Polymeric Microneedle Arrays with Glucose-Sensing Dynamic-Covalent Bonding for Insulin Delivery

共价键 自愈水凝胶 苯硼酸 聚合 纳米凝胶 化学 透皮 聚合物 纳米技术 材料科学 胰岛素 组合化学 高分子化学 药物输送 有机化学 医学 药理学 催化作用 内分泌学
作者
Zhou Ye,Yuanhui Xiang,Thomas Monroe,Sihan Yu,Ping Dong,Sijie Xian,Matthew J. Webber
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
卷期号:23 (10): 4401-4411 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.2c00878
摘要

The ongoing rise in diabetes incidence necessitates improved therapeutic strategies to enable precise blood glucose control with convenient device form factors. Microneedle patches are one such device platform capable of achieving therapeutic delivery through the skin. In recent years, polymeric microneedle arrays have been reported using methods of in situ polymerization and covalent crosslinking in microneedle molds. In spite of promising results, in situ polymerization carries a risk of exposure to toxic unreacted precursors remaining in the device. Here, a polymeric microneedle patch is demonstrated that uses dynamic-covalent phenylboronic acid (PBA)-diol bonds in a dual role affording both network crosslinking and glucose sensing. By this approach, a pre-synthesized and purified polymer bearing pendant PBA motifs is combined with a multivalent diol crosslinker to prepare dynamic-covalent hydrogel networks. The ability of these dynamic hydrogels to shear-thin and self-heal enables their loading to a microneedle mold by centrifugation. Subsequent drying then yields a patch of uniformly shaped microneedles with the requisite mechanical properties to penetrate skin. Insulin release from these materials is accelerated in the presence of glucose. Moreover, short-term blood glucose control in a diabetic rat model following application of the device to the skin confirms insulin activity and bioavailability. Accordingly, dynamic-covalent crosslinking facilitates a route for fabricating microneedle arrays circumventing the toxicity concerns of in situ polymerization, offering a convenient device form factor for therapeutic insulin delivery.
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