处理的兔眼组织病理切片观察FK506 CNE GEL的眼部刺激性，并通过建立HPLC-MS测定兔眼房水药物浓度的方法，考察其房水药动学。
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Agilent 1100型高效液相色谱系统（美国安捷伦公司）；AL204 电子天平（梅特勒托利多仪器有限公司）；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（上海精密试验设备有限公司）；NS1001L型高压均质机（意大利Niro Soavi公司）；85-1型磁力搅拌器（上海志成电器有限公司）；CX31光学显微镜（Olympus Corporation）；JY92-2D超声波细胞粉碎机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；H1850R型台式高速冷冻离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）；SCIEX QTRAP® 5500 型高压快速液相色谱-三重串联四级杆质谱联用仪（美国AB SCIEX公司）。
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他克莫司对照品（含量99.3%，福建科瑞药业有限公司）；子囊霉素对照品（含量99.5%，上海齐奥化工有限公司）；蓖麻油（湖南宏康制药股份有限公司）；中链脂肪酸甘油酯（铁岭北亚药用油有限公司）；吐温-80（四川金山制药有限公司）；泊洛沙姆407、泊洛沙姆188（德国BASF提供）；西他氯胺（Sigma-Aldrich）；甘油（湖南尔康制药有限公司）；注射用水（明澈D24UV）；甲醇（上海科丰实业有限公司）；他克莫司滴眼液（Talymus®，日本千寿制药株式会社）；0.9%氯化钠注射液（国药集团化学试剂有限公司）；戊巴比妥钠（Merck 分装）；盐酸丙美卡因滴眼液（爱尔凯因®，美国爱尔康眼药厂比利时分厂）；其他药品和试剂均为药用规格或分析纯。
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新西兰白兔，雌雄兼用，2.5～3.0 kg，上海斯莱克实验动物有限公司。实验前24 h自由进食、饮水，进行眼部检查以确保无任何眼病。
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根据本研究前期报道制备FK506 CNE GEL[4]。首先以蓖麻油（4 %，W/V）、中链脂肪酸甘油酯（6 %，W/V）作为混合油相，西他氯胺（0.02 %，W/V）作为阳离子表面活性剂，吐温−80（1 %，W/V）、泊洛沙姆188（0.1 %，W/V）作为非离子表面活性剂，甘油（2.2 %，W/V）作为渗透压调节剂，通过高压均质制得FK506 CNE（0.1 %，W/V）。而后以26 %泊洛沙姆407和12 %泊洛沙姆188共同作为凝胶基质，将FK506 CNE进一步制备成FK506 CNE GEL（0.1 %，W/V）。
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取实验兔8只，随机分为A、B两组。采用动物同体左右侧自身对比法，A组实验兔左眼滴入FK506 CNEGEL 50 μl，右眼滴入生理盐水50 μl作为对照。B组实验兔左眼滴入市售Talymus® 50 μl，右眼滴入生理盐水50 μl作为对照。给药后使兔眼被动闭合10 s，使药液与局部有充分接触。每日给药3次，连续给药2周。
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通过耳缘静脉注入空气处死实验兔后取出眼球，进行病理组织切片，详细步骤如下：① 10 %中性福尔马林固定；② 流水冲洗；③ 组织修切平面；④ 组织脱水、石蜡包埋；⑤ 石蜡组织切片；⑥ 二甲苯-无水乙醇脱蜡；⑦ 苏木素-伊红染色；⑧ 小浓度氨水返蓝；⑨ 脱水、复染、洗涤；⑩ 继续脱水后封片。光学显微镜下观察兔眼角膜，虹膜，结膜并拍照，试验结果见图1。
图 1 经HE染色处理的眼部组织病理切片（×200）
一般情况下，兔眼较人眼对刺激反应更为敏感。图1为显微镜下滴入FK506 CNE GEL、Talymus®及生理盐水后的兔眼角膜、虹膜及结膜结构。对比可见，滴入FK506 CNE GEL后兔眼角膜组织排列规则有序、纹理清晰；虹膜各层组织结构清晰，无明显异常；结膜组织清晰可见，未见坏死及炎性细胞浸润，与生理盐水组及Talymus®组对比无明显差异。结果表明，FK506 CNE GEL对兔眼角膜、虹膜及结膜均无明显刺激性。
