La storia dell'insulina
- Analisi
La storia dell'insulina
Forse il farmaco ormonale più importante e più comunemente utilizzato nella pratica medica è l'insulina. L'insulina umana - un ormone sintetizzato dalle cellule beta del pancreas - svolge un ruolo enorme nei processi del normale funzionamento del corpo umano.
La sua funzione più importante è quella di fornire alle cellule del corpo il principale materiale energetico, il glucosio.
Se l'insulina non è sufficiente, le cellule non sono in grado di assorbire il glucosio, si accumula nel sangue e i tessuti e gli organi subiscono una carenza di energia. Con la mancanza di insulina, si sviluppa una grave malattia come il diabete mellito.
Fino all'inizio del XX secolo. i pazienti diabetici sono morti a causa di varie complicazioni della loro malattia a bambini o giovani, quasi nessuno è riuscito a vivere più di 5-7 anni dopo l'insorgenza della malattia.
Il ruolo del pancreas nello sviluppo del diabete divenne noto solo alla fine del XIX secolo. Nel 1869, a Berlino, Paul Langergans, uno studente di 22 anni, studiò la struttura del pancreas con un microscopio e attirò l'attenzione su cellule precedentemente sconosciute che formavano gruppi distribuiti uniformemente nella ghiandola, ma la funzione di queste cellule, in seguito chiamate isole di Langerhans, è rimasto sconosciuto.
Più tardi, Ernst Lako ha ipotizzato che il pancreas sia coinvolto nei processi di digestione. Nel 1889, il fisiologo tedesco Oscar Minkowski cercò di dimostrare che il valore del pancreas nella digestione è artificioso. Per questo, ha istituito un esperimento in cui ha rimosso una ghiandola in un cane sano. Alcuni giorni dopo l'inizio dell'esperimento, l'assistente Minkowski, che monitorava lo stato degli animali da laboratorio, attirò l'attenzione su un gran numero di mosche che volavano nelle urine di un cane sperimentale.
Dopo aver esaminato l'urina, ha scoperto che un cane privo di pancreas secerne lo zucchero con l'urina. Questa fu la prima osservazione che collegò il lavoro del pancreas e lo sviluppo del diabete. Nel 1901, Eugene Opie dimostrò che il diabete mellito è causato da disturbi nella struttura del pancreas, vale a dire la distruzione completa o parziale delle isole di Langerhans.
Il primo che riuscì a isolare l'insulina e ad applicarlo con successo per curare i pazienti fu il fisiologo canadese Frederick Banting. Il tentativo di creare una cura per il giovane scienziato del diabete ha spinto i tragici eventi - due dei suoi amici sono morti per il diabete. Anche prima di Banting, molti ricercatori, comprendendo il ruolo del pancreas nello sviluppo del diabete mellito, cercarono di isolare una sostanza che avrebbe direttamente influenzato i livelli di zucchero nel sangue, ma tutti i tentativi finirono in un fallimento.
Questi insuccessi erano anche dovuti al fatto che gli enzimi pancreatici (principalmente tripsina) riuscivano a decomporre almeno parzialmente le molecole di proteina insulinica prima che potessero essere isolate dall'estratto di tessuto ghiandolare. Nel 1906, Georg Ludwig Zeltser riuscì a raggiungere un certo successo nel ridurre il livello di glucosio nel sangue dei cani sperimentali con l'aiuto di un estratto pancreatico, ma non fu in grado di continuare il suo lavoro. Scott nel 1911 all'Università di Chicago usò un estratto acquoso del pancreas e notò una leggera diminuzione della glicosuria negli animali da esperimento, ma non riuscì a convincere il suo supervisore dell'importanza della sua ricerca, e presto questi esperimenti furono interrotti.
Lo stesso effetto fu dimostrato da Israel Kleiner nel 1919, ma non completò il lavoro a causa dell'inizio della prima guerra mondiale.
Un lavoro simile nel 1921 fu pubblicato dal professore di Fisiologia della scuola rumena di medicina Nicola Paulesco, e molti, incluso in Romania, lo considerano il pioniere dell'insulina. Tuttavia, il merito di isolare l'insulina e il suo uso di successo appartiene proprio a Frederick Banting.
Banting ha lavorato come docente presso il Dipartimento di Anatomia e Fisiologia in una università canadese sotto la supervisione del professor John MacLeod, che è stato considerato un grande specialista in diabete. Banting cercò di ottenere l'atrofia del pancreas fasciatura i suoi dotti escretori (canali) per 6-8 settimane, mantenendo le isole di Langerhans inalterate dagli effetti degli enzimi pancreatici e ottenendo un estratto puro delle cellule di queste isole.
Per condurre questo esperimento, sono stati necessari un laboratorio, assistenti e cani sperimentali, che Banting non aveva.
Per aiuto, si rivolse al professor John MacLeod, che era ben consapevole dei passati fallimenti nell'ottenere ormoni pancreatici. Pertanto, inizialmente non ha permesso a Banting di accedere al suo laboratorio. Tuttavia, Banting non si ritirò e nella primavera del 1921 chiese nuovamente a MacLeod di lavorare in laboratorio per almeno due mesi. Dal momento che MacLeod stava per andare in Europa e il laboratorio era libero, ha accettato. Come assistente di Banting, uno studente del quinto anno fu assegnato a Charles Best, che aveva studiato bene i metodi per determinare la glicemia e l'urina.
Per condurre un esperimento che richiedeva grandi spese, Banting doveva vendere quasi tutte le sue proprietà.
Diversi cani sono stati legati con i dotti del pancreas, dopo di che hanno iniziato ad aspettare la sua atrofia. Il 27 luglio 1921, un estratto di pancreas atrofizzato fu somministrato a un cane con un pancreas remoto situato nel precoma. Dopo alcune ore, il cane ha avuto una diminuzione della glicemia e delle urine e l'acetone è scomparso.
Poi l'estratto del pancreas fu introdotto una seconda volta e lei visse altri 7 giorni. Forse il cane avrebbe vissuto più a lungo, ma i ricercatori avevano esaurito gli estratti, poiché l'insulina dal pancreas dei cani era estremamente laboriosa e duratura.
Successivamente, Banting e Best cominciarono a ottenere un estratto dal pancreas dei vitelli non ancora nati, in cui non erano ancora stati prodotti enzimi digestivi, ma una quantità sufficiente di insulina era già sintetizzata. La quantità di insulina è ora sufficiente per mantenere in vita il cane sperimentale fino a 70 giorni. MacLeod, che era tornato dall'Europa per allora, gradualmente si interessò al lavoro di Banting e Best e collegò tutto il personale di laboratorio ad esso. Banting, che originariamente chiamava l'estratto pancreatico ottenuto, Isletin, su suggerimento di MacLeod, ribattezzò insulina (dal latino Insula - "isola").
La produzione di insulina è proseguita con successo. Il 14 novembre 1921, Banting e Best riportarono i risultati delle loro ricerche in una riunione del Physiological Journal Club dell'Università di Toronto. Un mese dopo, un rapporto seguito negli Stati Uniti, presso la American Physiological Society di New Haven.
La quantità di estratto ottenuto dal pancreas dei bovini macellati nel macello iniziò a crescere rapidamente e fu richiesto uno specialista per assicurare una depurazione fine dell'insulina. A tal fine, alla fine del 1921, MacLeod portò a lavorare il famoso biochimico James Collip, che molto rapidamente ottenne buoni risultati nella purificazione dell'insulina. Nel gennaio del 1922, Banting e Best iniziarono i primi test clinici sull'insulina nell'uomo.
All'inizio, gli scienziati hanno iniettato 10 unità di insulina ciascuna, e poi un volontario, che era un quattordicenne, Leonard Thompson, che soffriva di diabete. La prima iniezione gli fu fatta l'11 gennaio 1922, tuttavia, non ebbe pieno successo, poiché l'estratto non era sufficientemente purificato, il che portò allo sviluppo di allergie. Per i successivi 11 giorni, Collip ha lavorato duramente in laboratorio per migliorare l'estratto, e il 23 gennaio è stata somministrata al ragazzo la seconda iniezione di insulina.
Dopo l'introduzione di insulina, il ragazzo ha iniziato a riprendersi rapidamente - è stata la prima persona che è stata salvata dall'insulina. Ben presto, Banting salvò il suo amico, il dottore Joe Gilchrist, dalla morte imminente.
