Historia insuliny

Analizy

Historia insuliny

Być może najważniejszym i najczęściej stosowanym lekiem hormonalnym w praktyce lekarskiej jest insulina. Insulina ludzka - hormon syntetyzowany przez komórki beta trzustki - odgrywa ogromną rolę w procesach normalnego funkcjonowania organizmu człowieka.

Jego najważniejszą funkcją jest dostarczanie komórkom ciała głównego materiału energetycznego, glukozy.

Jeśli insulina nie wystarczy, komórki nie są w stanie wchłonąć glukozy, gromadzą się we krwi, a tkanki i narządy doświadczają głodu energii. Przy braku insuliny rozwija się poważna choroba, taka jak cukrzyca.

Aż do początku XX wieku. pacjenci z cukrzycą zmarli w dzieciństwie lub w młodym wieku z powodu różnych powikłań choroby, prawie nikt nie zdołał żyć dłużej niż 5-7 lat po wystąpieniu choroby.

Rola trzustki w rozwoju cukrzycy stała się znana dopiero pod koniec XIX wieku. W 1869 roku, w Berlinie, 22-letni student medycyny Paul Langergans zbadał strukturę trzustki za pomocą mikroskopu i zwrócił uwagę na wcześniej nieznane komórki, które tworzą grupy równomiernie rozmieszczone w całym gruczole, ale funkcję tych komórek, nazwane później wysepkami Langerhansa., pozostał nieznany.

Później Ernst Lako wysunął hipotezę, że trzustka bierze udział w procesach trawienia. W 1889 r. Niemiecki fizjolog Oscar Minkowski próbował udowodnić, że wartość trzustki w trawieniu jest wymyślona. W tym celu rozpoczął eksperyment, w którym usunął gruczoł u zdrowego psa. Kilka dni po rozpoczęciu eksperymentu asystent Minkowski, który monitorował stan zwierząt laboratoryjnych, zwrócił uwagę na dużą liczbę much, które przelatywały w stronę moczu eksperymentalnego psa.

Po zbadaniu moczu odkrył, że pies pozbawiony trzustki wydziela cukier z moczem. To była pierwsza obserwacja, która łączyła pracę trzustki i rozwój cukrzycy. W 1901 roku Eugene Opie udowodnił, że cukrzyca jest spowodowana zaburzeniami w budowie trzustki, a mianowicie całkowitym lub częściowym zniszczeniem wysepek Langerhansa.

Pierwszym, który był w stanie wyizolować insulinę i skutecznie zastosować ją w leczeniu pacjentów, był kanadyjski fizjolog Frederick Banting. Próba stworzenia lekarstwa na cukrzycę młodego naukowca popchnęła tragiczne wydarzenia - dwóch jego przyjaciół zmarło na cukrzycę. Jeszcze przed Bantingiem wielu badaczy, rozumiejąc rolę trzustki w rozwoju cukrzycy, próbowało wyizolować substancję, która bezpośrednio wpływa na poziom cukru we krwi, ale wszystkie próby zakończyły się niepowodzeniem.

Niepowodzenia te wynikały również z faktu, że enzymy trzustkowe (głównie trypsyna) zarządzają co najmniej częściowym rozkładem cząsteczek białka insuliny, zanim można je było wyizolować z ekstraktu z gruczołów. W 1906 r. Georg Ludwig Zeltser mógł osiągnąć pewien sukces w zmniejszaniu poziomu glukozy we krwi u psów doświadczalnych za pomocą ekstraktu trzustkowego, ale nie był w stanie kontynuować swojej pracy. Scott w 1911 na Uniwersytecie w Chicago użył wodnego ekstraktu trzustki i zauważył niewielki spadek glikozurii u zwierząt doświadczalnych, ale nie mógł przekonać swojego przełożonego do znaczenia jego badań i wkrótce te eksperymenty zostały przerwane.

Ten sam efekt został zademonstrowany przez Israel Kleiner w 1919 roku, ale nie dokończył pracy z powodu pierwszej wojny światowej.

Podobne dzieło z 1921 r. Opublikował profesor fizjologii rumuńskiej szkoły medycyny Nicola Paulesco, a wielu, w tym także w Rumunii, uważa go za pioniera w dziedzinie insuliny. Jednak zaletą izolowania insuliny i jej pomyślnego wykorzystania jest właśnie Frederick Banting.

Banting pracował jako młodszy wykładowca w Katedrze Anatomii i Fizjologii na uniwersytecie kanadyjskim pod nadzorem profesora Johna MacLeoda, który został uznany za świetnego specjalistę od diabetyków. Banting próbował osiągnąć atrofię trzustki przez bandażowanie jej kanałów wydzielniczych (kanałów) przez 6-8 tygodni, utrzymując wysepki Langerhansa niezmienione od działania enzymów trzustkowych i uzyskać czysty ekstrakt z komórek tych wysp.

Do przeprowadzenia tego eksperymentu wymagane było laboratorium, asystenci i psy eksperymentalne, których Banting nie posiadał.

Aby uzyskać pomoc, zwrócił się do profesora Johna MacLeoda, który był świadomy wcześniejszych niepowodzeń w uzyskaniu hormonów trzustkowych. Dlatego najpierw nie pozwolił Bantingowi na jego laboratorium. Jednak Banting nie wycofał się i wiosną 1921 roku ponownie poprosił MacLeoda o pozwolenie na pracę w laboratorium przez co najmniej dwa miesiące. Ponieważ w tym czasie MacLeod zamierzał pojechać do Europy, a laboratorium było wolne, zgodził się. Jako asystent Bantinga, studentowi piątego roku przydzielono Charlesa Besta, który dobrze zbadał metody oznaczania poziomu cukru we krwi i moczu.

Aby przeprowadzić eksperyment wymagający dużych nakładów, Banting musiał sprzedać prawie całą swoją własność.

Kilka psów było przywiązanych kanałami trzustki, po czym zaczęto czekać na zanik. W dniu 27 lipca 1921 r. Pacjentowi podano atrofię wyciągu z trzustki z odległą trzustką umiejscowioną w precomacie. Po kilku godzinach pies miał obniżony poziom cukru we krwi i moczu, a aceton zniknął.

Następnie ekstrakt z trzustki został wprowadzony po raz drugi, a ona żyła kolejne 7 dni. Być może pies żyłby dłużej, ale naukowcom zabrakło ekstraktów, ponieważ insulina z trzustki psów była niezwykle pracochłonna i długotrwała.

Później Banting i Best zaczęli otrzymywać ekstrakt z trzustki nienarodzonych cieląt, w których jeszcze nie wyprodukowano enzymów trawiennych, ale zsyntetyzowano już wystarczającą ilość insuliny. Ilość insuliny wystarcza, aby utrzymać eksperymentalnego psa przy życiu przez 70 dni. MacLeod, który powrócił z Europy do tego czasu, stopniowo zaczął interesować się dziełem Bantinga i Besta i łączył z nim cały personel laboratoryjny. Banting, który pierwotnie nazwał uzyskany ekstrakt trzustkowy Isletin, na sugestię MacLeoda, przemianowany na insulinę (z łaciny, Insula - "wyspa").

Kontynuowano produkcję insuliny. 14 listopada 1921 r. Banting i Best opisali wyniki swoich badań na spotkaniu Physiological Journal Club Uniwersytetu w Toronto. Miesiąc później raport został opublikowany w Stanach Zjednoczonych w American Physiological Society w New Haven.

Ilość ekstraktu uzyskanego z trzustki bydła poddanego ubojowi w rzeźni zaczęła gwałtownie rosnąć, a specjalisty wymagano do dokładnego oczyszczenia insuliny. W tym celu, pod koniec 1921 roku, MacLeod przywiózł do pracy słynnego biochemika Jamesa Collipa, który bardzo szybko osiągnął dobre wyniki w oczyszczaniu insuliny. Do stycznia 1922 r. Banting i Best rozpoczęli pierwsze badania kliniczne insuliny u ludzi.