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采用Agilent 1100型高效液相色谱仪，色谱柱为Agilent Poroshell 120 EC-C18 (2.1 mm×50 mm, 2.7 μm)，流动相为甲醇-水（2 mmol/L醋酸铵）（90∶10, v/v），柱温为40 ℃，流速为0.3 ml/min，进样量为1 μl。
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采用SCIEX QTRAP® 5500 型高压快速液相色谱-三重串联四级杆质谱联用仪以ESI正离子电离方式检测，扫描方式为多反应监测（MRM），扫描时间为100 ms，离子源电离电压为5 500 V，离子源温度为550 ℃，雾化气流流速为7 L/min。以上述质谱条件对FK506及子囊霉素（ascomycin ，FK520）进行离子扫描，结果如表1所示。根据扫描结果，选择m/z 821.5→768.4 作为 FK506 定量分析离子对，m/z 821.5→576.3 作为其定性分析离子对；选择m/z 809.5→756.5作为FK520定量分析离子对，m/z 809.5→564.3 作为其定性分析离子对。
表 1 FK506和FK520的质谱行为分析
参数 FK506 FK520 分子量 804.2 792.4 定性分析的离子反应（m/z） 821.5→576.3 809.5→564.3 碎裂能量（CE, V） 31.2 29.0 定量分析的离子反应（m/z） 821.5→768.4 809.5→756.5 碎裂能量（CE, V） 28.0 26.1 解簇电压（DP, V） 120 45 -
精密移取房水样品30 μl置于2 ml离心管中，加入50 μl FK520内标液（100 ng/ml）及120 μl甲醇，涡旋混合，12 000 r/min离心15 min，取上清液进样分析。
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取空白房水30 μl，将一定浓度的FK506和FK520标准溶液分别加入空白房水中，按照“2.3.3”项下方法处理，记录谱图。结果如图2所示，表明房水中内源性物质对FK506的测定无干扰，方法专属性良好。
图 2 空白房水+ FK506（A）和空白房水+ FK520（B）样品提取色谱图
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精密移取空白房水 30 μl置于2 ml离心管中，加入不同量的100 ng/ml FK506标准溶液及50 μl FK520内标液（100 ng/ml），加入甲醇使总量达200 μl制成系列浓度50、25、10、5、2.5、1、0.5 ng/ml的FK506溶液，12 000 r/min离心15 min，液质联用仪进样分析，记录对应图谱。以FK506峰面积Ai与FK520峰面积As的比值Ai/As作为纵坐标，以FK506浓度C（ng/ml）为横坐标进行线性回归，得线性回归方程：A=0.324 75C+0.05577，r=0.999 96。结果表明FK506在0.5～50 ng/ml浓度范围内线性关系良好，定量限为0.5 ng/ml。
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配制浓度为1、10、30 ng/ml的FK506样品，按照“2.3.3”项下方法处理，于1 d内重复测定5次，连续测定5 d，考察方法的日内、日间精密度。根据测得浓度与理论浓度比值计算方法回收率，结果见表2。结果表明，日内、日间精密度RSD<2%，精密度良好。
表 2 方法精密度试验结果
时间 浓度
(ng/ml)序号 平均值 RSD
(%)1 2 3 4 5 日内 1 1.00 0.97 0.98 0.98 0.96 0.98 1.52 10 9.91 9.98 9.92 9.97 9.94 9.94 0.31 30 29.96 29.95 29.96 29.87 29.98 29.94 0.09 日间 1 0.99 0.98 1.97 0.96 1.01 1.18 0.37 10 9.96 9.98 9.95 9.97 9.98 9.97 0.13 30 29.98 29.96 29.96 30.01 29.95 29.97 0.05 -
配制浓度为1、10、30 ng/ml的房水样品各3份，按照“2.3.3”项下方法处理，1 d内测定。结果见表3，表明3个样品浓度RSD<2%，重复性良好。
表 3 方法重复性试验结果
浓度
(ng/ml)序号 平均值 RSD
(%)1 2 3 1 0.98 0.96 0.97 0.97 1.03 10 9.97 9.93 9.96 9.95 0.21 30 29.93 29.98 29.92 29.94 0.06 -