La notizia del primo uso di successo dell'insulina il 23 gennaio 1922 divenne una sensazione internazionale. Banting e i suoi colleghi hanno letteralmente fatto risorgere centinaia di persone con diabete, specialmente quelle con forme gravi. Ha scritto molte lettere per richiedere il salvataggio della malattia, è venuto da lui in laboratorio. Tuttavia, a quel tempo c'erano ancora molte carenze: la preparazione dell'insulina non era sufficientemente standardizzata, non c'era alcun mezzo di autocontrollo e la dose di insulina doveva essere misurata approssimativamente a occhio. Pertanto, le reazioni ipoglicemiche dell'organismo si sono spesso verificate quando il livello di glucosio è sceso al di sotto della norma.
Tuttavia, il miglioramento dell'insulina e la sua introduzione nella pratica medica quotidiana continuarono.
L'Università di Toronto iniziò a vendere licenze di produzione di insulina a varie società farmaceutiche e nel 1923 questo ormone divenne disponibile per tutti i diabetici.
Lily (USA) e Novo Nordisk (Danimarca), che sono ancora leader in questo campo, hanno ricevuto il permesso di produrre medicinali. Bantingu nel 1923. L'Università di Toronto ha conseguito il titolo di dottore in scienze, è stato eletto professore. È stato inoltre aperto uno speciale dipartimento di ricerca medica per Banting e Best, a cui sono stati assegnati alti stipendi personali.
Nel 1923, Banting e McLeod ricevettero il premio Nobel per la fisiologia e la medicina, che condivisero volontariamente con Best e Collip.
Nel 1926, lo scienziato medico Abel fu in grado di sintetizzare l'insulina in una forma cristallina. Dopo 10 anni, la ricercatrice danese Hagedorn ha ricevuto insulina prolungata (estesa) e 10 anni dopo è stata creata la protamina neutra Hagerdon, che rimane ancora uno dei tipi più popolari di insulina.
La composizione chimica dell'insulina è stata stabilita dal biologo molecolare britannico Frederick Sanger, che ha vinto il premio Nobel per questo nel 1958. L'insulina è diventata la prima proteina, la cui sequenza aminoacidica è stata completamente decodificata.
La struttura spaziale della molecola di insulina è stata stabilita utilizzando il metodo di diffrazione dei raggi X negli anni '90. Dorothy Crouft Hodgkin, a cui è stato anche assegnato il premio Nobel.
Dopo che Banting ha ricevuto l'insulina bovina, sono stati condotti esperimenti con insulina ottenuta dalle ghiandole pancreatiche di maiali e mucche, nonché da altri animali (ad esempio, balene e pesci).
Una molecola di insulina umana è costituita da 51 aminoacidi. L'insulina di maiale differisce da essa solo in un amminoacido, l'acido bovino in tre, il che non impedisce loro di normalizzare abbastanza bene i livelli di zucchero. Tuttavia, l'insulina di origine animale presenta un significativo inconveniente: in una proporzione significativa di pazienti provoca una reazione allergica. Pertanto, era necessario ulteriore lavoro per migliorare l'insulina. Nel 1955, la struttura dell'insulina umana fu decifrata e iniziò un intenso lavoro di isolamento.
Per la prima volta fu possibile nel 1981 dagli scienziati americani Gilbert e Lomedico. Poco dopo è stata ottenuta l'insulina, ottenuta dal lievito di birra mediante ingegneria genetica. L'insulina è stata la prima delle proteine umane sintetizzate nel 1978 dal batterio E. coli geneticamente modificato. Fu da lui che nella biotecnologia iniziò una nuova era. Dal 1982, la società americana Genentech ha iniziato a vendere insulina umana sintetizzata in un bioreattore. Questa insulina non ha effetti allergenici sul corpo umano.
La storia dell'insulina è una delle storie più straordinarie di straordinarie scoperte in farmacologia. L'importanza della scoperta e della sintesi dell'insulina è già dimostrata dal fatto che tre premi Nobel sono stati assegnati per il lavoro con questa molecola. Il diabete mellito continua ad essere una malattia incurabile per il presente, solo iniezioni costanti di medicina magica possono salvare la vita dei pazienti.
Tuttavia, la perfezione nella produzione di insulina non è stata ancora raggiunta, ha i suoi effetti collaterali (ad esempio, lipodistrofia si verifica nei siti di iniezione, ecc.), Quindi, gli sforzi per migliorare o modificare la qualità delle insuline sintetizzate sono ancora in corso.
Storia della creazione di insulina;
Forse il farmaco ormonale più importante e più comunemente utilizzato nella pratica medica è l'insulina. L'insulina umana, un ormone sintetizzato dalle cellule beta del pancreas, svolge un ruolo enorme nei processi del normale funzionamento del corpo umano.
La sua funzione più importante è quella di fornire alle cellule del corpo il principale materiale energetico, il glucosio.
Se l'insulina non è sufficiente, le cellule non sono in grado di assorbire il glucosio, si accumula nel sangue e i tessuti e gli organi subiscono una carenza di energia. Con la mancanza di insulina, si sviluppa una grave malattia come il diabete mellito.
Fino all'inizio del XX secolo. i pazienti diabetici sono morti a causa di varie complicazioni della loro malattia a bambini o giovani, quasi nessuno è riuscito a vivere più di 5-7 anni dopo l'insorgenza della malattia.
Il ruolo del pancreas nello sviluppo del diabete divenne noto solo alla fine del XIX secolo. Nel 1869, a Berlino, uno studente di 22 anni, Paul Langergans, studiò la struttura del pancreas con un microscopio e richiamò l'attenzione su cellule precedentemente sconosciute che formavano gruppi distribuiti uniformemente in tutta la ghiandola, ma la funzione di queste cellule, in seguito chiamate isole di Langerhans, è rimasto sconosciuto.
Più tardi, Ernst Lako ha ipotizzato che il pancreas sia coinvolto nei processi di digestione. Nel 1889, il fisiologo tedesco Oscar Minkowski cercò di dimostrare che il valore del pancreas nella digestione è artificioso. Per questo, ha istituito un esperimento in cui ha rimosso una ghiandola in un cane sano. Alcuni giorni dopo l'inizio dell'esperimento, l'assistente Minkowski, che monitorava lo stato degli animali da laboratorio, attirò l'attenzione su un gran numero di mosche che volavano nelle urine di un cane sperimentale.
Dopo aver esaminato l'urina, ha scoperto che un cane privo di pancreas secerne lo zucchero con l'urina. Questa fu la prima osservazione che collegò il lavoro del pancreas e lo sviluppo del diabete. Nel 1901, Eugene Opie dimostrò che il diabete mellito è causato da disturbi nella struttura del pancreas, vale a dire la distruzione completa o parziale delle isole di Langerhans.
Il primo che riuscì a isolare l'insulina e ad applicarlo con successo per curare i pazienti fu il fisiologo canadese Frederick Banting. Il tentativo di creare una cura per il giovane scienziato del diabete ha spinto i tragici eventi - due dei suoi amici sono morti per il diabete. Anche prima di Banting, molti ricercatori, comprendendo il ruolo del pancreas nello sviluppo del diabete mellito, cercarono di isolare una sostanza che avrebbe direttamente influenzato i livelli di zucchero nel sangue, ma tutti i tentativi finirono in un fallimento.
Questi insuccessi erano anche dovuti al fatto che gli enzimi pancreatici (principalmente tripsina) riuscivano a decomporre almeno parzialmente le molecole di proteina insulinica prima che potessero essere isolate dall'estratto di tessuto ghiandolare. Nel 1906, Georg Ludwig Zeltser riuscì a raggiungere un certo successo nel ridurre il livello di glucosio nel sangue dei cani sperimentali con l'aiuto di un estratto pancreatico, ma non fu in grado di continuare il suo lavoro. Scott nel 1911 all'Università di Chicago usò un estratto acquoso del pancreas e notò una leggera diminuzione della glicosuria negli animali da esperimento, ma non riuscì a convincere il suo supervisore dell'importanza della sua ricerca, e presto questi esperimenti furono interrotti.
Lo stesso effetto fu dimostrato da Israel Kleiner nel 1919, ma non completò il lavoro a causa dell'inizio della prima guerra mondiale.
