Glucose-Responsive Self-Regulated Injectable Silk Fibroin Hydrogel for Controlled Insulin Delivery

丝素 胰岛素 药物输送 胰岛素释放 材料科学 体内 控制释放 生物医学工程 药理学 纳米技术 糖尿病 1型糖尿病 丝绸 医学 内科学 生物 内分泌学 生物技术 复合材料
作者
Biswanath Maity,Hariharan Moorthy,Thimmaiah Govindaraju
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (43): 49953-49963 被引量:65
标识
DOI:10.1021/acsami.3c07060
摘要

Stimuli-responsive drug delivery systems are gaining importance in personalized medicine to deliver therapeutic doses in response to disease-specific stimulation. Pancreas-mimicking glucose-responsive insulin delivery systems offer improved therapeutic outcomes in the treatment of type 1 and advanced stage of type 2 diabetic conditions. Herein, we present a glucose-responsive smart hydrogel platform based on phenylboronic acid-functionalized natural silk fibroin protein for regulated insulin delivery. The modified protein was synergistically self-assembled and cross-linked through β-sheet and phenylboronate ester formation. The dynamic nature of the bonding confers smooth injectability through the needle. The cross-linked hydrogel structures firmly hold the glucose-sensing element and insulin in its pores and contribute to long-term sensing and drug storage. Under hyperglycemic conditions, the hydrogen peroxide generated from the sensing element induces hydrogel matrix degradation by oxidative cleavage, enabling insulin release. In vivo studies in a type 1 diabetic Wistar rat model revealed that the controlled insulin release from the hydrogel restored diabetic glucose level to physiological conditions for 36 h. This work establishes the functional modification of silk fibroin into a glucose-responsive hydrogel platform for regulated and functional insulin delivery application.
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