取FK506浓度为1、10、30 ng/ml样品各3份，按照“2.3.3”项下方法处理并测定，记录FK506峰面积为A1；取空白房水同法萃取，于分离的上清液中加入对应浓度等量的FK506和FK520，测定并记录FK506峰面积A2。按提取回收率公式（A1/A2）×100 %算得FK506的提取回收率。结果表明，FK506在各个浓度的提取回收率分别为（78.14±4.21）%、（78.32±4.55）%、（76.56±4.35）%，符合体内药动学研究的相关指标。
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将实验兔随机分成A、B两组，每组6只，共12只。A组实验兔（A1～A6）左眼给予Talymus®，右眼给予自制FK506 CNE；B组实验兔（B1～B6）左眼给予FK506 CNE GEL，右眼给予FK506 CNE。实验前24 h自由进食、饮水，并进行眼部检查，以确保无任何疾病。于给药点用开睑器撑开实验兔眼睑，使用移液枪往实验兔左、右眼分别滴入等量药液50 μl，按压实验兔眼睑使之被动闭合约10 s使药物分布均匀。
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采用SPSS统计软件进行独立样本t检验分析，当P<0.05时，统计学有显著性差异。实验数据均以（
$ \bar x \pm s $ ）表示。 -
提前给予实验兔1 %戊巴比妥钠（0.6 ml/kg）进行耳缘静脉麻醉，并于采样前使用盐酸丙美卡因滴眼液进行局麻。接着，用镊子固定眼球后采用角膜穿刺术抽取房水，分别于给药后0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、6、8、10 h时间点采样。A1～A3实验兔于给药后0.5、1.5、2.5、4、8 h各抽取房水30 μl，A4～A6实验兔于给药后1、2、3、6、10 h各抽取房水30 μl。B1～B3实验兔于给药后0.5、1.5、2.5、4、8 h各抽取房水30 μl，B4～B6实验兔于给药后1、2、3、6、10 h各抽取房水30 μl。
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以房水样品中FK506浓度C（ng/ml）为纵坐标，以时间T（h）为横坐标作图，得药-时曲线图3及对应药动学参数表4。
图 3 给予兔FK506三种制剂后的房水药物浓度-时间曲线（n=3）
表 4 给予FK506三种制剂后的房水药动学参数（n=3）
药动学参数 FK506 CNE Talymus® FK506 CNE GEL AUC(ng·h /ml) 113.61±12.36* 68.25±10.82 128.34±13.09*# c max (ng/ml) 28.02±4.07 21.34±3.31 24.14±3.10 t max (t/h) 1.50±0.20* 2.00±0.17 2.50±0.25*# ka (h-1) 2.16±0.51* 1.14±0.90 0.94±0.08*# ke (h-1) 0.34±0.02* 0.41±0.05 0.32±0.02*# MRT (t/h) 3.46±0.28* 3.23±0.24 4.23±0.34*# *P<0.05，与Talymus®比较；#P<0.05，与FK 506 CNE比较 由表4可见，MRT(CNE GEL)>MRT(CNE)>MRT(Talymus®)，即FK506 CNE GEL的平均滞留时间最长，表明FK506 CNE GEL在角膜的滞留时间最长。此外，AUC(Talymus®)为（68.25±10.82） ng·h /ml，AUC(CNE)为（113.61±12.36）ng·h /ml，AUC(CNE GEL)为（128.34±13.09）ng·h /ml。三者对比得AUC(CNE GEL)是AUC(CNE)的1.13倍，是AUC(Talymus®)的1.88倍，说明FK506 CNE GEL的生物利用度较高。
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FK506 CNE GEL所采用的辅料都是安全、无刺激的，例如采用的阳离子材料为阳离子表面活性剂西他氯胺（CKC）。CKC作为眼药水中常用的防腐剂苯扎氯胺的一个组分，其安全性已得到保证，且CKC在市售产品空白阳离子纳米乳Cationorm®和口腔软膏Bonjela®中广泛使用，其临床安全性得到进一步证实。此外，采用的凝胶基质为P407/P188。由于非离子型表面活性剂泊洛沙姆无毒、无刺激，不仅可以通过空间位阻效应稳定纳米乳而且具有模拟黏膜的性质，是温敏型原位凝胶最常用的凝胶基质，同样安全性也能得到保证。其他辅料如蓖麻油、MCT、吐温-80和甘油均是常用的眼用制剂辅料之一。