Początkowo naukowcy wstrzyknęli po 10 jednostek insuliny, a następnie ochotnika, który był 14-letnim chłopcem, Leonardem Thompsonem, który cierpiał na cukrzycę. Pierwszy zastrzyk został mu zrobiony 11 stycznia 1922 roku, jednak nie był całkowicie udany, ponieważ ekstrakt nie był wystarczająco oczyszczony, co doprowadziło do rozwoju alergii. Przez następne 11 dni Collip ciężko pracował w laboratorium, aby poprawić ekstrakt, a 23 stycznia podano drugiemu zastrzykowi insulinę chłopcu.

Po wprowadzeniu insuliny chłopiec szybko zaczął się regenerować - to pierwsza osoba została uratowana przez insulinę. Wkrótce Banting uratował przyjaciela, doktora Joe Gilchrista, przed nadchodzącą śmiercią.

Wiadomość o pierwszym udanym stosowaniu insuliny 23 stycznia 1922 stała się międzynarodową sensacją. Banting i jego koledzy dosłownie wskrzesili setki osób chorych na cukrzycę, szczególnie tych z ciężkimi postaciami. Napisano wiele listów z prośbą o ratowanie przed chorobą, przyszedł do niego w laboratorium. Jednak w tamtym czasie nadal istniało wiele niedociągnięć - preparat insuliny nie był dostatecznie wystandaryzowany, nie było sposobu na samokontrolę, a dawka insuliny musiała być mierzona w przybliżeniu oko. Dlatego hipoglikemiczne reakcje organizmu często występowały, gdy poziom glukozy spadł poniżej normy.

Jednakże poprawa insuliny i jej wprowadzenie do codziennej praktyki medycznej trwały nadal.

Uniwersytet w Toronto zaczął sprzedawać licencje na produkcję insuliny różnym firmom farmaceutycznym, a do 1923 roku ten hormon stał się dostępny dla wszystkich diabetyków.

Lily (USA) i Novo Nordisk (Dania), które nadal są liderami w tej dziedzinie, otrzymały zezwolenie na produkcję leków. Bantingu w 1923 r. University of Toronto uzyskał stopień doktora nauk ścisłych, został wybrany na profesora. Został również otwarty specjalny dział badań medycznych dla Banting i Best, którym przydzielono wysokie osobiste wynagrodzenie.

W 1923 Banting i McLeod zostali nagrodzeni Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny, którą dobrowolnie podzielili z Best i Collip.

W 1926 roku naukowiec medyczny Abel był w stanie zsyntetyzować insulinę w postaci krystalicznej. Po 10 latach duński naukowiec Hagedorn otrzymał przedłużoną (wydłużoną) insulinę, a 10 lat później powstał neutralny protaminowy Hagerdon, który nadal pozostaje jednym z najbardziej popularnych rodzajów insuliny.

Skład chemiczny insuliny został ustalony przez brytyjskiego biologa molekularnego Fredericka Sangera, który otrzymał Nagrodę Nobla w 1958 roku. Insulina stała się pierwszym białkiem, którego sekwencja aminokwasowa została całkowicie zdekodowana.

Strukturę przestrzenną cząsteczki insuliny ustalono metodą dyfrakcji rentgenowskiej w latach 90. Dorothy Crouft Hodgkin, która otrzymała także Nagrodę Nobla.

Po otrzymaniu Bantinga insuliny bydlęcej przeprowadzono eksperymenty z insuliną otrzymaną z trzustkowych gruczołów świń i krów, a także innych zwierząt (na przykład wielorybów i ryb).

Cząsteczka ludzkiej insuliny składa się z 51 aminokwasów. Insulina wieprzowa różni się od niej tylko jednym aminokwasem, a kwas krowiego w trzech, co nie przeszkadza im całkiem normalizować poziom cukru. Jednak insulina pochodzenia zwierzęcego ma znaczną wadę - u znacznej części pacjentów wywołuje reakcję alergiczną. Konieczna była zatem dalsza praca nad poprawą insuliny. W 1955 r. Odszyfrowano strukturę ludzkiej insuliny i rozpoczęto intensywne prace nad jej wyizolowaniem.

Po raz pierwszy było to możliwe w 1981 roku przez amerykańskich naukowców Gilberta i Lomedico. Nieco później uzyskano insulinę otrzymaną z drożdży piekarskich za pomocą inżynierii genetycznej. Insulina była pierwszym białkiem ludzkim zsyntetyzowanym w 1978 r. Przez genetycznie zmodyfikowaną bakterię E. coli. To od niego w biotechnologii zaczęła się nowa era. Od 1982 roku amerykańska firma Genentech rozpoczęła sprzedaż insuliny ludzkiej syntezowanej w bioreaktorze. Ta insulina nie ma działania uczulającego na organizm ludzki.

Historia insuliny jest jedną z najbardziej niezwykłych historii niezwykłych odkryć w farmakologii. O znaczeniu odkrycia i syntezy insuliny świadczy fakt, że trzy nagrody Nobla zostały przyznane za pracę z tą cząsteczką. Cukrzyca jest nadal nieuleczalną chorobą, a jedynie stałe zastrzyki magicznej medycyny mogą uratować życie pacjentów.

Jednak doskonałość w produkcji insuliny nie został osiągnięty, to ma skutki uboczne (na przykład występuje lipodystrofia w miejscu wstrzyknięcia, etc.), tak że aktywność poprawić lub zmienić jakość syntetyzowanych insuliny jest nadal w toku.

Historia tworzenia insuliny;

Być może najważniejszym i najczęściej stosowanym lekiem hormonalnym w praktyce lekarskiej jest insulina. Insulina ludzka, hormon syntetyzowany przez komórki beta trzustki, odgrywa ogromną rolę w procesach normalnego funkcjonowania ludzkiego organizmu.

Jego najważniejszą funkcją jest dostarczanie komórkom ciała głównego materiału energetycznego, glukozy.

Rola trzustki w rozwoju cukrzycy stała się znana dopiero pod koniec XIX wieku. W 1869 roku w Berlinie, 22-letniego studenta medyczny Paula Langerhansa, studiując pod mikroskopem strukturę trzustki, zwrócił uwagę na uprzednio nieznanego komórki, tworząc grupy, które były równomiernie rozmieszczone w gruczole, ale funkcję tych komórek, zwane wysepki Langerhansa następnie, pozostał nieznany.

Ten sam efekt został zademonstrowany przez Israel Kleiner w 1919 roku, ale nie dokończył pracy z powodu pierwszej wojny światowej.

Do przeprowadzenia tego eksperymentu wymagane było laboratorium, asystenci i psy eksperymentalne, których Banting nie posiadał.

Aby uzyskać pomoc, zwrócił się do profesora Johna MacLeoda, który był świadomy wcześniejszych niepowodzeń w uzyskaniu hormonów trzustkowych. Dlatego najpierw nie pozwolił Bantingowi na jego laboratorium. Jednak Banting nie wycofał się i wiosną 1921 roku ponownie poprosił MacLeoda o pozwolenie na pracę w laboratorium przez co najmniej dwa miesiące. Ponieważ w tym czasie MacLeod zamierzał pojechać do Europy, a laboratorium było wolne, zgodził się. Jako asystent Banting otrzymał pięcioletnie studia licencjackie Charlesa Besta, który studiował metody oznaczania poziomu cukru we krwi i moczu.

Aby przeprowadzić eksperyment wymagający dużych nakładów, Banting musiał sprzedać prawie całą swoją własność.

Początkowo naukowcy wstrzyknięto 10 standardowych jednostek samej insuliny, a następnie - wolontariusza, który był 14-letni chłopiec Leonard Thompson, który cierpiał na cukrzycę. Pierwszy zastrzyk został mu zrobiony 11 stycznia 1922 roku, jednak nie był całkowicie udany, ponieważ ekstrakt nie był wystarczająco oczyszczony, co doprowadziło do rozwoju alergii. Przez następne 11 dni Collip ciężko pracował w laboratorium, aby poprawić ekstrakt, a 23 stycznia podano drugiemu zastrzykowi insulinę chłopcu.

