Історія створення інсуліну
Найбільш, мабуть, важливим і найбільш часто вживаним в медичній практиці гормональним препаратом є інсулін. Людський інсулін - гормон, який синтезується бета-клітинами підшлункової залози, - грає в процесах нормальної життєдіяльності людського організму величезну роль.
Найголовніша його функція - забезпечення клітин організму основним енергетичним матеріалом - глюкозою.
Якщо інсуліну не вистачає, клітини не здатні засвоювати глюкозу, вона накопичується в крові, а тканини і органи відчувають енергетичне голодування. При нестачі інсуліну розвивається таке серйозне захворювання, як цукровий діабет.
До початку XX в. хворі на цукровий діабет вмирали в дитячому або молодому віці від різних ускладнень своєї хвороби, практично нікому не вдавалося прожити більше 5-7 років після початку захворювання.
Роль підшлункової залози в розвитку цукрового діабету стала відома лише в кінці XIX ст. У 1869 р в Берліні 22-річний студент-медик Поль Лангерганс, вивчаючи за допомогою мікроскопа будова підшлункової залози, звернув увагу на раніше невідомі клітини, що утворюють групи, які були рівномірно розподілені по всій залозі, однак функція цих клітин, названих потім острівцями Лангерганса , залишалася невідомою.
Пізніше Ернст Лако висунув гіпотезу, що підшлункова залоза бере участь в процесах травлення. У 1889 р німецький фізіолог Оскар Мінковські спробував довести, що значення підшлункової залози в травленні надумане. Для цього він поставив експеримент, в якому провів видалення залози у здорової собаки. Через кілька днів після початку експерименту помічник Мінковські, що стежив за станом лабораторних тварин, звернув увагу на велику кількість мух, які зліталися на сечу піддослідного собаки.
Після дослідження сечі він виявив, що собака, позбавлена підшлункової залози, разом з сечею виділяє цукор. Це було перше спостереження, яке пов'язувало роботу підшлункової залози і розвиток цукрового діабету. У 1901 р Евген Опі довів, що цукровий діабет обумовлений порушеннями в структурі підшлункової залози, а саме повним або частковим руйнуванням острівців Лангерганса.
Першим, хто зумів виділити інсулін і з успіхом застосувати його для лікування хворих, був канадський фізіолог Фредерік Бантінг. До спробі створення ліків від діабету молодого вченого підштовхнули трагічні події - двоє його друзів померли від цукрового діабету. Ще до Бантінга багато дослідників, розуміючи роль підшлункової залози у розвитку цукрового діабету, намагалися виділити речовину, яке впливало б безпосередньо на рівень цукру крові, однак всі спроби закінчувалися невдачею.
Ці невдачі були обумовлені в тому числі і тим, що ферменти підшлункової залози (головним чином трипсин) встигали як мінімум частково розкласти білкові молекули інсуліну раніше, ніж їх вдавалося виділити з екстракту тканин залози. У 1906 р Георгу Людвігу Зельцеру вдалося досягти певного успіху в зниженні рівня глюкози в крові піддослідних собак за допомогою панкреатичного екстракту, але він не зміг продовжити свою роботу. Скотт в 1911 р в Чиказькому університеті використовував водний екстракт підшлункової залози і помітив деяке зменшення глікозурії у піддослідних тварин, але він не зміг переконати свого керівника у важливості своїх досліджень, і незабаром ці експерименти були припинені.
Такий же ефект демонстрував і Ізраель Кляйнер в 1919 р але не завершив роботу в зв'язку з початком Першої світової війни.
Бантінг працював молодшим викладачем кафедри анатомії і фізіології в одному з канадських університетів під керівництвом професора Джона Маклеода, який вважався тоді великим фахівцем з діабету. Бантінг намагався домогтися атрофії підшлункової залози за допомогою перев'язки її вивідних проток (каналів) на 6-8 тижнів, зберігши при цьому острівці Лангерганса незміненими від впливу ферментів підшлункової залози, і отримати чистий екстракт клітин цих острівців.
Для проведення цього експерименту були потрібні лабораторія, помічники і піддослідні собаки, яких у Бантінга не було.
За допомогою він звернувся до професора Джона Маклеоду, добре знав про колишніх невдачах з отриманням гормонів підшлункової залози. Тому він спочатку не допустив Бантінга в свою лабораторію. Однак Бантінг не відступався і навесні 1921 р знову попросив Маклеода дозволити попрацювати в лабораторії хоча б два місяці. Так як в цей час Маклеод збирався поїхати в Європу і лабораторія була вільною, то він погодився. Як помічник Бантингу був дан студент 5-го курсу Чарльз Бест, який добре вивчив методи визначення цукру в крові і сечі.