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药动学参数t max (CNE GEL)>t max (Talymus®)>t max (CNE)，说明FK506 CNE GEL的达峰时间最长。这是因为FK506 CNE GEL在角膜表面形成一层凝胶且其所带正电荷能与带负电荷的角膜发生静电吸引作用，从而延长其在眼部的滞留时间，缓慢而持续地释放药物，使药物作用时间延长，达峰时间延迟。而ka (CNE)>ka (Talymus®)>ka (CNE GEL)同样证实了这一点，由于FK506 CNE和Talymus®是水溶性滴眼液，相较于FK506 CNE GEL，释放药物透过角膜被吸收的速度相对较快，故FK506 CNE GEL被吸收的速度最慢。而Talymus®的粒径（1671.5±66.3）nm较FK506 CNE的粒径（178.8±2.7）nm大，故FK506 CNE相较而言吸收快、达峰时间短。
由于泪液冲刷及鼻泪管排泄，房水药物浓度随时间延长而降低。由药时曲线可见，在给药后2～4 h，Talymus®的消除曲线下降趋势最为陡峭，FK506 CNE次之，而FK506 CNE GEL的消除曲线最为平缓。ke (Talymus®)>ke (CNE)>ke (CNE GEL)同样说明FK506 CNE GEL在眼部被消除的速度最慢，相较另外两种制剂而言，明显延缓了药物从前房的消除。
综上所述，FK506 CNE GEL对兔眼无明显刺激性，给药后能黏附于黏膜表面，延长药物作用时间，提高药物生物利用度，减少给药频次。有望成为一种眼部安全性高、滞留时间长的FK506眼用制剂，其研发成功将为眼科临床提供更多选择，为IIAODs患者的临床治疗提供帮助。
The eye irritation test and pharmacokinetic study of tacrolimus-loaded cationic nanoemulsion-based in-situ gel in rabbits
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摘要:
目的 研究他克莫司阳离子微乳凝胶对兔眼的刺激性及房水药动学。 方法 通过HE染色处理的兔眼组织病理切片观察该制剂的眼部刺激性。采用角膜穿刺术抽取兔眼房水，通过液相色谱-质谱联用仪进行房水药动学研究。 结果 他克莫司阳离子微乳凝胶对兔眼无明显刺激性，其房水药动学参数AUC为（128.34±13.09）ng·h /ml，是他克莫司阳离子纳米乳AUC（113.61±12.36）ng·h /ml的1.13倍，是市售他克莫司滴眼液Talymus®AUC（68.25±10.82） ng·h/ml的1.88倍。 结论 他克莫司阳离子微乳凝胶眼部刺激性小、滞留时间长且生物利用度高，具有较好的临床应用前景。 Abstract:Objective To study the eye irritation and the pharmacokinetics of tacrolimus-loaded cationic nanoemulsion-based in-situ gel in rabbits. Methods The eye irritation of tacrolimus-loaded cationic nanoemulsion-based in-situ gel in rabbits was observed by histological cross-sections of external ocular tissues stained with HE. The aqueous humor of rabbit eyes was extracted by corneal puncture and analyzed by HPLC-MS for pharmacokinetic study. Results Tacrolimus-loaded cationic nanoemulsion-based in-situ gel had no significant irritation on rabbit eyes. The pharmacokinetic parameter showed that the AUC of tacrolimus-loaded cationic nanoemulsion-based in-situ gel was (128.34±13.09) ng·h/ml, which was 1.13 times of tacrolimus-loaded cationic nanoemulsion (113.61±12.36) ng·h/ml and 1.88 times of Talymus® (68.25±10.82) ng·h /ml. Conclusion Tacrolimus-loaded cationic nanoemulsion-based in-situ gel had the advantages of low irritation, long retention time and high bioavailability in rabbit eyes. It has a good potential for clinical application. -