Un lavoro simile nel 1921 fu pubblicato dal professore di Fisiologia della scuola rumena di medicina Nicola Paulesco, e molti, incluso in Romania, lo considerano il pioniere dell'insulina. Tuttavia, il merito di isolare l'insulina e il suo uso di successo appartiene proprio a Frederick Banting.
Banting ha lavorato come docente presso il Dipartimento di Anatomia e Fisiologia in una università canadese sotto la supervisione del professor John MacLeod, che è stato considerato un grande specialista in diabete. Banting cercò di ottenere l'atrofia del pancreas fasciatura i suoi dotti escretori (canali) per 6-8 settimane, mantenendo le isole di Langerhans inalterate dagli effetti degli enzimi pancreatici e ottenendo un estratto puro delle cellule di queste isole.
Per condurre questo esperimento, sono stati necessari un laboratorio, assistenti e cani sperimentali, che Banting non aveva.
Per aiuto, si rivolse al professor John MacLeod, che era ben consapevole dei passati fallimenti nell'ottenere ormoni pancreatici. Pertanto, inizialmente non ha permesso a Banting di accedere al suo laboratorio. Tuttavia, Banting non si ritirò e nella primavera del 1921 chiese nuovamente a MacLeod di lavorare in laboratorio per almeno due mesi. Dal momento che MacLeod stava per andare in Europa e il laboratorio era libero, ha accettato. Come assistente, a Banting è stato assegnato il quinto anno di laurea Charles Best, che aveva studiato i metodi per determinare bene la glicemia e l'urina.
Per condurre un esperimento che richiedeva grandi spese, Banting doveva vendere quasi tutte le sue proprietà.
Diversi cani sono stati legati con i dotti del pancreas, dopo di che hanno iniziato ad aspettare la sua atrofia. Il 27 luglio 1921, un estratto di pancreas atrofizzato fu somministrato a un cane con un pancreas remoto situato nel precoma. Dopo alcune ore, il cane ha avuto una diminuzione della glicemia e delle urine e l'acetone è scomparso.
Poi l'estratto del pancreas fu introdotto una seconda volta e lei visse altri 7 giorni. Forse il cane avrebbe vissuto più a lungo, ma i ricercatori avevano esaurito gli estratti, poiché l'insulina dal pancreas dei cani era estremamente laboriosa e duratura.
Successivamente, Banting e Best cominciarono a ottenere un estratto dal pancreas dei vitelli non ancora nati, in cui non erano ancora stati prodotti enzimi digestivi, ma una quantità sufficiente di insulina era già sintetizzata. La quantità di insulina è ora sufficiente per mantenere in vita il cane sperimentale fino a 70 giorni. MacLeod, che era tornato dall'Europa per allora, gradualmente si interessò al lavoro di Banting e Best e collegò tutto il personale di laboratorio ad esso. Banting, che originariamente chiamava l'estratto pancreatico ottenuto, Isletin, su suggerimento di MacLeod, ribattezzò insulina (dal latino Insula - "isola").
La produzione di insulina è proseguita con successo. Il 14 novembre 1921, Banting e Best riportarono i risultati delle loro ricerche in una riunione del Physiological Journal Club dell'Università di Toronto. Un mese dopo, un rapporto seguito negli Stati Uniti, presso la American Physiological Society di New Haven.
La quantità di estratto ottenuto dal pancreas dei bovini macellati nel macello iniziò a crescere rapidamente e fu richiesto uno specialista per assicurare una depurazione fine dell'insulina. A tal fine, alla fine del 1921, MacLeod portò a lavorare il famoso biochimico James Collip, che molto rapidamente ottenne buoni risultati nella purificazione dell'insulina. Nel gennaio del 1922, Banting e Best iniziarono i primi test clinici sull'insulina nell'uomo.
All'inizio, gli scienziati hanno iniettato 10 unità di insulina ciascuna, e poi un volontario, che era un quattordicenne, Leonard Thompson, che soffriva di diabete. La prima iniezione gli fu fatta l'11 gennaio 1922, tuttavia, non ebbe pieno successo, poiché l'estratto non era sufficientemente purificato, il che portò allo sviluppo di allergie. Per i successivi 11 giorni, Collip ha lavorato duramente in laboratorio per migliorare l'estratto, e il 23 gennaio è stata somministrata al ragazzo la seconda iniezione di insulina.
Dopo l'introduzione di insulina, il ragazzo ha iniziato a riprendersi rapidamente - è stata la prima persona che è stata salvata dall'insulina. Ben presto, Banting salvò il suo amico, il dottore Joe Gilchrist, dalla morte imminente.
La notizia del primo uso di successo dell'insulina il 23 gennaio 1922 divenne una sensazione internazionale. Banting e i suoi colleghi hanno letteralmente fatto risorgere centinaia di persone con diabete, specialmente quelle con forme gravi. Ha scritto molte lettere per richiedere il salvataggio della malattia, è venuto da lui in laboratorio. Tuttavia, a quel tempo c'erano ancora molte carenze: la preparazione dell'insulina non era sufficientemente standardizzata, non c'era alcun mezzo di autocontrollo e la dose di insulina doveva essere misurata approssimativamente a occhio. Pertanto, le reazioni ipoglicemiche dell'organismo si sono spesso verificate quando il livello di glucosio è sceso al di sotto della norma.
Tuttavia, il miglioramento dell'insulina e la sua introduzione nella pratica medica quotidiana continuarono.
L'Università di Toronto iniziò a vendere licenze di produzione di insulina a varie società farmaceutiche e nel 1923 questo ormone divenne disponibile per tutti i diabetici.
Lily (USA) e Novo Nordisk (Danimarca), che sono ancora leader in questo campo, hanno ricevuto il permesso di produrre medicinali. Bantingu nel 1923. L'Università di Toronto ha conseguito il titolo di dottore in scienze, è stato eletto professore. È stato inoltre aperto uno speciale dipartimento di ricerca medica per Banting e Best, a cui sono stati assegnati alti stipendi personali.
Nel 1923, Banting e McLeod ricevettero il premio Nobel per la fisiologia e la medicina, che condivisero volontariamente con Best e Collip.
Nel 1926, lo scienziato medico Abel fu in grado di sintetizzare l'insulina in una forma cristallina. Dopo 10 anni, la ricercatrice danese Hagedorn ha ricevuto insulina prolungata (estesa) e 10 anni dopo è stata creata la protamina neutra Hagerdon, che rimane ancora uno dei tipi più popolari di insulina.
La composizione chimica dell'insulina è stata stabilita dal biologo molecolare britannico Frederick Sanger, che ha vinto il premio Nobel per questo nel 1958. L'insulina è diventata la prima proteina, la cui sequenza aminoacidica è stata completamente decodificata.
La struttura spaziale della molecola di insulina è stata stabilita utilizzando il metodo di diffrazione dei raggi X negli anni '90. Dorothy Crouft Hodgkin, a cui è stato anche assegnato il premio Nobel.
Dopo che Banting ha ricevuto l'insulina bovina, sono stati condotti esperimenti con insulina ottenuta dalle ghiandole pancreatiche di maiali e mucche, nonché da altri animali (ad esempio, balene e pesci).
Una molecola di insulina umana è costituita da 51 aminoacidi. L'insulina di maiale differisce da essa solo in un amminoacido, l'acido bovino in tre, il che non impedisce loro di normalizzare abbastanza bene i livelli di zucchero. Tuttavia, l'insulina di origine animale presenta un significativo inconveniente: in una proporzione significativa di pazienti provoca una reazione allergica. Pertanto, era necessario ulteriore lavoro per migliorare l'insulina. Nel 1955, la struttura dell'insulina umana fu decifrata e iniziò un intenso lavoro di isolamento.
Per la prima volta fu possibile nel 1981 dagli scienziati americani Gilbert e Lomedico. Poco dopo è stata ottenuta l'insulina, ottenuta dal lievito di birra mediante ingegneria genetica. L'insulina è stata la prima delle proteine umane sintetizzate nel 1978 dal batterio E. coli geneticamente modificato. Fu da lui che nella biotecnologia iniziò una nuova era. Dal 1982, la società americana Genentech ha iniziato a vendere insulina umana sintetizzata in un bioreattore. Questa insulina non ha effetti allergenici sul corpo umano.
