Skin permeable polymer for noninvasive transdermal insulin delivery

透皮 角质层 胰岛素 化学 全身循环 角细胞 结合 渗透(战争) 药理学 生物医学工程 内科学 医学 病理 数学 数学分析 工程类 运筹学
作者
Qiuyu Wei,Zhimin He,Jiajia Xiang,Ying Piao,Jianxiang Huang,Yu Geng,Haoru Zhu,Zifan Li,Jiaheng Zeng,Yan Zhang,Hongrui Lu,Quan Zhou,Shiqun Shao,Jianbin Tang,Zhuxian Zhou,Ruhong Zhou,Youqing Shen
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:1
标识
DOI:10.1101/2023.05.05.539551
摘要

Abstract Subcutaneous injection of insulin is the current standard medication for many diabetic patients. Convenient and painless noninvasive transdermal insulin delivery has long been pursued but yet succeeded due to no such technologies for large biomacromolecules. We find a tertiary amine oxide-based polyzwitterion, OPDMA, that can efficiently penetrate both the stratum corneum (SC) and viable epidermis into circulation. So its conjugate with insulin, OPDMA-I, applied on the skin can exhibit hypoglycemic effects as efficiently as subcutaneously injected insulin in type-1 diabetic mice and minipigs. The unique pH-dependent cationic-to-zwitterionic transition of OPDMA in the characteristic acidic-to-neutral pH gradient from the skin surface to deep SC enables fast transdermal delivery of OPDMA and its conjugate. On the skin, OPDMA binds to carboxylic acids in the acidic sebum layer, enriching OPDMA-I on the SC. As pH increases in deeper SC layers, binding between OPDMA-I and the skin weakens gradually, allowing for diffusion through inter-corneocyte gaps and penetration into viable epidermis and finally entering the systemic circulation via dermal lymphatic vessels. This process does not alter SC microstructures or cause any physiological changes in the skin. This study represents a groundbreaking example of noninvasive transdermal protein delivery.
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