Jednakże poprawa insuliny i jej wprowadzenie do codziennej praktyki medycznej trwały nadal.

Uniwersytet w Toronto zaczął sprzedawać licencje na produkcję insuliny różnym firmom farmaceutycznym, a do 1923 roku ten hormon stał się dostępny dla wszystkich diabetyków.

W 1923 Banting i McLeod zostali nagrodzeni Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny, którą dobrowolnie podzielili z Best i Collip.

Strukturę przestrzenną cząsteczki insuliny ustalono metodą dyfrakcji rentgenowskiej w latach 90. Dorothy Crouft Hodgkin, która otrzymała także Nagrodę Nobla.

Po otrzymaniu Bantinga insuliny bydlęcej przeprowadzono eksperymenty z insuliną otrzymaną z trzustkowych gruczołów świń i krów, a także innych zwierząt (na przykład wielorybów i ryb).

Interesujące fakty dotyczące odkrycia insuliny

Pierwszy lek insuliny, który zdołał uratować ludzkie życie, został wprowadzony do chorego nastolatka w 1922 roku. Został zrobiony z trzustki krowy, a zanim dostał lekarstwo, potrzebował stuleci żmudnej pracy, odkryć i intryg, a wielu wciąż spierało się o to, kto otworzył insulinę, mimo że autorzy zdobyli Nagrodę Nobla.

Studium

Ludzkość wiedziała o cukrzycy od czasów starożytnej Grecji: zauważając, że woda w ciele pacjenta nie zwleka, osoba jest stale spragniona, Areteus z Kapadocji nazwał chorobę "diabayno" - "przejść przez". Na początku dwudziestego wieku wiele wiadomo było o cukrzycy, a psy odgrywały w tym ważną rolę. Eksperymenty przeprowadzono w sposób okrutny: zwierzęta usunęły trzustkę, po czym naukowcy zaobserwowali wzrost poziomu cukru w organizmie (określono ilość glukozy w moczu i monitorowano objawy choroby). Udowodniono, że cukrzyca jest bezpośrednio powiązana z trzustką.

Naukowiec z Rosji, Leonid Sobolev, jako pierwszy odkrył, że nie wszystkie trzustki są odpowiedzialne za rozwój cukrzycy, ale tylko część komórek (wysepki Langerhansa). Zrobił to w 1900 roku, przywiązując przewód moczowy trzustki do psa, co doprowadziło do jego atrofii, ale ponieważ wysepki Langerhansa pozostały nienaruszone, zwierzę nie rozwinęło cukrzycy. Chociaż naukowiec z Rosji poruszał się we właściwym kierunku, zmarł bez ukończenia badań.

Następnie naukowcy ustalili, że na rozwój choroby ma wpływ brak biologicznie aktywnych substancji wytwarzanych w tych komórkach i przyczyniają się do wchłaniania glukozy w organizmie oraz do jego produkcji (w 1916 r. Niemiecki Charpy-Schafer nadał nazwę tym substancjom: łacińskie słowo "insula" oznacza wyspę).

Pomysł, że cukrzycę można leczyć poprzez podawanie insuliny na zewnątrz, pojawił się niemal natychmiast po jej odkryciu, ale wszystkie eksperymenty zakończyły się niepowodzeniem. Get hormon w czystej postaci nie działa, a po połknięciu lek został zniszczony przez działanie soków trawiennych.

Pierwsza synteza insuliny mogłaby sprawić, że francuski badacz GLay. Wstrzyknął do kanałów trzustki oleju z psa, co doprowadziło do atrofii narządu, podczas gdy wysepki Langerhansa pozostały nienaruszone. Z gruczołu z atrofią Gley rozciągnął i wstrzyknął psa, u którego rozwinęła się cukrzyca z powodu usuniętej trzustki. Zwierzę nie umierało, podczas gdy lek został wstrzyknięty do jej ciała.

Gley nie przywiązywał żadnego znaczenia do swojego odkrycia, dokonał szczegółowych opisów badań, aw 1905 r. Zdeponował Towarzystwo Biologiczne Paryża do przechowywania, w którym od wielu lat zbierały się w sejfie.

Synteza

Oficjalnie uważa się, że pierwszą osobą, która nauczyła się syntezy insuliny, był kanadyjski Frédéric Banting, który podzielił się swoim pomysłem z profesorem Johnem MacLeodem: do przeprowadzenia eksperymentów potrzebne było laboratorium z dobrym sprzętem, a MacLeod mógłby je zapewnić. Początkowo profesor odmówił przydzielenia miejsca na eksperymenty i zgodził się tylko dlatego, że miał jechać do Europy i nie potrzebował szczególnie laboratorium.

Dlatego uczestnictwo w rozwoju zajęło minimum i powiedziało, że do czasu jego powrotu z wakacji cała praca powinna zostać zakończona, to znaczy, dwa miesiące później (naukowcy nie dotrzymali terminu wyznaczonego przez MacLeoda, powracający profesor chciał wydalić ich z laboratorium, ale udało mu się go przekonać). Pomagając Bantingowi, wybrałem jednego z najbardziej obiecujących studentów medycyny Charlesa Besta, który był bardzo zainteresowany ideą syntezy insuliny.

Pierwsze eksperymenty zostały przeprowadzone przez Banting i Best na psach. Otrzymali ekstrakt z atrofii trzustki psa (zajęło to około dwóch miesięcy), po czym podali zastrzyk zwierzęciu w śpiączce, które usunęło gruczoł. Fakt, że znajdują się one na właściwej ścieżce, stało się jasne, że zwierzę przeżyło jeszcze siedem dni po wstrzyknięciu, pozostawiając śpiączkę, kiedy lek został wstrzyknięty i wpadł do niego, jeśli nie podano żadnego zastrzyku. W tym czasie naukowcy stale mierzyli poziom glukozy. Po raz pierwszy ktoś wyszedł ze śpiączki cukrzycowej (wtedy nie było wiadomo o badaniach Francuza).

Intryga zaczęła się później: naukowcy nie wydali patentu i przenieśli prawo do otwarcia uniwersytetu. MacLeod, po zrozumieniu znaczenia odkrycia, rozpoczął aktywną działalność, przyciągnął wszystkich obiecujących pracowników i zaczął produkować leki insulinowe. Szczególną rolę w tym odegrał biochemik John Collip: udało mu się zrobić tak, że nie było potrzeby podwiązywania kanałów i czekania, aż trzustka zanika.

Naukowcy przestawili swoją uwagę z psów na krowy, a po chwili okazało się, że zarodki mają znacznie więcej wysepek Langerhansa niż zwierzęta dorosłe. Wyniki z każdym doświadczeniem były coraz lepsze, a naukowcom udało się przedłużyć życie psa do siedemdziesięciu dni. W 1922 roku lek podawano umierającemu chłopcu i przywracając go do życia.

Nagroda

Następnie MacLeod sporządził raport na spotkaniu Stowarzyszenia Lekarzy Amerykańskich, zwracając go tak, jakby dokonał odkrycia. W tym samym czasie zaczął aktywnie promować lek, ponieważ miał do tego połączenia. Nadal nie mógł milczeć o roli Bantinga, ale rola innych naukowców została zminimalizowana. Z tego powodu nagrodę Nobla za odkrycie insuliny przyznano tylko jemu i Bantingowi.

Mając na uwadze fakt, że MacLeod zdobył nagrodę, a Best był bez pracy, Basting zdecydowanie się nie zgodził i zaczął publicznie opowiadać o tym, w jaki sposób przeprowadzono eksperymenty, o roli MacLeoda, nie zapominając o tym, jakie kije włożyli w koła wybitnego naukowca. Ogromny skandal doprowadził do tego, że nikt nie otrzymał nagrody, a później został podzielony między czterech naukowców: Basting podzielił się z Best, Mcleod z Collip.