La storia dell'insulina è una delle storie più straordinarie di straordinarie scoperte in farmacologia. L'importanza della scoperta e della sintesi dell'insulina è già dimostrata dal fatto che tre premi Nobel sono stati assegnati per il lavoro con questa molecola. Il diabete mellito continua ad essere una malattia incurabile per il presente, solo iniezioni costanti di medicina magica possono salvare la vita dei pazienti.
Tuttavia, la perfezione nella produzione di insulina non è stata ancora raggiunta, ha i suoi effetti collaterali (ad esempio, lipodistrofia si verifica nei siti di iniezione, ecc.), Quindi, gli sforzi per migliorare o modificare la qualità delle insuline sintetizzate sono ancora in corso.
Informazioni interessanti sulla scoperta di insulina
Il primo farmaco insulinico, che è riuscito a salvare la vita umana, è stato presentato ad un adolescente malato nel 1922. Era fatto dal pancreas di una mucca, e prima di ottenere la medicina, ci sono voluti secoli di lavoro minuzioso, scoperte e intrighi, e molti ancora discutono su chi ha aperto l'insulina, anche se gli autori hanno vinto il premio Nobel.
studio
L'umanità ha conosciuto il diabete sin dai tempi dell'antica Grecia: notando che l'acqua nel corpo del paziente non si attarda, la persona è costantemente assetata, Areteo di Cappadocia chiama la malattia "diabayno" - "passare attraverso". All'inizio del ventesimo secolo, si sapeva molto del diabete mellito e dei cani giocavano un ruolo importante in questo. Gli esperimenti sono stati condotti in modo crudele: gli animali hanno rimosso il pancreas, dopo di che gli scienziati hanno osservato la crescita di zucchero nel corpo (la quantità di glucosio nelle urine è stata determinata ed i sintomi della malattia sono stati monitorati). Quindi è stato dimostrato che il diabete è direttamente correlato al pancreas.
Uno scienziato russo, Leonid Sobolev, è stato il primo a scoprire che non tutto il pancreas è responsabile dello sviluppo del diabete, ma solo una parte delle cellule (isole di Langerhans). Lo fece nel 1900, avendo legato il dotto escretore del pancreas al cane, cosa che portò alla sua atrofia, ma poiché le isole di Langerhans rimasero intatte, l'animale non sviluppò il diabete. Sebbene lo scienziato russo si stesse muovendo nella giusta direzione, morì senza completare la ricerca.
Successivamente, gli scienziati hanno stabilito che lo sviluppo della malattia è influenzato dalla mancanza di sostanze biologicamente attive prodotte in queste cellule e contribuiscono all'assorbimento del glucosio nel corpo e alla sua produzione (nel 1916 il Charpy-Schafer tedesco ha dato il nome a queste sostanze: la parola latina "insula" significa isola).
L'idea che il diabete possa essere trattato somministrando esternamente l'insulina è apparso quasi non appena è stato scoperto, ma tutti gli esperimenti non hanno avuto successo. Prendi l'ormone nella sua forma pura non ha funzionato, e quando inghiottire il farmaco è stato distrutto dall'azione dei succhi digestivi.
La prima sintesi di insulina potrebbe fare il ricercatore francese GLay. Ha iniettato nei canali del pancreas dell'olio di cane, che ha portato all'atrofia dell'organo, mentre le isole di Langerhans sono rimaste intatte. Dalla ghiandola atrofizzata, Gley eseguì lo stretching e iniettò il cane, che sviluppò il diabete a causa del pancreas rimosso. L'animale non è morto mentre la medicina veniva iniettata nel suo corpo.
Gley non attribuì alcun significato alla sua scoperta, fece descrizioni dettagliate della ricerca e nel 1905 depositò la Società biologica di Parigi per la conservazione, dove avevano raccolto polvere per molti anni in una cassaforte.
sintesi
Si ritiene ufficialmente che la prima persona a capire come realizzare la sintesi di insulina sia stato un canadese, Frédéric Banting, che ha condiviso la sua idea con il professor John MacLeod: per condurre esperimenti era necessario un laboratorio con una buona attrezzatura e MacLeod poteva fornirlo. All'inizio, il professore rifiutò di allocare lo spazio per gli esperimenti, e fu d'accordo solo per il motivo che doveva viaggiare in Europa e non aveva particolarmente bisogno del laboratorio.
Pertanto, la partecipazione allo sviluppo è stata minima e ha detto che al momento del suo ritorno dalle vacanze, tutto il lavoro dovrebbe essere completato, cioè due mesi più tardi (gli scienziati non hanno rispettato la scadenza fissata da MacLeod, il professore tornante voleva espellerli dal laboratorio, ma è riuscito a convincerlo). Aiutare Banting ha preso uno degli studenti di medicina più promettenti di Charles Best, che era molto interessato all'idea di sintesi di insulina.
I primi esperimenti furono condotti da Banting e Best su cani. Hanno ricevuto un estratto dal pancreas atrofizzato del cane (ci sono voluti circa due mesi), dopo di che hanno fatto un'iniezione a un animale di coma che aveva rimosso la ghiandola. Il fatto che siano sulla strada giusta, è diventato chiaro dopo che l'animale ha vissuto per altri sette giorni dopo l'iniezione, lasciando il coma, quando il medicinale è stato iniettato e ci è caduto dentro, se non è stata somministrata alcuna iniezione. Durante questo periodo, gli scienziati hanno costantemente misurato i livelli di glucosio. Era la prima volta che qualcuno usciva da un coma diabetico (a quel tempo non si conosceva la ricerca del francese).
L'intrigo cominciò più tardi: gli scienziati non rilasciarono un brevetto e trasferirono il diritto di aprire l'università. MacLeod, dopo aver compreso l'importanza della scoperta, ha lanciato un'attività attiva, ha attratto tutti i dipendenti promettenti e ha iniziato a produrre medicinali a base di insulina. Un ruolo speciale in questo è stato svolto dal biochimico John Collip: è stato in grado di farlo in modo che non ci fosse bisogno di legare i dotti e di attendere il pancreas atrofizzato.
Gli scienziati hanno spostato la loro attenzione dai cani alle mucche, e dopo un po 'è stato scoperto che gli embrioni hanno molte più isole di Langerhans rispetto agli animali adulti. I risultati con ciascuna esperienza hanno avuto sempre più successo e gli scienziati sono stati in grado di estendere la vita del cane a settanta giorni. Nel 1922, il farmaco fu prima somministrato a un bambino morente e lo riportò in vita.
premio
Dopodiché, MacLeod fece un rapporto durante una riunione dell'Associazione dei medici americani, trasformandola come se avesse fatto la scoperta. Allo stesso tempo ha iniziato a promuovere attivamente la droga, dal momento che aveva connessioni per questo. Non riusciva ancora a tacere sul ruolo di Banting, ma il ruolo di altri scienziati era ridotto al minimo. Per questo motivo, il premio Nobel per la scoperta di insulina è stato assegnato solo a lui e Banting.
Con il fatto che MacLeod avesse vinto il premio, e Best era senza lavoro, Basting era fortemente in disaccordo e iniziò a raccontare pubblicamente come venivano condotti gli esperimenti, sul ruolo di MacLeod, senza dimenticare di menzionare quali bastoni mettessero nelle ruote dell'eminente scienziato. Un enorme scandalo ha portato al fatto che nessuno è andato a ricevere il premio, e in seguito è stato diviso tra quattro scienziati: Basting condiviso con Best, Mcleod con Collip.
Avendo appreso del premio, lo scienziato francese Gray decise di dimostrare che era l'autore dell'invenzione, per la quale i suoi appunti furono estratti in presenza di testimoni. Si calmò solo dopo che Hermann Minkowski, nato in Lituania, che a quel tempo faceva parte della Russia, ma viveva e lavorava in Germania, disse sulla possibilità di portare un francese in tribunale per nascondere informazioni che potrebbero salvare più di una vita mille persone.
Produzione di farmaci
Dal 1926, la produzione di insulina è stata messa su larga scala, è stata fabbricata da importanti aziende farmaceutiche e recentemente ha prodotto acciaio in Russia. All'inizio l'ormone veniva prodotto dal pancreas del bestiame, ma spesso causava allergie, poiché non coincideva con i tre amminoacidi umani.
