14 ноября - Всемирный день диабета, он отмечается в день рождения Фредерика Бантинга - ученого, открывшего инсулин. До начала XX века диагноз «сахарный диабет 1-го типа» был равносилен смертному приговору. Данный диагноз означает, что поджелудочная железа человека не вырабатывает инсулин - гормон, необходимый для поступления глюкозы в клетку, без него ткани не получают энергию и голодают, а глюкоза свободно «плавает» в кровотоке, нанося вред сосудам, нервам и органам. Врачи в то время могли прописывать лишь диету, исключавшую любые углеводы, но данная тактика совсем ненамного продлевала жизнь, обрекая пациентов, в основном детей и молодых людей, на мучительное истощение и кому. Открытие инсулина в 1921 году стало одним из самых ярких и революционных прорывов в истории медицины, превратившим смертельную болезнь в хроническое, но управляемое заболевание.
Первооткрыватели.
В 1869 году 22-летний студент-медик Пауль Лангерганс, изучая строение поджелудочной железы, обратил внимание на ранее не известные клетки, образующие группы, которые были равномерно распределены по всей железе. Назначение этих «скоплений бледных клеток», впоследствии названных «островками Лангерганса», было непонятно, но позднее Эдуард Лагус показал, что в них образуется секрет, который играет роль в регуляции пищеварения.
В 1901 году был сделан следующий важный шаг: Юджин Опи показал, что сахарный диабет обусловлен разрушением островков поджелудочной железы и возникает, только когда образующие их клетки частично или полностью разрушены. Связь между сахарным диабетом и поджелудочной железой была известна и раньше, но до этого не было ясно, что диабет связан именно с островками.
И вот в 1921 году после серии опытов Фредерику Бантингу и его помощнику Чарльзу Бесту удалось добиться удивительного результата - выделив экстракт из ткани поджелудочной железы и введя его собаке, у которой данный орган быль удален, ученые добились понижения уровня сахара крови и предотвратили гибель животного.
11 января 1922 года в больнице города Торонто (Канада) для больных детей был сделан первый укол экстракта инсулина 14-летнему Леонарду Томпсону, который был при смерти от кетоацидоза, вызванного сахарным диабетом 1 типа. Первая доза инсулина была плохо очищенной и вызвала аллергическую реакцию. Но после того как Джеймс Коллип усовершенствовал очистку, вторая инъекция привела к невиданному доселе улучшению: уровень сахара в крови мальчика нормализовался, он вышел из комы и продолжил жить.
Прошлое инсулина.
До 1980-х годов инсулин для лечения сахарного диабета получали исключительно из поджелудочных желез животных. Процесс был сложным, многоэтапным и требовал огромного количества исходного сырья.
Основными источниками служили поджелудочные железы коров и свиней. Их заготавливали на мясокомбинатах в огромных количествах. Железы немедленно замораживали и отправляли на фармацевтические заводы, где их измельчали и с помощью органических растворителей "вытягивали" из ткани необходимые белки. Далее вещество проходило через процессы осаждения, очистки и стерилизации, данные этапы были трудоемкими и дорогостоящими, а финальный продукт был недостаточно хорошего качества. Важно отметить, что свиной инсулин был ближе по структуре к человеческому, чем бычий, незначительно отличаясь аминокислотным составом. Главные минусы данного способа получения инсулина - частота возникавших побочных реакций.
Инсулин, отличающийся от структуры человеческого, часто вызывал иммунные и аллергические реакции. Иммунитет человека вырабатывал антитела к чужеродному белку, в результате лекарство просто разрушалось иммунными клетками и не действовало.
Также остро стояла проблема дефицита сырья и, соответственно, дороговизна финального продукта. Для получения 100 граммов инсулина требовались поджелудочные железы от 8000-10000 животных. Постоянный рост числа больных диабетом создавал угрозу нехватки сырья.
Для некоторых религиозных групп животный инсулин был неприемлем: свиной инсулин не могли использовать мусульмане и иудеи, а бычий мог быть проблемой для индуистов, считающих коров священными.
Также первые инсулины были исключительно короткодействующими. Пациенты были вынуждены делать более 4-6 инъекций такого инсулина в сутки. Кроме того, из-за недостаточной очистки от примесей очень быстро возникали дистрофические изменения подкожно-жировой клетчатки, засчет чего нарушался процесс всасывания, создавая дополнительные проблемы в контроле за уровнем сахара в крови.
Фермы бактерий - инсулин настоящего.