Dowiedziawszy się o przyznaniu nagrody, francuski naukowiec Gray postanowił udowodnić, że jest autorem wynalazku, dla którego jego notatki zostały wyciągnięte w obecności świadków. Uspokoił się dopiero po Hermann Minkowski, który urodził się na Litwie, że w tym czasie był częścią Rosji, ale mieszkał i pracował w Niemczech, powiedział o możliwości doprowadzenia Francuza do sądu do ukrywania informacji, które mogą uratować więcej niż jedno życie tysiąc osób.

Produkcja leków

Od 1926 r. Produkcja insuliny została wprowadzona na dużą skalę, została wyprodukowana przez wiodące firmy farmaceutyczne, a ostatnio produkuje stal w Rosji. Początkowo hormon wytwarzano z trzustki bydła, ale często powodował on alergie, ponieważ nie pokrywały się z trzema ludzkimi aminokwasami.

Następnie zaczęli wytwarzać insulinę wieprzową (różnica w jednym aminokwasie), którą ciało ludzkie lepiej absorbuje, ale możliwe są również alergie. Dlatego postanowiono wyprodukować syntetyczną insulinę, która byłaby kompletnym analogiem człowieka. Inżynieria genetyczna przyszła na ratunek, przede wszystkim biochemii.

Przedtem należy zauważyć, że wszystkie białka są polimerami złożonymi z fragmentów aminokwasów. Jednocześnie tylko aminokwasy biorą udział w tworzeniu polimerów potrzebnych do produkcji insuliny, które mają tylko jeden atom węgla pomiędzy grupą karboksylową a grupą aminową.

Chociaż istnieje wiele aminokwasów, tylko 51 reszt aminokwasowych bierze udział w tworzeniu insuliny, w wyniku czego hormon jest jednym z najkrótszych łańcuchów białkowych.

Aby uzyskać insulinę, aminokwasy muszą być połączone w ściśle określonej kolejności (w przeciwnym razie można uzyskać cząsteczkę, która nie ma nic wspólnego z tym, co produkuje żywy organizm), co zostało zrobione podczas eksperymentów.

Po pewnym czasie, przy pomocy inżynierii genetycznej i biochemii, naukowcy byli w stanie zorganizować produkcję insuliny, umieszczając w specjalnych pożywkach szczepy drożdży i genetycznie zmodyfikowaną E. coli zdolną do wytwarzania ludzkiej insuliny modyfikowanej genetycznie. Ilość wytworzonej substancji była tak duża, że naukowcy skłonni byli wierzyć, że takie rozcieńczenie hormonu wkrótce zastąpi insulinę pochodzenia zwierzęcego.

Przechowywanie

Według oficjalnych danych liczba diabetyków w Rosji przekracza trzy miliony osób, tak wiele uwagi poświęca się produkcji insuliny. Obecnie w Rosji opracowano technologię produkcji insuliny modyfikowanej genetycznie. Ale liczba leków wytwarzanych przez Rosję dla takiej liczby pacjentów nie jest wystarczająca. Dlatego oprócz insuliny wydanej w Rosji, kraj kupuje za granicą ogromną liczbę leków, zapewniając niezbędne warunki do przechowywania insuliny w magazynach.

Mówiąc o przechowywaniu insuliny w Rosji, należy zauważyć, że nieotwarta fiolka może być zwykle przechowywana przez około dwa do trzech lat. Aby upewnić się, że insulina nie ulega pogorszeniu, bardzo ważne jest przestrzeganie warunków przechowywania insuliny. Przed przechowywaniem insuliny należy wziąć pod uwagę, że idealna temperatura przechowywania wynosi od 6 do 8 ° C.

Przechowywanie insuliny jest pożądane przy bocznych drzwiach, z dala od zamrażarki (zamrażanie jest nie do zaakceptowania, ponieważ zmienia się jego struktura). Kilka godzin przed wstrzyknięciem i rozcieńczeniem należy wyciągnąć go z lodówki i trzymać w temperaturze pokojowej.

Otwarta fiolka jest przechowywana w temperaturze pokojowej (do 25 ° C), z dala od światła słonecznego i urządzeń grzewczych. Nie używaj dłużej niż cztery tygodnie. Jeśli roztwór stał się mętny, pojawił się osad, nie jest on dobry i należy go odrzucić.

Historia insuliny, która wynalazła insulinę

Jeśli chodzi o mnie, każdy chory na cukrzycę powinien znać historię swojej choroby. Wiedza ta daje pełne poczucie kontroli nad chorobą, a także poważniej traktuje jej leczenie. Dlatego dzisiaj porozmawiamy o insulinie - głównym hormonie, który kontroluje nasz poziom cukru. W tym artykule dokonamy przeglądu całej chronologii badania insuliny od jej wykrycia (odkrycie insuliny) do produkcji przemysłowej.

Początek badań...

Pierwsze badania dotyczące insuliny pojawiły się w 1869 roku. Młody naukowiec zbadał trzustkę za pomocą mikroskopu, który niedawno pojawił się w nim. Zwrócił uwagę na dziwne akumulacje komórek. Później nazywane będą wyspami Langerhansa. Potem nie wiedział, dlaczego istnieją, tylko zasugerował, że są one niezbędne do regulacji trawienia. Paul Langergans poświęcił swoją pracę doktorską tym komórkom.

Dwadzieścia lat później, w 1889 roku, pewien fizjolog Oskar Minkowski postanowił odrzucić wszystkie badania trzustki i udowodnić, że nie ma to nic wspólnego z trawieniem. Usunął gruczoł z psa, ale po kilku dniach zauważył, że wraz z moczem zostały uwolnione cukier i cukier. To wtedy po raz pierwszy naukowcy powiązali trzustkę z cukrzycą. Nawiasem mówiąc, Minkowski nigdy nie zasłynął w kręgach naukowych i nie dokonał ważniejszych odkryć. Być może nigdy nie zaakceptował faktu, że okaleczył biedne zwierzę...

Wykrywanie insuliny

W 1900 r. L.V. Sobolev potwierdził naukowo, że wysepki Langerhansa wydzielają pewien hormon, który reguluje procesy węglowodanowe w organizmie. Zaproponował również metodę pozyskiwania tego hormonu od noworodków, ponieważ ich wysepki są bardzo dobrze rozwinięte. Dla najbardziej dociekliwych interesujące byłoby to, że Sobolev pracował w tym samym laboratorium z samym Pavlovem. Zbyt ciasny świat naukowy, który nie mówi...

W ciągu następnych dziesięcioleci wielu naukowców próbowało wyleczyć cukrzycę z hormonu trzustkowego (wtedy nazwa insuliny nie pojawiła się). Liderzy nauki, którzy nie wierzyli w powagę badań, powstrzymali jednego naukowca, Kleiner został powstrzymany przez pierwszą wojnę światową, rumuński naukowiec Paulesco opublikował swoje badania, ale nie posunął się dalej w metodach izolowania go.

Dopiero w 1922 r. Grupie naukowców z Uniwersytetu w Toronto udało się dokonać pierwszego wstrzyknięcia insuliny 14-letniemu chłopcu z cukrzycą. Było to poprzedzone wieloletnimi eksperymentami na psach, które opierały się na badaniach Sobolewa. Naukowcy, którzy dokonali tego przełomu naukowego, nazwali Banting, Mcleod, Best i Collip.

Historia insuliny. Spójrz w przeszłość

Według Międzynarodowej Federacji Diabetologicznej z cukrzycą, obecnie istnieje 542,000 dzieci poniżej 14 lat, 415 milionów dorosłych, a do 2040 r. Liczba osób z cukrzycą wyniesie 642 miliony 1.

Wzrost liczby osób chorych na cukrzycę związany jest niewątpliwie ze zmianami stylu życia (zmniejszenie aktywności fizycznej), nawykami żywieniowymi (spożywaniem pokarmów bogatych w łatwo przyswajalne węglowodany, tłuszcze zwierzęce), ale jednocześnie pokazuje, że dzięki odkryciu nowoczesnego obniżenia poziomu cukru leki, tworzenie metod kontrolowania choroby, opracowywanie algorytmów diagnozowania i leczenia powikłań cukrzycy, zwiększa się również długość życia osób chorych na cukrzycę, nie wspominając już o poprawie jej jakości _________

Ludzkość wiedziała o cukrzycy od 3,5 tysiąca lat (jak wiadomo, pierwszy traktat opisujący chorobę, egipskie Zarodniki Papirusu, pochodzi z roku 1500. pne), ale tylko około 90 miało miejsce w leczeniu tej ciężkiej choroby. lata temu, kiedy cukrzyca, w tym pierwszy typ, przestała być wyrokiem śmierci.