Key words:
- tacrolimus /
- cationic nanoemulsion-based in-situ gel /
- eye irritation /
- pharmacokinetics
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超多孔水凝胶（SPF）是一种三维结构的亲水性高分子聚合网格，在水中能够溶胀但不溶解，且因其具有良好的生物相容及生物可降解性，被广泛应用于医学、药学等领域。与传统水凝胶相比，超多孔水凝胶通过致孔剂、模板等方法调整孔隙率，从而改变溶胀速率以及释药速率[1-3]。胰岛素等生物大分子类药物不仅体内稳定性差、易被酶解、生物半衰期短、不易透过生理屏障，故现有给药方式多以注射为主，患者依从性差[4]。有研究显示[5]，超多孔水凝胶承载胰岛素灌胃后可以显著降低大鼠血糖：给药2 h后血糖显著下降，4～6 h降至最低，但12 h即回至最初血糖的80%，说明该制剂起效快但持续时间短，血糖波动大，需频繁给药，患者依从性差。上述情况，结合胃肠道对胰岛素的灭活等原因，本实验拟合成具有缓释作用的聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/O-羧甲基壳聚糖[P(AA-co-AM)/O-CMC]互穿网络聚合物超多孔水凝胶（SPH-IPN），以期通过皮下给药包载胰岛素的SPH-IPN后，实现长效、减小血糖波动的目的。
1. 材料与仪器
1.1 材料与试剂
丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、N,N′-亚甲基-双丙烯酸胺（Bis）、过硫酸铵（APS）、N,N,N′,N′-四甲基乙二胺（TEMED）均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；泊洛沙姆127（PF127，北京化工厂）；O-羧甲基壳聚糖（O-CMC，大连美仑生物技术有限公司）；戊二醛（GA，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；姜黄素（宝鸡国康生物科技有限公司）；牛胰岛素（上海源叶生物有限公司）；十二烷基硫酸钠（SDS）、乙二胺四乙酸二钠（EDTA）、碳酸氢钠、盐酸、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、氢氧化钠均为分析纯，实验用水为去离子水。
1.2 仪器
85-2型恒温磁力搅拌器（上海司乐仪器有限公司）；恒温水浴锅（余姚市东方电工仪器厂）；透析袋（Viskase，美国）；Nicolet iS50傅里叶变换红外光谱仪（Thermo，美国）；AVANCE III 400核磁共振谱仪（Bruker，德国）；FE28型pH计（Mettler Toledo，美国）；Waters UPLC：二元溶剂管理系统、在线脱气机、自动进样器、PDA检测器（Waters公司，美国）；TTL-DC型多功能氮吹仪（北京同泰联科技发展有限公司）；SHA-B双功能恒温水浴振荡器（常州金坛良友仪器有限公司）。
1.3 实验动物
雄性SD大鼠，体重范围（220±20）g，合格证号：SCXK（京）2017-0002，购自北京斯贝福实验动物科技有限公司，饲养于北京中医药大学动物房。
2. 方法与结果
2.1 超多孔水凝胶（SPH-IPN）的制备[5]
依次向西林瓶中加入50% AM和AA溶液，以10 mol/L NaOH调节pH至5.0。随后再加入2.5% Bis溶液、10% PF 127溶液、20%APS溶液和50 μl 16.7% TEMED溶液，磁力搅拌混匀。室温放置15 min后，逐滴加入 6% O-CMC溶液，使溶液中O-CMC/单体比（w/w）为0.144，迅速加入NaHCO3粉末，搅拌约20 s使其产生气泡，将其置于40 ℃水浴加热5 min，室温固化30 min，即得半互穿网络水凝胶（semi-IPN）。将所得semi-IPN置于GA/O-CMC比（w/w）为2∶10的GA溶液（用0.2 mol/L的盐酸溶液调节pH至1.0）中至将其吸干，室温放置1 h，得粗P(AA-co-AM)/O-CMC超多孔水凝胶（SPH-IPN）。将SPH-IPN置于0.1 mol/L盐酸溶液中，透析5 d，无水乙醇中脱水透析2 d，30 ℃烘干至恒重，干燥密闭保存，即得纯化后的SPH-IPN。
2.2 SPH-IPN的结构表征
将样品充分干燥，KBr压片法制样，使用傅里叶变换红外光谱仪测定500～4 000 cm−1波数的SPH-IPN的IR谱。将样品置于氧化锆样品管（A=4 mm），转速5 000 Hz，固体碳谱测定。
2.3 SPH-IPN的溶胀性能测定