Poi hanno iniziato a produrre insulina di maiale (la differenza in un amminoacido), che il corpo umano assorbe meglio, ma sono anche possibili allergie. Pertanto, si è deciso di produrre insulina sintetica, che sarebbe un completo analogo dell'umano. Qui l'ingegneria genetica è venuta in soccorso, soprattutto la biochimica.
Prima di questo, si dovrebbe notare che tutte le proteine sono polimeri assemblati da frammenti di amminoacidi. Allo stesso tempo, solo gli amminoacidi sono coinvolti nella formazione di polimeri necessari per la produzione di insulina, che hanno solo un atomo di carbonio tra il gruppo carbossile e il gruppo amminico.
Sebbene ci siano molti aminoacidi, solo 51 residui di aminoacidi partecipano alla formazione di insulina, con il risultato che l'ormone è una delle catene proteiche più corte.
Al fine di ottenere l'insulina, gli aminoacidi devono essere collegati in un ordine rigorosamente definito (altrimenti, è possibile ottenere una molecola che non ha nulla a che fare con ciò che produce un organismo vivente), che è stato fatto durante gli esperimenti.
Dopo un po 'di tempo, con l'aiuto dell'ingegneria genetica e della biochimica, gli scienziati sono stati in grado di organizzare la produzione di insulina, immettendo in uno speciale ceppo nutriente di lievito ed E. coli geneticamente modificato in grado di produrre insulina geneticamente modificata. La quantità della sostanza prodotta era così grande che gli scienziati sono inclini a credere che una tale diluizione ormonale presto sostituirà l'insulina di origine animale.
immagazzinamento
Secondo i dati ufficiali, il numero di diabetici in Russia supera i tre milioni di persone, quindi si presta molta attenzione alla produzione di insulina. Attualmente, in Russia è stata sviluppata una tecnologia per produrre insulina geneticamente modificata. Ma il numero di farmaci prodotti dalla Russia per un tale numero di pazienti non è sufficiente. Pertanto, oltre all'insulina rilasciata in Russia, il paese acquista un gran numero di droghe all'estero, fornendo le condizioni necessarie per la conservazione dell'insulina nei magazzini.
Parlando della conservazione di insulina in Russia, va notato che una fiala non aperta può solitamente essere conservata per circa due o tre anni. Per garantire che l'insulina non si deteriori, è molto importante osservare le condizioni di conservazione dell'insulina. Prima di conservare l'insulina, è necessario tenere conto del fatto che la temperatura di conservazione ideale è compresa tra 6 e 8 ° C.
La conservazione dell'insulina è auspicabile sulla porta laterale, lontano dal congelatore (il congelamento è inaccettabile, poiché la sua struttura cambia). Poche ore prima delle iniezioni e della diluizione, è necessario estrarlo dal frigorifero e tenerlo a temperatura ambiente.
La fiala aperta viene conservata a temperatura ambiente (fino a 25 ° C), lontano dalla luce solare e dai dispositivi di riscaldamento. Utilizzare non più di quattro settimane. Se la soluzione è diventata torbida, è apparso un precipitato, non è buono e deve essere scartato.
Storia dell'insulina che ha inventato l'insulina
Per quanto riguarda me, qualsiasi diabetico dovrebbe conoscere la storia della sua malattia. Questa conoscenza dà un senso completo di controllo sulla malattia, oltre a renderlo più serio sul suo trattamento. Pertanto, oggi parleremo di insulina - l'ormone principale che controlla il nostro livello di zucchero. In questo articolo, esamineremo l'intera cronologia dello studio dell'insulina dalla sua scoperta (scoperta di insulina) alla produzione industriale.
L'inizio della ricerca...
La prima ricerca relativa all'insulina, apparve nel 1869. Un giovane scienziato ha studiato il pancreas con l'aiuto di un microscopio che è apparso di recente in lui. Ha attirato l'attenzione sugli strani accumuli di cellule. Più tardi saranno chiamati isole di Langerhans. Quindi non sapeva perché esistessero, suggeriva solo che fossero necessari per la regolazione della digestione. Paul Langergans ha dedicato la sua tesi di dottorato a queste cellule.
Venti anni dopo, nel 1889, un certo fisiologo Oskar Minkowski decise di rifiutare tutte le ricerche sul pancreas e dimostrare che non aveva nulla a che fare con la digestione. Tolse la ghiandola dal cane, ma dopo alcuni giorni notò che zucchero e zucchero venivano rilasciati insieme alla sua urina. Fu allora che per la prima volta gli scienziati collegarono il pancreas con il diabete. A proposito, Minkowski non è mai diventato famoso negli ambienti scientifici e non ha fatto scoperte più importanti. Forse non ha mai accettato il fatto di aver paralizzato il povero animale...
Scoperta di insulina
Nel 1900, L.V. Sobolev confermò scientificamente che le isole di Langerhans secernono un determinato ormone che regola i processi di carboidrati nel corpo. Ha anche proposto un metodo per ottenere questo ormone dagli animali appena nati, poiché le loro isole sono molto ben sviluppate. Per i più curiosi, il fatto che Sobolev lavorasse nello stesso laboratorio con Pavlov stesso sarebbe interessante. Troppo stretto il mondo scientifico che non dice...
Nei decenni successivi, molti scienziati hanno cercato di ottenere una cura per il diabete dall'ormone pancreatico (quindi il nome insulina non è comparso). I leader scientifici che non credevano nella serietà della ricerca impedì a uno scienziato, Kleiner fu impedito dalla prima guerra mondiale, lo scienziato rumeno Paulesco pubblicò la sua ricerca, ma non avanzò ulteriormente nei metodi per isolarlo.
E solo nel 1922, un gruppo di scienziati dell'Università di Toronto riuscì a fare la prima iniezione di insulina a un ragazzo di 14 anni con diabete. Questo è stato preceduto da anni di esperimenti sui cani, basati sulla ricerca di Sobolev. Gli scienziati che hanno fatto questa scoperta scientifica sono stati chiamati Banting, Mcleod, Best e Collip.
La storia dell'insulina Guarda al passato
Secondo la International Diabetes Federation con diabete, attualmente ci sono 542.000 bambini sotto i 14 anni, 415 milioni di adulti, e nel 2040 si prevede che il numero di persone con diabete raggiunga 642 milioni 1.
L'aumento del numero di persone affette da diabete è certamente associato a cambiamenti nello stile di vita (diminuzione dell'attività fisica), abitudini alimentari (consumo di alimenti ricchi di carboidrati facilmente digeribili, grassi animali), ma allo stesso tempo dimostra che grazie alla scoperta del moderno abbassamento dello zucchero farmaci, creando metodi per controllare la malattia, sviluppando algoritmi per diagnosticare e curare le complicanze del diabete mellito, anche l'aspettativa di vita delle persone con diabete è aumentata, per non parlare del miglioramento della sua qualità ETS.
L'umanità conosce il diabete ora di 3,5 mila anni (come è noto, il primo trattato che descrive la malattia, l'egiziano "Papiro Erbes," date a partire dal 1500. AC), ma un importante passo avanti nel trattamento di questa grave malattia si è verificato solo circa 90 anni fa, quando il diabete, incluso il primo tipo, cessò di essere una condanna a morte.
Prerequisiti per la creazione di insulina
Già nel 19 ° secolo, durante l'autopsia di pazienti deceduti per diabete, si notò che in tutti i casi il pancreas era gravemente danneggiato. In Germania, nel 1869, Paul Langergans scoprì che nei tessuti pancreatici vi sono alcuni gruppi di cellule che non sono coinvolti nella produzione di enzimi digestivi.
Nel 1889 in Germania, il fisiologo Oscar Minkowski e il dottore Joseph von Mehring, sperimentarono sperimentalmente che la rimozione del pancreas nei cani porta allo sviluppo del diabete. Questo ha permesso loro di presumere che il pancreas secerne una certa sostanza che è responsabile del controllo metabolico del corpo 2. Ipotesi Minkowski e Mehring trovato sempre più prove, e dal primo decennio del XX secolo a seguito di studiare il rapporto tra diabete e danni alle isole di Langerhans del pancreas, l'apertura delle ghiandole endocrine, è stato dimostrato che una determinata sostanza secreta dalle cellule insulari, svolge un ruolo di primo piano nella regolazione del metabolismo dei carboidrati 3. L'idea è che se questa sostanza è isolata, può essere usata per trattare il diabete, tuttavia, i risultati della continuazione degli esperimenti di Minkowski e Merking, quando un estratto è stato somministrato ai cani dopo la rimozione del pancreas, che in alcuni casi ha portato ad una diminuzione della glicosuria non erano riproducibili, e l'introduzione dell'estratto stesso causò un aumento della temperatura e altri effetti collaterali.
estratto del pancreas somministrati ad un paziente con diabete hanno praticato tali scienziati europei e americani, Georg Sulzer, Nikola Paulesko 4, Israele Kleiner, tuttavia, a causa di un gran numero di effetti collaterali e problemi connessi con il finanziamento, non sono riusciti a portare l'esperimento al termine.
