Инсулин В Кошельке

Введение

Банкноты и монеты сопровождают нашу повседневную жизнь, являя нам разную, на первый взгляд обыденную, но подчас важную информацию. Каждый раз, когда мы видим деньги, приходится невольно вспоминать запечатленные на них забытые страницы истории, как скажем банкноты Гибралтара возвращают нас к важным событиям истории Великобритании. Иногда они заставляют обратить внимание на проблемы выживания видов флоры и фауны, чем особенно знамениты банкноты стран Африки. Подчас, глядя на средство оплаты товаров и услуг, замечаешь на них деятелей культуры: незабываемые для коллекционеров 5000 австрийских шиллингов с портретом Моцарта. Воскресают в памяти великие исторические события прошлого, портреты участвовавших в них религиозных и политических вождей. 

Великие научные свершения напоминают нам портреты великих ученых, совершивших прорыв в той или иной области, опять же на деньгах. Именно ученые заслуживают особого внимания и благодарности, потому что благодаря именно их деятельности наш мир становится намного безопаснее и удобнее для всего человечества. Пауль Эрлих на немецкой 200 марочной купюре, Луи Пастер на 5 французских франках...и, наконец, успехи канадских ученых.

В данной статье пойдет речь о великом открытии прошлого века - инсулине, которое помогло спасти и облегчить страдания многих больных с нарушениями углеводного обмена в организме, состояние которых зависит от введения инсулина.

Сахарный Диабет

Са;харный диабе;т 1-го ти;па, или инсули;нозави;симый диабет - заболевание малоизвестного происхождения и поныне, если, безусловно, исключить наследственную и аутоиммунную формы. Безусловно, если ген инсулина в геноме поврежден или вызвано собственным иммунитетом, вирусными атаками и неправильной регуляцией производства этого белка, то природа заболевания предельно ясна. Внешне заболевание характеризует повышенный уровень сахара в крови, полиурия (как следствие — неутолимая жажда), потеря веса, чрезмерный либо сниженный аппетит, сильное общее утомление организма, боли в животе. При длительном течении болезни и отсутствии поддерживающей терапии происходит отравление организма метаболитами жиров.

Роль инсулина в снятии развития болезненных симптомов прояснилась очень не скоро, потому углубимся в историю.

История Великого Открытия

В 1869 году в Берлине 22-летний студент-медик Пауль Лангерганс, изучая с помощью нового микроскопа строение поджелудочной железы, обратил внимание на ранее неизвестные клетки, образующие группы, которые были равномерно распределены по всей железе. Назначение этих «маленьких кучек клеток», впоследствии известных как «островки Лангерганса», было непонятно, но позднее Эдуард Лагус показал, что в них образуется секрет, который играет роль в регуляции пищеварения.

В 1889 году немецкий физиолог Оскар Минковский в целях выявления роли поджелудочной железы в пищеварении удалил поджелудочную железу у здоровой собаки. Спустя несколько дней после калечения животных, ветеринар группы Минковского заметил повышенное выделение сахара с мочой. Так была доказана связь работы поджелудочной железы и сахарного диабета.

В 1900 году Л. В. Соболев (1876—1919) блокировал протоки поджелудочной железы, что привело к атрофикации железистой ткани с сохранением островков Лангерганса в лаборатории И. П. Павлова. Ввиду сохранения  островков диабет от этого калечения не возник. Наблюдая однозначный патогенез  островков у диабетиков привел Соболева к идее о необходимости именно островков Лангерганса для углеводного обмена и предложил использовать железу новорожденных животных с хорошо развитыми островками в поиске и выделении противодиабетического вещества. 

Год спустя американский ученый Евгений Линдсей Опи замечает частичное или полное разрушение островков Лангерганса у всех пациентов, страдающих сахарным диабетом, что еще раз подчеркнуло роль именно островков.

Попытки Выделения

В 1906 году Г.Л. Звельцеру удалось несколько снизить уровень глюкозы в крови у собак панкреатическим экстрактом. Э.Л. Скотт (E. L. Scott) в 1911-1912 годах в Чикагском университете использовал водный экстракт поджелудочной железы для «некоторого спада глюкозы в крови», но его опыты не убедили руководство в важности этого исследования. В 1919 году Израэль Клейнер в Рокфеллеровском университете пришел к тем же выводам, но начало первой мировой войны не дало завершить его работу. Окончательно открыл инсулин, действующий компонент экстрактов, профессор физиологии Бухарестской школы медицины и фармакологии Николае Паулеско, работая во Франции в 1921 году.

Канадские Успехи

Прорыву практического выделения инсулина, произведенному группой учёных Торонтского университета, посвящены канадская современная банкнота в 100 долларов и монета в два доллара.