取干燥的SPH-IPN，室温下浸于过量水中（pH 7.0），于不同时间点用筛网取出SPH-IPN，吸去表面残余水后称重，根据以下公式计算SPH-IPN在不同时间点的溶胀比（QS）：
$$ {Q_{\rm{S}}} = \frac{{{W_{\rm{S}}} - {W_{\rm{d}}}}}{{{W_{\rm{d}}}}} $$ 其中，WS为溶胀后SPH-IPN质量（g）；Wd为干SPH-IPN质量（g）。
2.4 SPH-IPN孔隙率测定
采用乙醇替代法测定SPH-IPN的孔隙率[6]。取干燥的SPH-IPN，置无水乙醇中浸泡12 h，取出后吸去表面残余乙醇，称重，根据以下公式计算孔隙率：
$$ {\text{孔隙率}}=\frac{{M}_{2}-{M}_{1}}{\rho V}\times 100\;\text{%}$$ 其中，M1为干SPH-IPN质量（g）；M2为乙醇浸泡后的SPH-IPN质量（g）；ρ为乙醇密度（g/cm），V为SPH-IPN体积（cm3，以游标卡尺测量长方体SPH-IPN的长、宽、高后计算而得）。
2.5 载胰岛素SPH-IPN的制备及含量测定
2.5.1 载胰岛素SPH-IPN的制备
取胰岛素15 mg，精密称定，置10 ml量瓶中，加0.1 mol/L pH 7.4 PBS溶解并定容至刻度，得1.5 mg/ml的胰岛素溶液。称取50 mg SPH-IPN置装有10 ml胰岛素溶液的西林瓶中，37 ℃温浴放置2 h，取出，置烘箱内，30 ℃恒温干燥。
2.5.2 载药量的测定
取胰岛素SPH-IPN适量，研磨粉碎，取20 mg，精密称定，置10 ml量瓶中，加入0.1 mol/L pH 7.4 PBS，定容至刻度。37 ℃温浴2 h，超声10 min，精密量取上清液20 μl注入HPLC仪，记录色谱图，计算胰岛素含量，并根据以下公式计算载药量：
$$ {\text{载药量}}(\%)=\frac{cV}{M}\times 100$$ 其中，c为测得胰岛素的浓度（mg/ml），V为量瓶体积（ml），M为SPH-IPN的质量（mg）。
2.6 载胰岛素SPH-IPN降血糖实验
2.6.1 不同方法载药SPH-IPN的制备
按“2.5.1”项下方法制备载胰岛素SPH-IPN，采用冷冻干燥法将其冻干即得含胰岛素的冻干SPH-IPN。称取空白凝胶200 mg置于1.5 mg/ml的胰岛素溶液37 ℃中溶胀2 h，备用，即得含胰岛素的预溶胀SPH-IPN。
2.6.2 糖尿病大鼠模型的建立
给大鼠喂食高脂饲料（88.8%基础饲料、1%胆固醇、10%猪油和 0.2%胆盐[7]）喂养4周，动物自由进食和饮水，每周记录体重。于喂养的第28天晚禁食，在第29天一次性腹腔注射链脲佐菌素（STZ）35 mg/kg，将一次性注射STZ 3 d后大鼠空腹血糖≥11.1 mmol/L或随机血糖≥16.7 mmol/L作为成模标准[8]。对照组大鼠则腹腔注射无菌生理盐水（0.3 ml/100 g）。注意测血糖前应禁食12 h，空腹测血糖。造模期间要防止感染，注意消毒。未造模成功的大鼠再次注射STZ35 mg/kg，3 d后测血糖验证是否造模成功。
2.6.3 分组、给药及血糖测定
取糖尿病大鼠12只，按随机数字表分为2组，即模型1组和模型2组；取正常大鼠12只，按随机数字表分为2组，即正常1组和正常2组。模型组1组和正常1组皮下埋植含胰岛素的预溶胀SPH-IPN，模型2组和正常2组皮下埋植含胰岛素的冻干SPH-IPN。给药后分别于1、2、4、6、8、10、12、24、28、32、36、48、60、72 h不同时间间隔大鼠尾部取血0.02 ml，用血糖仪测定血糖值，考察不同时间血糖值的变化情况。
3. 实验结果
3.1 IPN结构表征
3.1.1 傅立叶变换红外光谱（FTIR）
图1为SPH-IPN的FTIR图。在1 651 cm−1处有-COOH的伸缩振动峰，且1 615 cm−1附近无AA和AM的C=C双键吸收峰，说明已聚合成P(AA-co-AM)，SPH-IPN中存在P（AA-co-AM），图中3 335和2 922 cm-1处分别为-O-H和-C-H的伸缩振动峰；1 604和1 416 cm−1处分别为羧酸盐-COO-的反对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰；1 086、1 044和1 171 cm−1处分别为O-CMC中糖环羟基-CH-OH、一级羟基-CH2-OH和醚基C-O-C中的C-O伸缩振动峰。以上结果表明SPH-IPN中存在P(AA-co-AM)，还存在的一些杂峰可能是还有一些未反应单体未被除尽。
3.1.2 核磁共振（13C-NMR）
图2为SPH-IPN的13C-NMR图。图中41.926×10−6为P(AA-co-AM)上主链碳原子的化学位移峰；179.499处为羧基碳原子的化学位移峰，说明结构中含有羧基官能团，AA与AM已聚合形成P(AA-co-AM)。