Wymagania wstępne dotyczące tworzenia insuliny

Już w XIX wieku podczas autopsji pacjentów zmarłych na cukrzycę zauważono, że we wszystkich przypadkach trzustka została poważnie uszkodzona. W Niemczech w 1869 roku Paul Langergans odkrył, że w tkankach trzustki istnieją pewne grupy komórek, które nie biorą udziału w wytwarzaniu enzymów trawiennych.

W 1889 roku w Niemczech, fizjolog Oscar Minkowski i lekarz Joseph von Mehring, eksperymentalnie udowodnili, że usunięcie trzustki u psów prowadzi do rozwoju cukrzycy. To pozwoliło im założyć, że trzustka wydziela pewną substancję odpowiedzialną za metaboliczną kontrolę nad ciałem 2. Hipotezy Minkowskiego i Mehringa znalazły nowe i nowe potwierdzenia, a do pierwszej dekady XX wieku badanie związku między cukrzycą a wysepką Langerhansa na wysepce trzustkowej, odkrycie wydzielania hormonalnego, dowiodło, że pewna substancja wydzielana przez komórki wysp trzustkowych Langerhansa odgrywa wiodącą rolę w regulacji metabolizmu węglowodanów 3. Pojawił się pomysł, że jeśli ta substancja zostanie wyizolowana, może być stosowana w leczeniu cukrzycy, jednak wyniki kontynuacji eksperymentów Minkowskiego i Merkingu, gdy ekstrakt był podawany psom po usunięciu trzustki, które w niektórych przypadkach doprowadziły do zmniejszenia glikozurii nie były powtarzalne, a samo wprowadzenie ekstraktu spowodowało wzrost temperatury i inne skutki uboczne.

Europejscy i amerykańscy naukowcy, tacy jak Georg Sulzer, Nicola Paulesko 4, Israel Kleiner, ćwiczyli wprowadzanie ekstraktu trzustkowego do pacjentów z cukrzycą, ale ze względu na dużą liczbę skutków ubocznych i problemów związanych z finansowaniem, nie byli oni w stanie ukończyć eksperymentów.

Pomysł Fredericka Bantinga

W 1920 roku Fryderyk Banting, 22-letni chirurg, próbował otworzyć swoją praktykę w małym kanadyjskim miasteczku, a na uniwersytecie Western Ontario. W poniedziałek, 31 października, Banting miał powiedzieć studentom o metabolizmie węglowodanów - temacie, w którym sam nie był silny, i aby lepiej się przygotować, Banting przeczytał niedawno artykuł M. Barrona, opisany w późny niedzielny wieczór, w którym opisał blokadę trzustki. kanałowe kamienie żółciowe i wynikająca z nich atrofia komórek groniastych (komórki odpowiedzialne za funkcję zewnątrzwydzielniczą) 2. Tej samej nocy Banting zapisał swój pomysł: "Bandażuj przewody trzustkowe u psów. Poczekaj na atrofię acini, wyizoluj sekret z komórek wyspowych, aby ułatwić glukozurię. "5 A więc, nie zdoławszy osiągnąć praktyki, Banting udał się na Uniwersytet w Toronto, swoją alma mater, gdzie zwrócił się do profesora Johna MacLeoda, jednego z wiodących ekspertów w dziedzinie metabolizmu węglowodanów. Chociaż profesor zaakceptował pomysł Bantinga bez entuzjazmu, wytypował laboratorium z minimum sprzętu i 10 psów dla chirurga. Asystent Banting stał się studentem lotnictwa Charlesa Besta. Latem 1921 roku rozpoczął się eksperyment.

Banting i Best rozpoczęli badania poprzez usunięcie trzustki u psów. U niektórych zwierząt naukowcy usunęli trzustkę, w innych zligowali przewód trzustkowy i po pewnym czasie usunęli gruczoł. Następnie atrofię trzustki umieszczono w hipertonicznym roztworze i zamrożono. Substancję otrzymaną w wyniku tego po rozmrożeniu podano psom z usuniętą trzustką i kliniką diabetologiczną. Naukowcy odnotowali spadek poziomu glukozy, poprawiając dobre samopoczucie zwierzęcia. Profesor MacLeod był pod wrażeniem wyników i postanowił kontynuować pracę, aby udowodnić, że "ekstrakt trzustkowy" firmy Banting i Best naprawdę działa.

Nowe wyniki doświadczeń z użyciem trzustki bydła pozwoliły zrozumieć, że można to zrobić bez skomplikowanej procedury podwiązania przewodu trzustkowego.

Pod koniec 1921 r. Do zespołu badawczego przyłączył się biochemik Bertin Collip. Dzięki temu, stosując frakcjonowane strącanie z różnymi stężeniami alkoholu i innymi metodami oczyszczania, uzyskano ekstrakty wysepek trzustkowych, które można bezpiecznie wprowadzić do organizmu człowieka. Jest to substancja skuteczna i nietoksyczna i została wykorzystana w pierwszych badaniach klinicznych 6.

Badania kliniczne

Początkowo Banting i Best doświadczyli insuliny, którą otrzymali. W wyniku wprowadzenia leku oba odczuwały osłabienie, zawroty głowy, ale nie stwierdzono toksycznego działania leku.

Pierwszy pacjent z cukrzycą, który otrzymał insulinę 11 stycznia 1922 r. został 14-letnim chłopcem Leonardem Thompsonem. Po pierwszym wstrzyknięciu 15 ml insuliny nie stwierdzono istotnych zmian w stanie pacjenta, poziom glukozy we krwi i w moczu nieznacznie się zmniejszył, a ponadto u pacjenta wystąpił sterylny ropień. Ponowną iniekcję przeprowadzono w dniu 23 stycznia iw odpowiedzi na poziom glikemii pacjenta znormalizowano, zawartość glukozy i ketonów w moczu spadła, sam chłopiec zauważył poprawę własnego stanu zdrowia 7.

Jednym z pierwszych pacjentów, którzy otrzymywali insulinę była córka szefa amerykańskiego Sądu Najwyższego, Elizabeth Heges Goshet. Co zaskakujące, przed rozpoczęciem insulinoterapii przez 4 lata chorowała na cukrzycę, a leczenie, które pozwoliło jej żyć do dnia dzisiejszego, było ostrą dietą (około 400 kcal dziennie). Elizabeth żyła z insulinoterapią do chwili ukończenia 73 roku życia i posiadania trojga dzieci.

Nagroda Nobla

W 1923 r. Komitet Noblowski przyznał nagrodę w dziedzinie fizjologii i medycyny Bantingowi i MacLeodowi, stało się to zaledwie 18 miesięcy po pierwszym doniesieniu o leku na spotkaniu Stowarzyszenia Lekarzy Amerykańskich. Decyzja ta zaostrzyła i tak już trudną relację między naukowcami, ponieważ Banting uważał, że wkład firmy McLeod w wynalezienie insuliny był bardzo przesadzony, według Bantinga, nagroda powinna zostać podzielona między niego a jego asystenta Najlepszego. Aby przywrócić sprawiedliwość, Banting podzielił się swoją częścią nagrody z Best, a MacLeod z biochemistą Collip 8.

Patent na wytwarzanie insuliny, należący do Banting, Best i Collip, naukowcy sprzedali za 3 USD na University of Toronto. W sierpniu 1922 r. Podpisano umowę o współpracy z firmą farmaceutyczną Eli Lilly and C o, która pomogła ustanowić produkcję leków na skalę przemysłową.