L'idea di Frederick Banting
Nel 1920, Frederick Banting, un chirurgo di 22 anni, cercò di aprire la sua pratica in una piccola città canadese, e insegnando di passaggio all'università dell'Ontario occidentale. In Lunedi, mese di ottobre il 31 Bunting ha dovuto dire agli studenti circa il metabolismo dei carboidrati - il soggetto in cui non era forte, e per essere meglio preparati, in ritardo Domenica sera, Banting leggere l'articolo recentemente pubblicato da Barron, che ha descritto il blocco di pancreas calcoli biliari duttali e la risultante atrofia delle cellule acinose (cellule responsabili della funzione esocrina) 2. Quella stessa notte, Banting scrisse la sua idea: "Benda i dotti pancreatici nei cani. Aspetta l'atrofia degli acini, isola il segreto dalle cellule delle isole per facilitare la glucosuria. "5 Quindi, non riuscendo a raggiungere la pratica, Banting andò all'Università di Toronto, sua alma mater, dove si rivolse al professor John MacLeod, uno dei maggiori esperti sul metabolismo dei carboidrati. Sebbene il professore accettasse l'idea di Banting senza entusiasmo, scelse un laboratorio con un minimo di attrezzatura e 10 cani per il chirurgo. L'assistente Banting divenne lo studente di lotte Charles Best. Nell'estate del 1921 iniziò l'esperimento.
Banting e Best hanno iniziato la loro ricerca rimuovendo il pancreas nei cani. In alcuni animali, i ricercatori hanno rimosso il pancreas, in altri hanno legato il dotto pancreatico e rimosso la ghiandola dopo un po 'di tempo. Quindi il pancreas atrofizzato fu posto in una soluzione ipertonica e congelato. La sostanza ottenuta come conseguenza di questo dopo lo scongelamento è stata somministrata a cani con un pancreas rimosso e una clinica per il diabete. I ricercatori hanno registrato una diminuzione dei livelli di glucosio, migliorando il benessere dell'animale. Il professor MacLeod è rimasto impressionato dai risultati e ha deciso di continuare a lavorare per dimostrare che l'estratto pancreatico di Banting and Best funziona davvero.
Nuovi risultati di esperimenti con l'uso del pancreas del bestiame, hanno permesso di capire che è possibile fare a meno della complicata procedura di legatura del dotto pancreatico.
Alla fine del 1921, Bertin Collip, un biochimico, si unì al gruppo di ricerca. Con esso, usando la precipitazione frazionaria con diverse concentrazioni di alcol e altri metodi di purificazione, sono stati ottenuti estratti di isole pancreatiche, che potrebbero essere tranquillamente introdotte nel corpo umano. È una sostanza efficace e non tossica ed è stata utilizzata nei primi test clinici 6.
Prove cliniche
All'inizio, Banting e Best hanno sperimentato l'insulina ricevuta. Come risultato dell'introduzione del farmaco, entrambi si sentirono deboli, vertigini, ma non si notarono effetti tossici del farmaco.
Il primo paziente con diabete che ha ricevuto insulina l'11 gennaio 1922. divenne un ragazzo di 14 anni, Leonard Thompson. Dopo la prima iniezione di 15 ml di insulina, non si sono verificati cambiamenti significativi nelle condizioni del paziente, il livello di glucosio nel sangue e nelle urine è leggermente diminuito, inoltre il paziente ha sviluppato un ascesso sterile. Un'iniezione ripetuta è stata eseguita il 23 gennaio e in risposta al livello di glucosio nel sangue del paziente è stata normalizzata, il contenuto di glucosio e chetoni nelle urine è diminuito, il ragazzo stesso ha notato un miglioramento del proprio stato di salute 7.
Uno dei primi pazienti che ha ricevuto l'insulina è stata la figlia del capo della Corte Suprema degli Stati Uniti, Elizabeth Heges Goshet. Sorprendentemente, prima di iniziare la terapia insulinica, ha avuto il diabete mellito per 4 anni, e il trattamento che le ha permesso di vivere fino ad oggi era una dieta feroce (circa 400 kcal al giorno). Elisabetta visse con la terapia insulinica fino all'età di 73 anni e ebbe tre figli.
Premio Nobel
Nel 1923, il Comitato per il Nobel assegnato il Premio per la Fisiologia e Medicina Banting e McLeod, questo è accaduto appena 18 mesi dopo la prima relazione sulla preparazione della riunione della Association of American Physicians (Association of American Physicians). Questa decisione ha esacerbato la già difficile relazione tra scienziati, perché Banting riteneva che il contributo di McLeod all'invenzione dell'insulina fosse molto esagerato, secondo Banting, il premio avrebbe dovuto essere diviso tra lui e il suo assistente Best. Per ripristinare la giustizia, Banting ha condiviso la sua parte del premio con Best, e MacLeod con il biochimico Collip 8.
Il brevetto per la creazione di insulina, di proprietà di Banting, Best e Collip, gli scienziati hanno venduto per $ 3 all'università di Toronto. Nell'agosto 1922 fu concluso un accordo di cooperazione con la compagnia farmaceutica Eli Lilly and C o, che contribuì a stabilire la produzione di farmaci su scala industriale.
Più di 90 anni sono passati dall'invenzione dell'insulina. formulazioni migliorate di questo ormone, 1982 pazienti sono stati trattati con insulina umana già, e negli anni '90 ci sono stati analoghi di insulina umana - farmaci con differenti durate di azione, ma dobbiamo ricordare le persone che stavano alle origini di questo farmaco ogni giorno salvare la vita di milioni persone.
Storia di scoperta di insulina
Insulina come ormone peptidico prodotto nelle cellule beta delle isole pancreatiche di Langerhans. Garantire la permeabilità delle membrane cellulari per le molecole di glucosio come sua funzione principale. Classificazione dei preparati a base di insulina e sua ricevuta.
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introduzione
Insulimn (dal latino Insula - isola) - un ormone di natura peptidica, si forma nelle cellule beta delle isole di Langerhans del pancreas. Ha un effetto multiforme sul metabolismo in quasi tutti i tessuti.
La funzione principale dell'insulina è di assicurare la permeabilità delle membrane cellulari per le molecole di glucosio. In forma semplificata, si può affermare che non solo carboidrati, ma anche tutte le sostanze nutrienti infine spaccati al glucosio, che viene utilizzato per la sintesi di altre molecole contenenti carbonio, ed è l'unico tipo di centrali elettriche fuel cell - mitocondri. Senza l'insulina, la permeabilità della membrana cellulare al glucosio scende di 20 volte e le cellule muoiono per fame e lo zucchero in eccesso disciolto nel sangue avvelena il corpo.
Insufficienza della secrezione di insulina dovuta alla distruzione delle cellule beta - carenza assoluta di insulina - è un elemento chiave nella patogenesi del diabete mellito di tipo 1. La violazione dell'effetto dell'insulina sul tessuto - deficienza di insulina relativa - occupa un posto importante nello sviluppo del diabete di tipo 2.
Storia di scoperta di insulina
La storia della scoperta di insulina è associata al nome del medico russo I.M. Sobolev (seconda metà del 19 ° secolo), che ha dimostrato che il livello di zucchero nel sangue umano è regolato da uno speciale ormone del pancreas.
Nel 1922, l'insulina isolata dal pancreas di un animale fu introdotta per la prima volta in un bambino diabetico di dieci anni. il risultato ha superato tutte le aspettative e un anno dopo la ditta americana Eli Lilly ha rilasciato la prima preparazione di insulina animale.
Dopo aver ricevuto il primo lotto industriale di insulina nei prossimi anni, è stato attraversato un modo enorme di isolamento e purificazione. Di conseguenza, l'ormone è diventato disponibile per i pazienti con diabete di tipo 1. membrana pancreatica di ormone insulina
Nel 1935, il ricercatore danese Hagedorn ottimizzò l'azione dell'insulina nel corpo proponendo un farmaco prolungato.