由于制得的水凝胶未找到合适的溶液将其溶解，因此在测定核磁共振图谱时，采用的是固体核磁技术[9]。
综合红外和碳谱结果可知，通过该方法可聚合形成P(AA-co-AM)结构，而该结构又是超多孔水凝胶SPH-IPN的主要结构，由此可说明已成功聚合SPH-IPN。
3.2 SPH-IPN的溶胀性能
图3为不同温度介质中SPH-IPN的溶胀曲线，可见随着温度升高，SPH-IPN的溶胀速率加快，平衡溶胀比增大，原因是温度较高时相互缠绕的聚合物链松开，破坏分子间的氢键，增加链运动，水分子在凝胶骨架内外的扩散速率加快，从而促进了聚合物的溶胀[10]。
3.3 SPH-IPN孔隙率的测定
表1为SPH-IPN孔隙率测定结果，所制SPH-IPN超多孔水凝胶空隙分布均匀。除此之外，与传统水凝胶相比[11]，孔隙率高，更利于药物的释放。
表 1 SPH-IPN的孔隙率测定结果干重M1
(m/g)湿重M2
(m/g)乙醇密度
(g/cm3)体积
(V/cm3)孔隙率
(%)平均值
(%)RSD
(%)0.5425 0.6327 0.816 0.13 85.03 81.63 3.88 0.5751 0.6779 0.816 0.16 78.74 0.5628 0.6621 0.816 0.15 81.13 3.4 SPH-IPN载胰岛素含量测定结果
37 ℃时SPH-IPN溶胀比较大，温度过高易引起胰岛素变性，故选择37 ℃温度载药，胰岛素的载药量试验结果见表2。
表 2 SPH-IPN对胰岛素的载药量试验组 载药量(w/w,%) 平均值(w/w,%) RSD（%） 1 3.13 3.19 1.88 2 3.25 3 3.20 3.5 载胰岛素凝胶降血糖实验
图4是含胰岛素的预溶胀SPH-IPN和冻干SPH-IPN对糖尿病大鼠和正常大鼠降糖作用的比较。图中预溶胀模型组在10 h时血糖值才有所降低，最低值为10 h的16.8 mmol/L，之后血糖又开始慢慢升高；预溶胀正常大鼠组在给药4 h后血糖开始降低，到24 h时血糖达到7.3 mmol/L，之后维持平稳状态；冻干模型组在包埋1 h后血糖便开始下降，血糖值降到6.7 mmol/L，在24 h后血糖开始慢慢升高，冻干正常大鼠组在1 h后血糖降至5.3 mmol/L，之后虽有起伏，但也一直在正常范围内。说明冻干凝胶的降糖作用较预溶胀组好，冻干凝胶在1～24 h时间段内的降糖作用较平稳。
4. 讨论
4.1 SPH-IPN的制备
本实验选用了能够迅速聚合的水溶性原料AA、AM为聚合反应单体；以APS/TEMED为引发体系；PF127为泡沫稳定剂，使产生的泡沫稳定时间更长；NaHCO3为起泡剂；O-CMC在合成过程中作为增稠剂，维持合适的起泡速率，使产生的气泡均匀、稳定，不致产生的气泡过快逸散[12]。采用溶液聚合法制备了含semi-IPN的水凝胶。因为该聚合反应在反应过程中会产生大量热量，这对泡沫的稳定极为有利，因此在常温条件下便能进行聚合反应，条件温和。以pH 1.0的GA溶液交联O-CMC时，可避免过度溶胀对孔隙结构的破坏，且pH 1.0时GA的交联能力较好。除此之外，相较于参考文献[5]，本实验中O-CMC/单体比较高，当O-CMC/单体比为0.144时，虽然可形成具有大量相互贯通孔隙的聚合物，但会导致其溶胀速率减慢，溶胀比降低，从而影响载药量和释药速率。随着溶胀速率减慢，药物溶出速率也相应减慢；随着溶胀比的降低，吸收的药物溶液减少，载药量随之降低。本实验提高O-CMC/单体的目的是希望通过减慢SPH-IPN的溶胀速率，从而尝试制备缓释制剂。
4.2 水凝胶的载药方法
水凝胶的载药方法通常有2种：一是将药物与单体溶液混合，随着单体聚合、交联将药物包埋于水凝胶中[13]；另一种方法为吸附载药，即凝胶在被载药液中溶胀，将载药水凝胶干燥，实现药物包埋[14]。姜黄素属于脂溶性药物，课题组前期研究结果表明，0.5%的SDS对姜黄素有一定的增溶效果；0.1 mol/L pH 7.4 PBS中SPH-IPN的溶胀比较大，对胰岛素具有一定的增溶作用，故分别选用这两种溶剂配制胰岛素溶液。
4.3 超多孔水凝胶的释药性能
文献[5]表明，超多孔水凝胶载药后的释药性能与O-CMC的含量、pH、离子强度、温度等多个因素有关，同时也有可能与载药SPH-IPN的制备过程有关。
笔者曾用SPH-IPN包载姜黄素，并开展探索性实验。结果发现20、40、60目不同粒径的凝胶累积释放率不同，前13 h三者的累积释放率均几乎一样（接近0），13 h后累积释放率逐渐增加，以40目凝胶的效果最佳，48 h后达到6.00%，明显高于其他组，但其释放速度慢，见图5。灌胃给予载姜黄素SPH-IPN后，部分大鼠排泄物中可见载姜黄素SPH-IPN，说明SPH-IPN在体内溶胀速率很慢；而载姜黄素SPH-IPN组和姜黄素原药组，灌胃后大鼠眼眶血中均未检出姜黄素，也进一步体现SPH-IPN未促进姜黄素的吸收。
将载胰岛素SPH-IPN予灌胃给药溶胀很慢，降糖效果极不明显，为延长SPH-IPN溶胀时间，最终考虑将其进行皮下包埋给药。