Od czasu wynalezienia insuliny minęło ponad 90 lat. Leki tego hormonu ulegają poprawie, od 1982 roku pacjenci otrzymali już insulinę ludzką, aw latach 90. pojawili się analogi insuliny ludzkiej - leki o różnym czasie działania, ale musimy pamiętać ludzi, którzy stali na początku tego narkotyku, który każdego dnia ratuje miliony ludzi. ludzie

Historia odkrywania insuliny

Insulina jako hormon peptydowy wytwarzany w komórkach beta trzustkowych wysepek Langerhansa. Zapewnienie przepuszczalności błon komórkowych dla molekuł glukozy jako jego głównej funkcji. Klasyfikacja preparatów insuliny i jej przyjmowanie.

Wysyłanie dobrej pracy w bazie wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza.

Studenci, absolwenci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich badaniach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.

Wysłany http://www.allbest.ru/

Wprowadzenie

Insulimn (z Lat. Insula - wyspa) - hormon peptydowy, powstaje w komórkach beta wysepek Langerhansa trzustki. Ma wielopłaszczyznowy wpływ na metabolizm w prawie wszystkich tkankach.

Główną funkcją insuliny jest zapewnienie przepuszczalności błon komórkowych dla cząsteczek glukozy. W uproszczonej formie możemy powiedzieć, że nie tylko węglowodany, ale także wszelkie składniki odżywcze są ostatecznie podzielone na glukozę, która służy do syntezy innych cząsteczek zawierających węgiel i jest jedynym rodzajem paliwa dla elektrowni komórkowych - mitochondriów. Bez insuliny przepuszczalność błony komórkowej do glukozy spada 20-krotnie, a komórki umierają z głodu, a nadmiar cukru rozpuszczony we krwi zatruwa organizm.

Niedobór insuliny spowodowany zniszczeniem komórek beta - bezwzględny niedobór insuliny - jest kluczowym elementem w patogenezie cukrzycy typu 1. Naruszenie wpływu insuliny na tkankę - względny niedobór insuliny - ma ważne miejsce w rozwoju cukrzycy typu 2.

Historia odkrywania insuliny

Historia odkrycia insuliny związana jest z nazwiskiem rosyjskiego lekarza I.M. Sobolewa (druga połowa XIX wieku), który udowodnił, że poziom cukru we krwi ludzkiej jest regulowany przez specjalny hormon trzustki.

W 1922 r. Insulinę wyizolowaną z trzustki zwierzęcia wprowadzono najpierw do dziesięcioletniego chłopca z cukrzycą. wynik przekroczył wszelkie oczekiwania, a rok później amerykańska firma Eli Lilly wypuściła pierwszy preparat insuliny zwierzęcej.

Po otrzymaniu pierwszej przemysłowej partii insuliny w ciągu następnych kilku lat przeprowadzono ogromny proces jej izolacji i oczyszczenia. W rezultacie hormon stał się dostępny dla pacjentów z cukrzycą typu 1. membrana trzustki insuliny hormonalnej

W 1935 roku duński naukowiec Hagedorn zoptymalizował działanie insuliny w organizmie, proponując przedłużone leczenie.

Pierwsze kryształy insuliny otrzymano w 1952 r., Aw 1954 r. Angielski biochemik G.Senger odcyfrował strukturę insuliny. Opracowanie metod oczyszczania hormonu z innych substancji hormonalnych i produktów degradacji insuliny umożliwiło uzyskanie jednorodnej insuliny, zwanej insuliną jednoskładnikową.

Na początku lat 70. Radzieccy naukowcy A. Yudaev i S. Shvachkin zaproponowali syntezę chemiczną insuliny, jednak wdrożenie tej syntezy na skalę przemysłową było kosztowne i nieopłacalne.

W przyszłości obserwowano stopniową poprawę stopnia oczyszczenia insulin, co zmniejszyło problemy spowodowane przez alergie na insulinę, upośledzenie czynności nerek, zaburzenia widzenia i odporność na insulinę. Najbardziej skuteczny hormon był potrzebny do terapii substytucyjnej w cukrzycy - homologicznej insulinie, czyli ludzkiej insulinie.

W latach osiemdziesiątych postęp w dziedzinie biologii molekularnej umożliwił syntezę obu łańcuchów insuliny ludzkiej za pomocą E.coli, które następnie połączono z biologicznie czynną cząsteczką hormonalną, a rekombinowaną insulinę otrzymano w Instytucie Chemii Bioorganicznej Rosyjskiej Akademii Nauk, stosując szczepy genetyczne E. coli.

Zastosowanie chromatografii powinowactwa znacznie zmniejszyło zawartość zanieczyszczających białek o wyższej masie cząsteczkowej niż insulina w preparacie. Takie białka obejmują proinsulinę i częściowo rozszczepione proinsuliny, które są zdolne do indukowania wytwarzania przeciwciał antyinsulinowych.

Stosowanie insuliny ludzkiej od samego początku terapii minimalizuje występowanie reakcji alergicznych. Insulina ludzka jest wchłaniana szybciej i, niezależnie od postaci leku, ma krótszy czas działania niż insulina zwierzęca. Insuliny ludzkie mają mniej immunogenów niż wieprzowina, zwłaszcza mieszane insuliny bydlęce i świńskie.

Rodzaje insuliny

Preparaty insuliny różnią się stopniem oczyszczenia; źródło odbioru (bydło, trzoda chlewna, człowiek); substancje dodawane do roztworu insuliny (wydłużanie jej działania, bakteriostatyki itp.); koncentracja; wartość pH; możliwość mieszania ICD z SDI.

Preparaty insuliny różnią się w zależności od źródła. Insulina wieprzowa i bydlęca różni się od składu ludzkiego w postaci aminokwasów: bydlęca w trzech aminokwasach i świnia w jednym. Nie jest zaskakujące, że w leczeniu insuliną bydlęcą reakcje niepożądane rozwijają się znacznie częściej niż w leczeniu świńskiej lub ludzkiej insuliny. Reakcje te są wyrażone w immunologicznej oporności na insulinę, alergii na insulinę, lipodystrofii (zmiana podskórnej tkanki tłuszczowej w miejscu wstrzyknięcia).

Pomimo oczywistych wad bydlęcej insuliny, wciąż jest szeroko stosowana na świecie. A jednak, immunologicznie, braki insuliny bydlęcej są oczywiste: w żadnym wypadku nie zaleca się przepisywania go pacjentom z nowo rozpoznaną cukrzycą, kobietom w ciąży lub krótkoterminowym leczeniem insuliną, na przykład w okresie okołooperacyjnym. Negatywne właściwości insuliny bydlęcej są również zachowane, gdy są stosowane w mieszaninie z wieprzowiną, więc mieszane (wieprzowina + bydlęce) insuliny nie powinny być również stosowane w leczeniu tych kategorii pacjentów.

Preparaty ludzkiej insuliny o budowie chemicznej są całkowicie identyczne z ludzką insuliną.

Głównym problemem biosyntetycznej metody otrzymywania ludzkiej insuliny jest całkowite oczyszczenie produktu końcowego z najmniejszych zanieczyszczeń stosowanych mikroorganizmów i ich produktów przemiany materii. Nowe metody kontroli jakości zapewniają, że ludzka insulina biosyntetyczna nie zawiera żadnych szkodliwych zanieczyszczeń; w ten sposób ich stopień oczyszczenia i skuteczność obniżania glukozy spełniają najwyższe wymagania i są prawie takie same. Wszelkie niepożądane skutki uboczne, w zależności od zanieczyszczeń, te leki nie mają insuliny.

Obecnie w praktyce medycznej stosuje się trzy rodzaje insulin:

- krótki zasięg z szybkim początkiem efektu;

- średni czas działania;

- długo działający z powolnym efektem.