I primi cristalli di insulina furono ottenuti nel 1952 e nel 1954 il biochimico inglese G.Senger decifrò la struttura dell'insulina. Lo sviluppo di metodi per la purificazione dell'ormone da altre sostanze ormonali e prodotti di degradazione dell'insulina ha permesso di ottenere insulina omogenea, chiamata insulina monocomponente.
Nei primi anni '70. Gli scienziati sovietici A. Yudaev e S. Shvachkin hanno proposto la sintesi chimica dell'insulina, tuttavia l'implementazione di questa sintesi su scala industriale era costosa e non redditizia.
In futuro, vi è stato un progressivo miglioramento del grado di purificazione delle insuline, che ha ridotto i problemi causati da allergie all'insulina, compromissione della funzionalità renale, deficit visivo e resistenza all'insulina immune. L'ormone più efficace era necessario per la terapia sostitutiva nel diabete mellito: insulina omologa, cioè insulina umana.
In 80 anni i progressi nella biologia molecolare hanno permesso sintetizzato usando E.coli entrambe le catene di insulina umana, che sono stati poi collegati ad una molecola biologicamente attiva, un ormone, e l'Istituto di Chimica Bioorganica insulina ricombinante preparati utilizzando ceppi di E. coli geneticamente ingegnerizzati.
L'uso della cromatografia di affinità ha ridotto significativamente il contenuto di proteine contaminanti con un peso molecolare più elevato rispetto all'insulina nella preparazione. Tali proteine includono proinsulina e proinsuline parzialmente scisse, che sono in grado di indurre la produzione di anticorpi anti-insulina.
L'uso dell'insulina umana sin dall'inizio della terapia riduce al minimo l'insorgenza di reazioni allergiche. L'insulina umana viene assorbita più velocemente e, indipendentemente dalla forma del farmaco, ha una durata d'azione più breve dell'insulina animale. Le insuline umane sono meno immunizzate rispetto al maiale, in particolare le insuline miste di bovini e suini.
Tipi di insulina
Le preparazioni di insulina differiscono nel grado di purificazione; fonte di ricevimento (bovini, suini, umani); sostanze aggiunte alla soluzione di insulina (allungando la sua azione, batteriostatici, ecc.); concentrazione; valore del pH; la possibilità di miscelare ICD con SDI.
Le preparazioni di insulina variano in base alla fonte. L'insulina di suino e bovino differisce dall'umano nella composizione amminoacidica: bovino in tre aminoacidi e maiale in uno. Non sorprende che nel trattamento con insulina bovina le reazioni avverse si sviluppino molto più frequentemente rispetto al trattamento con suina o insulina umana. Queste reazioni sono espresse in insulino-resistenza immunologica, allergia all'insulina, lipodistrofia (cambiamento nel grasso sottocutaneo nel sito di iniezione).
Nonostante gli evidenti svantaggi dell'insulina bovina, è ancora ampiamente usato nel mondo. Eppure insulina bovina carenze in termini immunologici sono evidenti: esso è affatto il caso non è raccomandato per pazienti con nuova diagnosi di diabete, donne incinte o per terapia insulinica a breve termine, per esempio nel periodo perioperatorio. Le qualità negative dell'insulina bovina sono anche conservate quando usate in una miscela con suina, quindi le insuline miste (suine + bovini) non dovrebbero essere utilizzate per il trattamento di queste categorie di pazienti.
I preparati di insulina umana per la struttura chimica sono completamente identici all'insulina umana.
Il principale problema del metodo biosintetico per ottenere l'insulina umana è la completa purificazione del prodotto finale dalle più piccole impurità dei microrganismi utilizzati e dei loro prodotti metabolici. Nuovi metodi di controllo di qualità garantiscono che l'insulina umana biosintetica sia priva di impurità nocive; quindi, il loro grado di purificazione e l'efficienza di abbassamento del glucosio soddisfano i requisiti più elevati e sono quasi gli stessi. Eventuali effetti collaterali indesiderati, a seconda delle impurità, questi farmaci non hanno l'insulina.
Attualmente, nella pratica medica vengono utilizzati tre tipi di insulina:
- corto raggio con un rapido inizio d'effetto;
- durata media dell'azione;
- lunga recitazione con effetto lento.
Tabella 1. Caratteristiche delle preparazioni commerciali di insulina
Esempi (nomi commerciali)
Methylparaben m-Cresol Fenolo
NaCl glicerina Na (H) PO4 Na acetato
Umano. Toro di maiale
Aktrapid-NM, Humulin-R Aktrapid, Aktrapid-MS Insulina per preparazioni iniettabili (USSR, non più prodotta)
Umano. Toro di maiale
Protafan-NM, Humulin-N Protafan-MS Protamina-insulina (URSS, non più prodotta)
Umano. Toro di maiale
Monotard-NM, Humulin-zinc Monotard-MS, Lente-MS Lente
Short-insulina (ICD) - insulina regolare - è un breve solubile a pH neutro, cristallina insulina zinco, il cui effetto si sviluppa entro 15 minuti dalla somministrazione sottocutanea e dura 5-7 ore.
La prima insulina prolungata (SDI) è stata creata alla fine degli anni '30, in modo che i pazienti potessero effettuare le iniezioni meno frequentemente di quanto facessero quando utilizzavano l'ICD da solo, se possibile una volta al giorno. Per aumentare la durata dell'azione, tutte le altre preparazioni di insulina vengono modificate e, quando si dissolvono in un mezzo neutro, formano una sospensione. Contengono protamina in tampone fosfato - protamina zinco-insulina e NPH (protamina neutra Hagedorn) - NPH-insulina o diverse concentrazioni di zinco in tampone acetato - insulina ultralente, nastro, seventile.
I preparati a base di insulina di media durata contengono protamina, che è una proteina di media m. 4400, ricco di arginina e derivato dalla trota arcobaleno Milt. Per la formazione del complesso richiede un rapporto di protamina e insulina 1:10. dopo somministrazione sottocutanea, gli enzimi proteolitici distruggono la protamina, consentendo l'assorbimento dell'insulina.
L'insulina NPH non modifica il profilo farmacocinetico dell'insulina regolatrice miscelata con esso. L'insulina NPH è preferibile al nastro di insulina come componente della durata media dell'azione in miscele terapeutiche contenenti insulina regolare.
Nel tampone fosfato, tutte le insuline formano facilmente cristalli con zinco, ma solo i cristalli di insulina bovina sono sufficientemente idrofobi per fornire un rilascio lento e costante dell'insulina caratteristica di ultralente. I cristalli di zinco dell'insulina suina si sciolgono più velocemente, l'effetto arriva prima, la durata dell'azione è più breve. Pertanto, non vi è alcun farmaco ultralente contenente solo insulina suina. L'insulina suina monocomponente è prodotta sotto il nome di sospensione di insulina, insulina neutra, insulina isofano, insulina aminoquinuride.
Il nastro di insulina è una miscela di insulina al 30% del semilento (precipitato insulina amorfa con ioni di zinco in tampone acetato, il cui effetto si dissipa relativamente rapidamente) con il 70% di insulina ultralente (insulina zinco cristallina scarsamente solubile, che ha un inizio ritardato e un'azione prolungata). Questi due componenti forniscono una combinazione con assorbimento relativamente veloce e azione stabile a lungo termine, rendendo il nastro di insulina un agente terapeutico conveniente.
Produzione di insulina
L'insulina umana può essere prodotta in quattro modi:
1) sintesi chimica completa;
2) estrazione dal pancreas di una persona (entrambi questi metodi non sono adatti a causa di inefficienza: sviluppo insufficiente del primo metodo e mancanza di materie prime per la produzione di massa con il secondo metodo);
3) con un metodo semisintetico utilizzando una sostituzione enzima-chimica nella posizione 30 della catena B dell'aminoacido alanina nell'insulina di maiale con treonina;
4) metodo biosintetico per la tecnologia di ingegneria genetica. Gli ultimi due metodi consentono di ottenere un'insulina umana di elevata purezza.
Attualmente, l'insulina umana si ottiene principalmente in due modi: modificando l'insulina di maiale con un metodo enzimatico sintetico e con un metodo di ingegneria genetica.