Тогда, канадский ученый Фредерик Бантинг проявил интерес к работам Соболева и практически реализовал его идеи без ссылки на русского коллегу. В его дневнике записано: «блокировать собаке панкреатический проток и подождать разрушение ацинусов с сохранением только островков...выделить внутренний секрет и подействовать на выделение сахаров с мочой…»

В Торонто Бантинг встретился с Дж. Маклеодом и предложил ему свои соображения в надежде получить его поддержку и лабораторную оснастку. Однако Бантинг в начале показался  профессору абсурдным и смешным. Тем не менее молодому учёному все же удалось убедить Маклеода поддержать проект. Летом 1921 года Бантинг начал работу в университетской лаборатории с  ассистентом, 22-летним Чарльзом Бестом. Для экспериментов ему выделили 10 собак. Вокруг выводного протока поджелудочной железы исследователи затянули лигатуру, перекрыв выделение железой панкреатического сока. Спустя несколько недель внешнесекреторные клетки погибли, сохранив в живых тысячи островков. Из них то и удалось им выделить белок, однозначно снижающий уровень сахара в крови у собак, лишенных поджелудочной железы. Белок в начале назвали «айлетин».

Маклеоду результаты понравились, и вернувшись из Европы, он ознакомился с повторяемыми  экспериментами в его присутствии. Повтор был успешен, однако выделение и очистка «айлетина» из поджелудочных желез собак оказалась чрезвычайно трудоёмкой и длительной работой. Бантинг нацелился на поджелудочные железы плодов телят, где пищеварительные ферменты еще не выделяются, но айлетин уже производится в достаточном количестве, что существенно облегчило работу. После решения проблемы с источником белка следующей важной задачей стала очистка белка. Для её решения в декабре 1921 Маклеод привлёк блестящего биохимика, Джеймса Коллипа, который в итоге сумел разработать эффективный метод очистки инсулина. 11 января 1922 года, после множества успешных испытаний с собаками, страдающему диабетом 14-летнему Леонарду Томпсону делают первую в истории инъекцию инсулина. Тем не менее экстракт оказался недостаточно очищенным, и это привело к развитию аллергии, поэтому инъекции инсулина пришлось остановить. Спустя 12 дней Коллипу удалось лучше очистить инсулин и 23 января Леонард получил вторую дозу инсулина, которая уже не принесла явных побочных действий. Диабет у больного прогрессировать перестал. Однако впоследствии Бантинг и Бест не сработались с Коллипом и вскоре с ним расстались.

Очистка Инсулина и Синтез

Успех лечения диабета требовал большие количества чистого инсулина. Последнее стимулировало огромную работу до финального открытия эффективного способа быстрого промышленного получения инсулина. Важную роль в этом сыграло знакомство Бантинга с Илаем Лилли, совладельцем одной из крупнейших мировых фармацевтических компании Eli Lilly and Company.

За это революционное открытие Маклеод и Бантинг в 1923 году были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Свою часть Бантинг торжественно разделил с Бестом, который к награде представлен не был. Маклеод поделил свою премию с Коллипом. Патент на инсулин был продан Торонтскому университету за один доллар. Промышленное коммерческое производство инсулинов под торговой маркой Илетин было начато в 1923 году фармацевтической компанией Eli Lilly and Company.

В 1954 году британский молекулярный биолог Фредерику Сенгер полностью раскрывает точную последовательность аминокислот инсулина, что было сделано впервые для белков и великий исследователь получает в 1958 году Нобелевскую премию по химии. А спустя десятилетие Дороти Кроуфут-Ходжкин с помощью метода рентгеновской дифракции определила пространственное строение молекулы инсулина. Её работы также отмечены Нобелевской премией.

Молекула инсулина, белка, кодируемого у человека на хромосоме 11(2.18 – 2.18 Mb), образована двумя полипептидными цепями, содержащими 51 аминокислотный остаток: A-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, B-цепь образована 30 аминокислотными остатками. Полипептидные цепи соединяются двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина, третья дисульфидная связь расположена в A-цепи.

Первичная структура инсулина у разных животных несколько различается, как и различается его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому оказался инсулин свиньи, отличающийся от него всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека — треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками.

Впервые искусственный синтез инсулина в начале 1960-х почти одновременно осуществили Панайотис Катсоянис в Питтсбургском университете и Гельмут Цан в РВТУ Ахена. 

Промышленный Инсулин

Первый генно-инженерный человеческий инсулин получен в 1978 году Артуром Риггсом и Кэйити Итакурой в НИИ Бекмана при участии Герберта Бойера из Genentech с помощью технологии рекомбинантной ДНК (рДНК), ими же налажены первые коммерческие препараты такого инсулина — НИИ Бекмана в 1980 году и Genentech в 1982 (под брендом Humulin). Рекомбинантный инсулин производят пекарские дрожжи и кишечная палочка. Свиной и другие животные инсулины полусинтетическими методами преобразуют в человеческий, однако микробиологическая технология перспективнее и уже является ведущей, так как она более продуктивна и эффективна.