Tabela 1. Charakterystyka handlowych preparatów insuliny

Przykłady (nazwy handlowe)

Methylparaben m-Cresol Phenol

NaCl Glycerin Na (H) PO4 Na Acetate

Człowiek Wieprzowina Bull

Aktrapid-NM, Humulin-R Aktrapid, Aktrapid-MS Insulina do wstrzykiwań (ZSRR, nie produkowane)

Człowiek Wieprzowina Bull

Protafan-NM, Humulin-N Protafan-MS Protamina-insulina (ZSRR, nie produkowany)

Człowiek Wieprzowina Bull

Monotard-NM, Humulin-cynk Monotard-MS, Lente-MS Lente

Insulina krótko działająca (ICD) - insulina regularna - jest krótkodziałającą, krystaliczną insuliną cynkową, rozpuszczalną w obojętnym pH, której działanie rozwija się w ciągu 15 minut po podaniu podskórnym i trwa 5-7 godzin.

Pierwsza długotrwała insulina (SDI) została stworzona pod koniec lat 30., więc pacjenci mogli wykonywać iniekcje rzadziej niż podczas stosowania samego ICD, jeśli to możliwe, raz dziennie. W celu wydłużenia czasu działania wszystkie inne preparaty insuliny modyfikuje się i po rozpuszczeniu w obojętnym środowisku tworzy zawiesinę. Zawierają protaminę w buforze fosforanowym - protaminową cynk-insulinę i NPH (obojętna protamina Hagedorn) - insulinę NPH lub różne stężenia cynku w buforze octanowym - insulinę ultralente, taśmę, siedem.

Preparaty insuliny o średnim czasie trwania zawierają protaminę, która jest białkiem o średniej m. 4400, bogaty w argininę i otrzymany z pstrąga tęczowego. Do utworzenia kompleksu wymagany jest stosunek protaminy i insuliny 1:10. po podaniu podskórnym enzymy proteolityczne niszczą protaminę, co umożliwia wchłanianie insuliny.

Insulina NPH nie zmienia profilu farmakokinetycznego insuliny regulacyjnej wymieszanej z nią. NPH-insulina jest korzystniejsza niż insulina jako składnik przeciętnego czasu działania w mieszaninach terapeutycznych zawierających zwykłą insulinę.

W buforze fosforanowym wszystkie insuliny z łatwością tworzą kryształy z cynkiem, ale tylko kryształy insuliny bydlęcej są wystarczająco hydrofobowe, aby zapewnić powolne i stabilne uwalnianie insuliny, charakterystyczne dla ultralente. Kryształy cynku insuliny świńskiej rozpuszczają się szybciej, efekt pojawia się wcześniej, czas działania jest krótszy. Dlatego nie ma lekkiej ultralente zawierającej tylko insulinę świni. Jednoskładnikowa insulina wieprzowa produkowana jest pod nazwą zawiesina insuliny, insulina obojętna, insulina izofanowa, aminulid insuliny.

Taśma insulinowa jest mieszaniną 30% insuliny półstałej (amorficzny osad insuliny z jonami cynku w buforze octanowym, którego działanie rozprasza się stosunkowo szybko) z 70% insuliny ultralente (słabo rozpuszczalna krystaliczna insulina cynkowa, która ma opóźniony początek i długotrwałe działanie). Te dwa składniki zapewniają połączenie ze stosunkowo szybką absorpcją i stabilnym długotrwałym działaniem, co czyni taśmę insulinową wygodnym środkiem terapeutycznym.

Produkcja insuliny

Insulina ludzka może być wytwarzana na cztery sposoby:

1) zakończyć syntezę chemiczną;

2) ekstrakcja trzustki osoby (obie te metody nie są odpowiednie ze względu na nieskuteczność: niedostateczny rozwój pierwszej metody i brak surowców do masowej produkcji metodą drugą);

3) metodą półsyntetyczną z zastosowaniem substytucji enzym-substancja chemiczna w pozycji 30 łańcucha B aminokwasu alaniny w insulinie świni z treoniną;

4) metoda biosyntetyczna dla technologii inżynierii genetycznej. Dwie ostatnie metody pozwalają na uzyskanie ludzkiej insuliny o wysokiej czystości.

Obecnie insulinę ludzką uzyskuje się głównie dwojako: modyfikując insulinę wieprzową metodą syntetyczno-enzymatyczną i metodą inżynierii genetycznej.

Insulina była pierwszym białkiem otrzymanym do celów komercyjnych z wykorzystaniem technologii rekombinacji DNA. Istnieją dwa główne podejścia do uzyskania genetycznie modyfikowanej ludzkiej insuliny.

W pierwszym przypadku oddzielne (różne szczepy producentów) wytwarzają oba łańcuchy, a następnie fałdowanie cząsteczki (tworzenie mostków dwusiarczkowych) i oddzielanie izoform.

W drugim preparacie w postaci prekursora (proinsuliny), a następnie enzymatycznego rozszczepiania trypsyną i karboksypeptydazą B z aktywną postacią hormonu. Obecnie najkorzystniejszym sposobem jest otrzymanie insuliny jako prekursora, co zapewnia prawidłowe zamknięcie mostków dwusiarczkowych (w przypadku oddzielnego wytwarzania łańcuchów przeprowadza się kolejne cykle denaturacji, separacji izoform i renaturacji).

W obu podejściach możliwe jest zarówno indywidualne uzyskiwanie wyjściowych składników (łańcuchy A i B lub proinsulina), jak i jako część białek hybrydowych. Oprócz łańcuchów A i B lub proinsuliny może być obecny w składzie białek hybrydowych:

- białko nośnikowe, które przenosi białko fuzyjne do przestrzeni peryplazmatycznej komórki lub pożywki hodowlanej;

- składnik powinowactwa, znacznie ułatwiający selekcję białka hybrydowego.

Jednocześnie oba te składniki mogą jednocześnie występować w składzie białka hybrydowego. Ponadto, przy wytwarzaniu białek hybrydowych można zastosować zasadę wielowymiarowości (to znaczy, że kilka kopii docelowego polipeptydu jest obecnych w białku hybrydowym), co umożliwia znaczące zwiększenie wydajności docelowego produktu.

W Wielkiej Brytanii oba ludzkie łańcuchy insuliny zsyntetyzowano za pomocą E. coli, które następnie połączono z biologicznie czynną cząsteczką hormonu. Aby jednokomórkowy organizm mógł syntetyzować cząsteczki insuliny na swoich rybosomach, konieczne jest dostarczenie mu niezbędnego programu, czyli wprowadzenie do niego genu hormonu.

Chemicznie uzyskać biosyntezę programowania genów prekursora insuliny lub dwóch genów, programując osobno biosyntezę łańcuchów insuliny A i B.

Następnym etapem jest włączenie genu dla prekursora insuliny (lub genów łańcuchowych osobno) do genomu E. coli, specjalnego szczepu E. coli hodowanego w warunkach laboratoryjnych. Zadanie to jest realizowane przez inżynierię genetyczną.

Plazmid z odpowiednim enzymem restrykcyjnym izoluje się od E. coli. Syntetyczny gen wstawia się do plazmidu (klonując z funkcjonalnie aktywną C-końcową częścią p-galaktozydazy E. coli). W rezultacie E. coli nabywa zdolność do syntezy łańcucha białkowego składającego się z galaktozydazy i insuliny. Zsyntetyzowane polipeptydy są chemicznie odszczepiane od enzymu, a następnie oczyszczane. W bakteriach syntetyzuje się około 100 000 cząsteczek insuliny na komórkę bakteryjną.

Charakter substancji hormonalnej wytwarzanej przez E. coli określa się poprzez wstawienie genu do genomu organizmu jednokomórkowego. Jeśli gen prekursora insuliny zostanie sklonowany, bakteria syntetyzuje prekursor insuliny, który następnie poddaje się obróbce enzymem restrykcyjnym w celu usunięcia prepresence za pomocą izolacji peptydu C, co daje biologicznie aktywną insulinę.