载胰岛素SPH-IPN皮下包埋给药发现，载胰岛素冻干SPH-IPN组的降糖效果优于载胰岛素溶胀SPH-IPN组，表明载药SPH-IPN的释放性能除与溶胀比有关外，其制备过程也会一定程度影响被载药物的疗效，与文献[5]报道一致。实验中将冻干组和溶胀组均进行包埋，均可延长溶胀时间，但冻干SPH-IPN组的降糖效果优，皮下包埋2 h后表现出明显的降糖作用，相比溶胀组而言，起效时间快（8 h左右）且持续时间长，24 h之内均具有良好的降糖作用。提示我们在制备载药SPH-IPN的过程中应该时刻关注被载药物的活性及稳定性，应在适当的条件下对药物进行包载以提高药物疗效，同时也说明载胰岛素冻干SPH-IPN可作为控释制剂，实现调节大鼠血糖的目的。结合实验结果分析可知，SPH-IPN能够增强药物的稳定性，提高生物利用度，比较适合作为蛋白质药物给药载体。
4.4 SPH-IPN载胰岛素的微针给药展望
文献研究发现，胰岛素经皮给药具有不错的疗效，与皮下给药效果几无差异，且依从性好，成为最新、有效、方便的给药方式。Norduist等[15]将微针贴剂用于胰岛素给药，结果发现，血浆胰岛素浓度变化与传统的皮下注射并无太大差异，但微针贴剂能极大地提高实验大鼠的依从性。无痛中空微针皮内胰岛素给药系统已获得 FDA批准，进入II期临床，相关产品有以色列纳米通道技术公司采用MEMS技术开发的中空微针器具，其中包括用于无痛释放胰岛素薄片与胰岛素微型泵相结合。Liu等[16]将可溶性材料透明质酸制备成负载胰岛素的微针阵列。在体实验发现，负载胰岛素的微针能够在1 h内完全溶解，携带的胰岛素快速释放入体内。
与上述研究及应用相比，本实验的载胰岛素SPH-IPN，释放药物无需微型泵，皮下包埋给药可以24 h内保持平稳、正常的血糖浓度，适合作为一日一次给药的控释制剂。为了提高患者的依从性，进一步研究将载胰岛素SPH-IPN制备为微针阵列的形式，以期得到一种方便、快捷、安全的胰岛素缓释递药系统。
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表 1 FK506和FK520的质谱行为分析
参数 FK506 FK520 分子量 804.2 792.4 定性分析的离子反应（m/z） 821.5→576.3 809.5→564.3 碎裂能量（CE, V） 31.2 29.0 定量分析的离子反应（m/z） 821.5→768.4 809.5→756.5 碎裂能量（CE, V） 28.0 26.1 解簇电压（DP, V） 120 45 
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表 2 方法精密度试验结果
时间 浓度
(ng/ml)序号 平均值 RSD
(%)1 2 3 4 5 日内 1 1.00 0.97 0.98 0.98 0.96 0.98 1.52 10 9.91 9.98 9.92 9.97 9.94 9.94 0.31 30 29.96 29.95 29.96 29.87 29.98 29.94 0.09 日间 1 0.99 0.98 1.97 0.96 1.01 1.18 0.37 10 9.96 9.98 9.95 9.97 9.98 9.97 0.13 30 29.98 29.96 29.96 30.01 29.95 29.97 0.05
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表 3 方法重复性试验结果
浓度
(ng/ml)序号 平均值 RSD
(%)1 2 3 1 0.98 0.96 0.97 0.97 1.03 10 9.97 9.93 9.96 9.95 0.21 30 29.93 29.98 29.92 29.94 0.06
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表 4 给予FK506三种制剂后的房水药动学参数（n=3）
药动学参数 FK506 CNE Talymus® FK506 CNE GEL AUC(ng·h /ml) 113.61±12.36* 68.25±10.82 128.34±13.09*# c max (ng/ml) 28.02±4.07 21.34±3.31 24.14±3.10 t max (t/h) 1.50±0.20* 2.00±0.17 2.50±0.25*# ka (h-1) 2.16±0.51* 1.14±0.90 0.94±0.08*# ke (h-1) 0.34±0.02* 0.41±0.05 0.32±0.02*# MRT (t/h) 3.46±0.28* 3.23±0.24 4.23±0.34*# *P<0.05，与Talymus®比较；#P<0.05，与FK 506 CNE比较
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