Актуальность производства и применения рекомбинантного инсулина.

Как уже говорилось во введении, производство инсулина генно-инженерным способом обладает рядом значительных преимуществ по сравнению с другими способами его получения.

Это, прежде всего, его абсолютная идентичность гормону, вырабатываемому поджелудочной железой здорового человека. Именно поэтому инсулин, полученный таким способом, называют "человеческим инсулином" [17].

Во-вторых, следует отметить высокую степень чистоты препарата и отсутствие в нем проинсулина, вследствие чего он не вызывает аллергических реакций.

Кроме того, такому способу производства свойственна высокая производительность, простота получения продукта, а также низкая его стоимость.

История получения инсулина.

В 1920 году хирург Фредерик Бантинг, изучая обмен углеводов, выдвинул свою идею, которую сформулировал так: «Перевязать протоки поджелудочной железы у собак. Дождаться атрофии ацинусов, выделить секрет из островковых клеток, чтобы облегчить глюкозурию» [22].

В университете Торонто профессор Джон Маклеод, к которому он обратился, его идею воспринял без энтузиазма, однако выделил ему лабораторию. Ассистентом Бантинга стал Чарльз Бест. Эксперимент начался летом 1921 года.

Бантинг и Бест начали свои исследования с удаления поджелудочной железы у собак. У части животных они удаляли поджелудочную железу, у других перевязывали панкреатический проток и удаляли железу через некоторое время. Затем атрофированная поджелудочная железа помещалась в гипертонический раствор и замораживалась. Полученную в результате этого после разморозки субстанцию вводили собакам с удаленной поджелудочной железой и клиникой сахарного диабета. Исследователи зафиксировали снижение уровня глюкозы, улучшение самочувствия животного.

Новые результаты экспериментов с использованием поджелудочных желез крупного рогатого скота, позволили понять, что можно обойтись без сложной процедуры перевязки панкреатического протока.

В конце 1921 к команде исследователей присоединился Бертен Коллип, биохимик. С его помощью, используя фракционное осаждение с различными концентрациями спирта и другие методы очистки, были получены экстракты островков поджелудочной железы, которые могли быть безопасно введены в организме человека. Это эффективное и нетоксичное вещество и использовалось в первых клинических испытаниях [24].

В январе 1922 Бантинг и Бест начали клинические испытания инсулина на человеке. Сначала они испытали полученный инсулин на себе. В результате введения препарата оба почувствовали слабость, головокружение, но никаких токсических эффектов препарата отмечено не было.

Первым пациентом с диабетом, получившим инсулин 11 января 1922г. стал 14-летний мальчик Леонард Томпсон. После первой инъекции 15 мл инсулина никаких существенных изменений в состоянии пациента отмечено не было, незначительно снизился уровень глюкозы в крови и в моче, кроме того, у пациента развился стерильный абсцесс. Причиной этому стало то, что введенный инсулин был недостаточно очищенным. Следующие 11 дней Коллип упорно работал в лаборатории над улучшением экстракта, и 23 января мальчику была сделана вторая инъекция инсулина, после чего тот стал стремительно поправляться [23].

Известие о первом успешном применении инсулина 23 января 1922 г. стало международной сенсацией. Бантинг и его коллеги буквально воскрешали сотни больных диабетом. Ему писали множество писем с просьбами о спасении от болезни, приезжали к нему в лабораторию. Однако на тот момент существовало еще много недостатков – препарат инсулина был недостаточно стандартизован, средств самоконтроля не было и дозы инсулина приходилось отмерять грубо, на глазок. Поэтому нередко случались и гипогликемические реакции организма, когда уровень глюкозы падал ниже нормы.

Усовершенствование инсулина и его внедрение в повседневную врачебную практику продолжались. Университет Торонто начал продавать различным фармацевтическим компаниям лицензии на производство инсулина, и уже к 1923 г. этот гормон стал доступен всем больным сахарным диабетом.

Разрешение на производство лекарства получили компании «Лили» (США) и «Ново Нордиск» (Дания), которые и сейчас являются лидерами в этой области.

Бантингу в 1923 г. университет Торонто присвоил степень доктора наук, он был избран профессором. Также было открыто отделение медицинских специально исследований для Бантинга и Беста, которым назначили высокие персональные оклады.

В 1923 г. Бантингу и Маклеоду была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине, которую они добровольно разделили с Бестом и Коллипом.

В 1926 г. ученому-медику Абелю удалось синтезировать инсулин в кристаллическом виде. Через 10 лет датский исследователь Хагедорн получил инсулин пролонгированного (продленного) действия, а еще через 10 лет был создан нейтральный протамин Хагердона, который до сих пор остается одним из самых популярных видов инсулина.

Химический состав инсулина установил британский молекулярный биолог Фредерик Сенгер, получивший в 1958 г. за это Нобелевскую премию. Инсулин стал первым белком, последовательность аминокислот которого была полностью расшифрована.

Пространственное строение молекулы инсулина было установлено с помощью метода рентгеновской дифракции в 1990-х гг. Дороти Кроуфт Ходжкин, которая тоже была удостоена Нобелевской премии.

После получения Бантингом бычьего инсулина проводились опыты с инсулином, полученным из поджелудочных желез свиней и коров, а также других животных (например, китов и рыб).

Молекула человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты. Свиной инсулин отличается от него только лишь одной аминокислотой, коровий – тремя, что не мешает им нормализовать уровень сахара достаточно хорошо. Однако у инсулина животного происхождения есть существенный недостаток – у значительной части больных он вызывает аллергическую реакцию. Поэтому были необходимы дальнейшие работы по усовершенствованию инсулина.

В 1955 г. была расшифрована структура человеческого инсулина, и начались интенсивные работы по его выделению. Впервые это удалось в 1981 г. американским ученым Жильберу и Ломедико. Несколько позже появился инсулин, полученный из пекарских дрожжей методом генной инженерии. Инсулин стал первым из человеческих белков, синтезированным в 1978 г. генетически модифицированной бактерией Е. coli. Именно с него в биотехнологии началась новая эпоха. С 1982 г. американская компания «Генентех» стала продавать человеческий инсулин, синтезированный в биореакторе. Этот инсулин не оказывает аллергизирующего действия на человеческий организм.

С 1987 года компания Novo Nordisk начала промышленное производство человеческого инсулина на основе генетически измененных дрожжевых клеток: наряду с получением уникальной чистоты конечного продукта, это лишало компанию зависимости от поставок поджелудочных желез животных, что обозначало возможность производить идеальный инсулин в неограниченном количестве [21].

Однако совершенства в производстве инсулина пока не достигнуто, он имеет свои побочные эффекты (например, возникновение липодистрофии в местах введения и др.), поэтому деятельность по улучшению или изменению качества синтезируемых инсулинов все еще продолжается.