Для проведення експерименту, який вимагав великих витрат, Бантингу довелося продати практично все своє майно.
Потім екстракт підшлункової залози був введений вдруге, і вона прожила ще 7 днів. Можливо, собака прожила б і довше, проте у дослідників закінчився запас екстракту, так як отримання інсуліну з підшлункової залоз собак було надзвичайно трудомісткою і тривалою роботою.
В подальшому Бантінг і Бест почали отримувати екстракт з підшлункової залози ненароджених телят, у яких ще не вироблялися травні ферменти, але вже синтезувалося достатню кількість інсуліну. Кількості інсуліну тепер вистачало на те, щоб підтримувати життя піддослідного собаки вже до 70 днів. Маклеод, який повернувся на той час з Європи, поступово зацікавився роботою Бантінга і Беста і підключив до неї весь персонал лабораторії. Бантінг, який спочатку назвав отриманий екстракт підшлункової залози іслетіном, за пропозицією Маклеода перейменував його в інсулін (від лат. Insula - «острів»).
Після введення інсуліну хлопчик став швидко одужувати - це була перша людина, якого врятував інсулін. Незабаром Бантінг врятував від наступаючої смерті свого друга - лікаря Джо Джількріста.
Однак удосконалення інсуліну і його впровадження в повсякденну лікарську практику тривали.
Університет Торонто почав продавати різним фармацевтичним компаніям ліцензії на виробництво інсуліну, і вже до 1923 року цей гормон став доступний всім хворим на цукровий діабет.
Дозвіл на виробництво ліків отримали компанії «Лілі» (США) і «Ново Нордіск» (Данія), які і зараз є лідерами в цій галузі. Бантингу в 1923 р університет Торонто присвоїв ступінь доктора наук, він був обраний професором. Також було відкрито відділення медичних спеціально досліджень для Бантінга і Беста, яким призначили високі персональні оклади.
У 1923 р Бантингу і Маклеоду була присуджена Нобелівська премія з фізіології та медицини, яку вони добровільно розділили з Бестом і Колліпом.
У 1926 р вченому-медику Абелю вдалося синтезувати інсулін в кристалічному вигляді. Через 10 років датський дослідник Хагедорна отримав інсулін пролонгованої (продовженого) дії, а ще через 10 років був створений нейтральний протамін Хагердона, який до цих пір залишається одним з найпопулярніших видів інсуліну.
Хімічний склад інсуліну встановив британський молекулярний біолог Фредерік Сенгер, який отримав в 1958 р за це Нобелівську премію. Інсулін став першим білком, послідовність амінокислот якого була повністю розшифрована.
Після отримання Бантінгом бичачого інсуліну проводилися досліди з інсуліном, отриманим з підшлункової залоз свиней та корів, а також інших тварин (наприклад, китів і риб).
Молекула людського інсуліну складається з 51 амінокислоти. Свинячий інсулін відрізняється від нього тільки лише однієї амінокислотою, коров'ячий - трьома, що не заважає їм нормалізувати рівень цукру досить добре. Однак у інсуліну тваринного походження є істотний недолік - у значній своїй частині хворих він викликає алергічну реакцію. Тому були необхідні подальші роботи з удосконалення інсуліну. У 1955 р була розшифрована структура людського інсуліну, і почалися інтенсивні роботи по його виділенню.
Вперше це вдалося в 1981 р американським ученим Жільбер і Ломедіко. Трохи пізніше з'явився інсулін, отриманий з пекарських дріжджів методом генної інженерії. Інсулін став першим з людських білків, синтезованим в 1978 р генетично модифікованої бактерією Е. coli. Саме з нього в біотехнології почалася нова епоха. З 1982 р американська компанія «Генентех» стала продавати людський інсулін, синтезований в біореакторі. Цей інсулін не робить алергізуючої дії на людський організм.
Історія інсуліну - одна з найчудовіших історій незвичайних відкриттів у фармакології. Всю важливість відкриття і синтезу інсуліну показує вже той факт, що за роботи з цієї молекулою були присуджені три Нобелівські премії. Цукровий діабет і до теперішнього часу продовжує залишатися на невиліковну хворобу, життя хворим можуть врятувати тільки постійні ін'єкції чарівного ліки.
Однак досконалості у виробництві інсуліну поки не досягнуто, він має свої побічні ефекти (наприклад, виникає липодистрофия в місцях введення та ін.), Тому діяльність щодо поліпшення або зміни якості синтезованих інсулінів все ще триває.