Производство инсулина за последние десятилетия совершило огромный скачок: от экстракции из органов животных до высокотехнологичного процесса.
В настоящее время абсолютное большинство инсулина производится методом рекомбинантной ДНК-технологии, то есть с помощью генетически модифицированных микроорганизмов.
Ученые выделяют из человеческой ДНК ген, который отвечает за производство инсулина, и внедряют его в клетки. Чаще всего в этой роли выступают либо бактерия Escherichia coli (кишечная палочка), либо дрожжи Saccharomyces (те самые пекарские дрожжи).
Эти микроорганизмы становятся живыми "фабриками" по производству инсулина.
Генетически модифицированные бактерии или дрожжи помещают в огромные стальные емкости – ферментеры. Микроорганизмы считывают информацию с человеческого гена и начинают синтезировать цепи инсулина. После завершения процесса клетки микроорганизмов собирают и разрушают. Далее начинается многоступенчатый процесс очистки продукта, по итогу которого получают лекарство.
Проблема доступности инсулина сегодня.
Одна из основных проблем на настоящий момент - высокая стоимость производства инсулина. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, из тех, кто нуждается в инсулине, а их от 150 до 200 миллионов человек во всем мире, только около половины получают его. Доступ к инсулину остается недостаточным во многих странах с низким и средним уровнем дохода.
Согласно прогнозу Международной федерации диабета, к 2050 году ожидается увеличение числа пациентов до 1,3 млрд, в сравнении с настоящими 600 миллионами. Соответственно, увеличится и количество людей, нуждающихся в инсулинотерапии.
Ученые всего мира занимаются разработкой новых, более доступных способов получения инсулина.
Взгляд в будущее.
В недавно опубликованном исследовании, проведенном Иллинойским университетом Урбана-Шампейн (США) и Университетом Сан-Паулу (Бразилия), ученые сообщили о новом способе получения инсулина - с помощью доения коров. Участок человеческой ДНК, кодирующей выработку инсулина, внедрили в геном эмбриона коровы, и в результате был рожден трансгенный теленок (трансгенный, значит, носящий ДНК неродственного организма, введенную извне). Путем генной модификации клетки, способные вырабатывать инсулин, были внедрены именно в молочную железу коровы, ведь человеческий инсулин, не являясь «родным» для коровы, будучи выделенным в кровь, вызвал бы аутоиммунную реакцию, а также усложнился бы процесс выделения данного белка.
Когда трансгенная корова выросла, она была простимулирована гормонами с целью стимуляции лактации. В полученном молоке ученые обнаружили как проинсулин – молекулу-предшественницу, так и сам инсулин. По подсчетам ученых, данный способ в долгосрочной перспективе требует гораздо меньше финансовых вложений, а также является вариантом более эффективного получения большого количества инсулина.
В других экспериментах исследователи доказали возможность производства молекул инсулина в растениях - так называемое «молекулярное земледелие». Ученые выбирают растения, наиболее подходящие для данной задачи - быстро растущие, не требующие особых условий. Далее, аналогично вышеперечисленным способам, ген ДНК, кодирующий инсулин, встраивается в ДНК растений. Растения начинают производить инсулин в своих листьях или семенах.
Помимо работ по изобретению новых способов получения инсулина, также ищутся способы произведения новых, более совершенных его форм. Большинство из них направлено на минимизацию или избавление пациента от инъекционного способа введения лекарства: изобретение инсулинов более долгого действия, инъекций которого будет хватать на недели, ингаляционные и таблетированные формы, не подвергающиеся преждевременному разрушению в организме - лишь некоторые примеры грядущих открытий.
Заключение.
История разработки и совершенствования инсулина отражает прогресс науки и медицины, произошедший в течение последнего века. Начиная от лекарства, спасающего людей от неизбежной смерти, инсулин превратился в медикамент, жизненно необходимый не только пациентам с сахарным диабетом 1 типа, но также помогающий контролировать заболевание многим людям с сахарным диабетом 2 типа. Несмотря на часто возникающие предрассудки у второй категории пациентов, инсулинотерапия не несет в себе негативных последствий, напротив, помогает справляться с болезнью и минимизировать ее тяжелые осложнения.
Молекула, полученная в начале 20 века, сегодня актуальна как никогда; прогресс науки как в прошлом, настоящем, так и в будущем позволяет людям жить полноценной жизнью.
Авторы статьи:
Бедина Анастасия Владимировна
Годулян Михаил Алексеевич