Aby otrzymać oczyszczoną ludzką insulinę, białko hybrydowe wyizolowane z biomasy poddaje się chemicznej transformacji enzymatycznej i odpowiednim oczyszczaniu chromatograficznemu (czołowemu, przenikaniu żelowemu, wymianie anionów). Rekombinowaną insulinę otrzymano w Instytucie RAS przy użyciu genetycznie zmodyfikowanych szczepów E. coli. Prekursor, białko hybrydowe wyrażane w ilości 40% całkowitego białka komórkowego, zawierające preproinsulinę, jest uwalniane z hodowanej biomasy. Jego transformacja do insuliny in vitro jest przeprowadzana w tej samej sekwencji co in vivo - polipeptyd wiodący jest odszczepiony, preproinsulina jest przekształcana w insulinę przez etapy oksydatywnej sulfitolizie, po czym następuje redukcyjne zamykanie trzech wiązań dwusiarczkowych i enzymatyczna izolacja wiązania peptydu C. Po serii chromatograficznych oczyszczeń, w tym wymiany jonowej, żelu i HPLC (wysokosprawna chromatografia cieczowa), otrzymuje się ludzką insulinę o wysokiej czystości i naturalnej aktywności.

Można zastosować szczep z sekwencją nukleotydową z wbudowanym plazmidem ekspresjonującym białko fuzyjne, który składa się z liniowej proinsuliny i fragmentu A białka Staphylococcus aureus przyłączonego do N-końca.

Hodowla nasyconej biomasy komórek rekombinowanego szczepu zapewnia początek produkcji białka hybrydowego, którego izolacja i sekwencyjne przekształcanie w probówce prowadzi do wytwarzania insuliny.

Możliwy jest również inny sposób: w bakteryjnym systemie ekspresyjnym okazuje się rekombinowane białko fuzyjne składające się z ludzkiej proinsuliny i ogon polihistydynowy przyłączony do niego przez resztę metioniny. Wyodrębnia się go za pomocą chromatografii chelatowej na kolumnach Ni-agarozowych z ciał inkluzyjnych i trawi się bromocyjanem.

Wyizolowane białko jest S-sulfonowane. Mapowanie i spektrometria masowa otrzymanej proinsuliny, oczyszczona za pomocą chromatografii jonowymiennej na wymieniaczu anionowym i RP (odwrócona faza) HPLC (wysokosprawna chromatografia cieczowa), wykazują obecność mostków dwusiarczkowych odpowiadających dwusiarczkowym mostom natywnej ludzkiej proinsuliny.

Ostatnio zwrócono szczególną uwagę na uproszczenie procedury wytwarzania rekombinowanej insuliny metodami inżynierii genetycznej. Na przykład, możliwe jest uzyskanie białka fuzyjnego składającego się z peptydu liderowego interleukiny 2 przyłączonego do końca N proinsuliny poprzez resztę lizyny. Białko jest skutecznie eksprymowane i umiejscowione w ciałkach inkluzyjnych. Po izolacji białko jest cięte trypsyną w celu wytworzenia insuliny i peptydu C.

Otrzymaną insulinę i peptyd C oczyszczono metodą RP HPLC. Podczas tworzenia struktur fuzyjnych stosunek masy białka nośnikowego do docelowego polipeptydu jest bardzo znaczący. Peptydy C są połączone zasadą głowa-ogon za pomocą przekładek aminokwasowych niosących miejsce restrykcyjne Sfi I i dwie reszty argininy na początku i na końcu sekwencji rozdzielającej dla późniejszego rozszczepienia białka trypsyną. Produkty do rozszczepiania metodą HPLC wykazują, że cięcie peptydu C ma charakter ilościowy, a to umożliwia zastosowanie metody multimerycznych syntetycznych genów do uzyskania docelowych polipeptydów na skalę przemysłową.

Wniosek

Cukrzyca jest przewlekłą chorobą wywołaną przez bezwzględny lub względny niedobór insuliny. Charakteryzuje się głębokim zaburzeniem metabolicznym węglowodanów z hiperglikemią i glukozurią, a także innymi zaburzeniami metabolicznymi wynikającymi z wielu czynników genetycznych i zewnętrznych.

Insulina do tej pory służy jako radykalna, aw większości przypadków jedyny sposób na utrzymanie życia i niepełnosprawności osób z cukrzycą. Przed otrzymaniem i wprowadzeniem insuliny do kliniki w latach 1922-1923. Pacjenci z cukrzycą typu I oczekiwali śmiertelnego wyniku od roku do dwóch lat od wystąpienia choroby, pomimo stosowania najbardziej wyczerpujących diet. Pacjenci z cukrzycą typu I potrzebują dożywotniej terapii zastępczej insuliną. Wypowiedzenie z różnych przyczyn regularnego wprowadzania insuliny prowadzi do szybkiego rozwoju powikłań i zbliżającej się śmierci pacjenta.

Obecnie cukrzyca pod względem rozpowszechnienia znajduje się na 3 miejscu po chorobach układu krążenia i onkologicznych. Według Światowej Organizacji Zdrowia częstość występowania cukrzycy wśród dorosłych w większości regionów świata wynosi 2-5%, a tendencja do zwiększania liczby pacjentów niemal dwukrotnie co 15 lat. Pomimo oczywistych postępów w dziedzinie opieki zdrowotnej, liczba pacjentów uzależnionych od insuliny rośnie z każdym rokiem, a obecnie w samej tylko Rosji jest około 2 miliony osób.

Stworzenie leków domowej insuliny genetycznej stwarza nowe możliwości rozwiązywania wielu problemów diabetologii w Rosji, aby ratować życie milionów osób chorych na cukrzycę.

1. Biotechnologia: podręcznik dla uniwersytetów / red. N.S. Egorova, V.D. Samuilova.- M.: Higher School, 1987, s. 15-25.

2. Genetycznie modyfikowana ludzka insulina. Poprawa wydajności rozdziału chromatograficznego z wykorzystaniem zasady bifunkcjonalności. / Romanchikov, A.B., Yakimov, S.A., Klyushnichenko, V.E., Arutunyan, A.M., Vulfson, A.N. // Bioorganic Chemistry, 1997 - 23, nr 2

3. Egorov N. S., Samuilov V. D. Współczesne metody tworzenia przemysłowych szczepów mikroorganizmów // Biotechnologia. Prince 2. M.: Higher School, 1988. 208 s.

4. Immobilizacja trypsyny i karboksypeptydazy B na zmodyfikowanych krzemionkach i ich zastosowanie w przekształcaniu rekombinowanej ludzkiej proinsuliny w insulinę. / Kudryavtseva N.E., Zhigis L.S., Zubov V.P., Vulfson A.I., Maltsev K.V., Rumsh L.D. // Chemical Pharmaceuticals. J., 1995-29, nr 1, strony 61 - 64.

5. Podstawy biotechnologii farmaceutycznej: przewodnik do nauki / ETC. Prishchep, V.S. Chuchalin, K.L. Zaikov, L.K. Mikhalev. - Rostów nad Donem: Feniks; Tomsk: Wydawnictwo NTL, 2006.

6. Synteza fragmentów insuliny i badanie ich właściwości fizykochemicznych i immunologicznych. / Panin L.E., Tuzikov F.V., Poteryaeva ON, Maksyutov A.Z., Tuzikova N.A., Sabirov A.N. // Bioorganic Chemistry, 1997-23, nr 12, str. 953-960

Historia insuliny

Historia tworzenia insuliny;

Interesujące fakty dotyczące odkrycia insuliny

Studium

Synteza

Nagroda

Produkcja leków

Przechowywanie

Historia insuliny, która wynalazła insulinę

Początek badań...

Wykrywanie insuliny

Historia insuliny. Spójrz w przeszłość

Wymagania wstępne dotyczące tworzenia insuliny

Pomysł Fredericka Bantinga

Badania kliniczne

Nagroda Nobla

Historia odkrywania insuliny

Insulina jako hormon peptydowy wytwarzany w komórkach beta trzustkowych wysepek Langerhansa. Zapewnienie przepuszczalności błon komórkowych dla molekuł glukozy jako jego głównej funkcji. Klasyfikacja preparatów insuliny i jej przyjmowanie.

Wysyłanie dobrej pracy w bazie wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza.

Wprowadzenie

Historia odkrywania insuliny

Rodzaje insuliny

Produkcja insuliny

Wniosek

Czytaj Więcej Na Temat Cukrzycy

Objawy Cukrzycy

Indeks Glikemiczny