L'insulina è stata la prima proteina ottenuta per scopi commerciali utilizzando la tecnologia del DNA ricombinante. Esistono due approcci principali per ottenere l'insulina umana geneticamente modificata.
Nel primo caso, separati (diversi ceppi produttori) producono entrambe le catene seguite dalla piegatura della molecola (la formazione di ponti disolfuro) e la separazione delle isoforme.
Nel secondo, la preparazione sotto forma di un precursore (proinsulina) seguita da scissione enzimatica con tripsina e carbossipeptidasi B alla forma attiva dell'ormone. Il più preferibile al momento è quello di ottenere l'insulina come precursore, assicurando la corretta chiusura dei ponti disolfuro (nel caso di produzione separata di catene, si effettuano cicli successivi di denaturazione, separazione delle isoforme e rinaturazione).
In entrambi gli approcci, è possibile sia individualmente ottenere i componenti di partenza (catene A e B o proinsulina), sia come parte delle proteine ibride. Oltre alle catene A e B o alla proinsulina, nella composizione delle proteine ibride possono essere presenti:
- una proteina carrier che trasporta la proteina di fusione nello spazio periplasmico della cellula o terreno di coltura;
- componente di affinità, facilitando notevolmente la selezione di una proteina ibrida.
Allo stesso tempo, entrambi questi componenti possono essere presenti simultaneamente nella composizione della proteina ibrida. Inoltre, quando si creano proteine ibride, è possibile utilizzare il principio della multidimensionalità (cioè, sono presenti diverse copie del polipeptide target nella proteina ibrida), che consente di aumentare significativamente la resa del prodotto target.
Nel Regno Unito, entrambe le catene di insulina umane sono state sintetizzate utilizzando E. coli, che sono stati poi collegati a una molecola ormonale biologicamente attiva. Affinché un organismo unicellulare sintetizzi molecole di insulina sui suoi ribosomi, è necessario fornirgli il programma necessario, cioè introdurre il gene dell'ormone su di esso.
Chimicamente ottiene il precursore di biosintesi della genetica di programmazione dell'insulina o di due geni, programmando separatamente la biosintesi delle catene di insulina A e B.
Lo stadio successivo è l'inclusione del gene del precursore dell'insulina (o dei geni della catena separatamente) nel genoma di E. coli, un ceppo speciale di E. coli coltivato in condizioni di laboratorio. Questo compito è svolto dall'ingegneria genetica.
Un plasmide con un enzima di restrizione appropriato è isolato da E. coli. Il gene sintetico viene inserito nel plasmide (clonazione con la parte C-terminale funzionalmente attiva di E. coli beta-galattosidasi). Di conseguenza, E.coli acquisisce la capacità di sintetizzare una catena proteica composta da galattosidasi e insulina. I polipeptidi sintetizzati sono chimicamente scissi dall'enzima e quindi purificati. Nei batteri, circa 100.000 molecole di insulina sono sintetizzate per cellula batterica.
La natura della sostanza ormonale prodotta da E. coli è determinata da quale gene è inserito nel genoma dell'organismo unicellulare. Se il gene del precursore dell'insulina viene clonato, il batterio sintetizza il precursore dell'insulina, che viene poi sottoposto a un trattamento con enzimi di restrizione per rimuovere la prepazione con l'isolamento del peptide C, con conseguente insulina biologicamente attiva.
Per ottenere l'insulina umana purificata, la proteina ibrida isolata dalla biomassa viene sottoposta a trasformazione enzimatica chimica e appropriata purificazione cromatografica (frontale, permeazione di gel, scambio anionico). L'insulina ricombinante è stata ottenuta presso l'Istituto di RAS utilizzando ceppi di E. coli geneticamente modificati. Un precursore, una proteina ibrida espressa nella quantità del 40% della proteina cellulare totale, contenente la preproinsulina viene rilasciata dalla biomassa coltivata. La sua trasformazione in insulina in vitro viene effettuata nella stessa sequenza di in vivo - il polipeptide principale viene scisso, la preproinsulina viene convertita in insulina attraverso gli stadi della solfitolisi ossidativa seguita dalla chiusura riduttiva di tre legami disolfuro e dall'isolamento enzimatico del legame del peptide C. Dopo una serie di purificazioni cromatografiche, tra cui scambio ionico, gel e HPLC (cromatografia liquida ad alte prestazioni), si ottiene insulina umana di elevata purezza e attività naturale.
Si può usare un ceppo con una sequenza nucleotidica incorporata nel plasmide che esprime una proteina di fusione, che consiste in proinsulina lineare e frammento di proteina Staphylococcus aureus A collegato al suo N-terminale.
La coltivazione della biomassa satura di cellule del ceppo ricombinante assicura l'inizio della produzione della proteina ibrida, l'isolamento e la trasformazione sequenziale di cui in tubo porta all'insulina.
Un altro modo è anche possibile: si scopre in un sistema di espressione batterica una proteina ricombinante di fusione costituita da proinsulina umana e una coda di polihistidina collegata ad esso tramite un residuo di metionina. È isolato mediante cromatografia chelata su colonne di Ni-agarosio da corpi di inclusione e digerito con bromuro di cianogeno.
La proteina isolata è S-solfonata. L'analisi di mappatura e spettrometria di massa della proinsulina ottenuta, purificata mediante cromatografia a scambio ionico su scambiatore anionico e HPLC (fase inversa) HPLC (cromatografia liquida ad alte prestazioni), mostra la presenza di ponti disolfuro corrispondenti ai ponti disolfuro di proinsulina umana nativa.
Recentemente, è stata prestata particolare attenzione alla semplificazione della procedura per la produzione di insulina ricombinante mediante metodi di ingegneria genetica. Ad esempio, è possibile ottenere una proteina di fusione costituita dal peptide leader dell'interleuchina 2 attaccata all'N-terminale della proinsulina attraverso un residuo di lisina. La proteina è efficacemente espressa e localizzata nei corpi di inclusione. Dopo l'isolamento, la proteina viene scissa con tripsina per produrre insulina e peptide C.
L'insulina e il peptide C risultanti sono stati purificati mediante HPLC RP. Quando si creano strutture di fusione, il rapporto di massa della proteina carrier con il polipeptide target è molto significativo. I peptidi C sono collegati dal principio della testa-coda usando distanziatori amminoacidici che trasportano il sito di restrizione Sfi I e due residui di arginina all'inizio e alla fine del distanziatore per la successiva scissione della proteina con tripsina. I prodotti di clivaggio HPLC mostrano che la scissione del peptide C è quantitativa e questo rende possibile l'uso del metodo dei geni sintetici multimerici per ottenere polipeptidi target su scala industriale.
conclusione
Il diabete mellito è una malattia cronica causata da carenza di insulina assoluta o relativa. È caratterizzato da un profondo disturbo metabolico dei carboidrati con iperglicemia e glucosuria, nonché da altri disturbi metabolici a causa di una serie di fattori genetici ed esterni.
L'insulina fino ad oggi serve da radicale, e nella maggior parte dei casi l'unico modo per mantenere la vita e l'invalidità delle persone con diabete. Prima di ricevere e introduzione di insulina alla clinica nel 1922-1923. I pazienti con diabete mellito di tipo I aspettavano un risultato letale per uno o due anni dall'inizio della malattia, nonostante l'uso delle diete più estenuanti. I pazienti con diabete mellito di tipo I necessitano di terapia sostitutiva per tutta la vita con insulina. La sospensione per vari motivi dell'introduzione regolare di insulina porta al rapido sviluppo di complicanze e alla morte imminente del paziente.
Attualmente, il diabete in termini di prevalenza è al 3 ° posto dopo le malattie cardiovascolari e oncologiche. Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, la prevalenza del diabete tra la popolazione adulta nella maggior parte delle regioni del mondo è del 2-5% e c'è una tendenza ad aumentare il numero di pazienti quasi due volte ogni 15 anni. Nonostante gli evidenti progressi nel campo dell'assistenza sanitaria, il numero di pazienti insulino-dipendenti aumenta di anno in anno e attualmente in Russia sono circa 2 milioni di persone.
La creazione di droghe di insulina genetica umana domestica apre nuove possibilità per risolvere molti dei problemi della diabetologia in Russia per salvare la vita di milioni di persone con diabete.
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