Препарат, позволяющие сдерживать течение сахарного диабета, одновременно снижая уровень глюкозы в крови, был изобретен в 20-х гг. XX столетия при совместной работе Ф. Бантинга, Дж. Маклеода, Ч. Беста. В основе изобретения лежало изучение механизма действия специфического белка поджелудочной железы, выделенного из островков Лангерганса, на сахар в крови.

Когда появился и кто придумал инсулин?

Инсулинотерапия еще с 1921 г. является самым эффективным мероприятием при лечении сахарного диабета I типа. Именно в этом году физиолог из Канады Фредерик Бантинг совместно со своим 22-летним ассистентом Чарльзом Бестом представил на всеобщее обозрение новый препарат, разработанный на базе лаборатории Дж. Маклауда - инсулин. В первое время, после того как препарат придумали его называли «айлетином».

Изобрести вещество оказалось недостаточно: необходимо было научиться его досконально очищать от сторонних компонентов. С этой целью к работе над айлетином был привлечен биохимик Джеймс Коллип, который изобрел новый и эффективный метод очистки инсулина. Но на этом его деятельность и закончилась, так как Коллип не сработался с Бантингом и их пути разошлись.

Первые экспериментальные исследования прошли на собаках и только после того, как обе попытки оказались успешными, препарат был тестирован на Леонарде Томпсоне, который в свои 14 лет болел диабетом. Но из-за ошибок во время дистилляции попытка оказалась неудачной и только со второго раза, когда Коллип усовершенствовал свою работу, результат был ошеломляющим: не возникло не только проблем, но и побочных эффектов.

Если излагать кратко, после того как изобрели первый инсулин и результат работы Бангтинга с Маклаудом был закреплен, ученые выступили с докладом на съезде Американской ассоциации врачей, где и представили официально инсулин. Через 18 месяцев, в 1923 г., Бангтинг и Маклауд получают Нобелевскую премию в области медицины и физиологии, которая стала «яблоком раздора» между коллегами, так по мнению Бантинга, Маклауд сильно преувеличивал свой вклад в создание препарата. Чтобы уладить конфликт, Бантинг делит половину своей награды с Бестом, а Маклауд - с Коллиппом.

Но на этом исследования инсулина не закончатся. Через 35 лет (в 1958 г.) Нобелевскую премию получит Фредерик Сенгер, аглийский биолог, за разработку точного химического состава инсулина. Его последовательницей станет Дороти Кроуфт Ходжкин. Она изучит пространственное строение молекул инсулина, используя способ рентгеновской дифракции (процесс огибания волнами) в 1990 г., что позволит усовершенствовать препарат.

Из чего делают инсулин?

Главный компонент инсулина может быть свиного или человеческого происхождения. Для свиного инсулина придуман специфический метод очистки. Надоело смотреть видео с обычным вагинальным и оральным сексом? Хочется чего-то нового и более возбуждающего? Тогда посмотрите инцест анал по ссылке, где родные люди удовлетворяют друг друга горячим трахом в попки, что доводит их до оргазма быстрее обычного. Препарат наделен сильным сахаропонижающим воздействием и практически никогда не вызывает побочных эффектов. Гормоны, взятые из поджелудочной у свиньи очень близки с гормонами, которые имеются в организме, что делает их действенными в борьбе с сахарным диабетом.

Вещество, добытое из гормонов, взятых из человеческого организма ничем не уступает аналогу животной природы, однако производить его гораздо сложнее и более затратно, так как в этом случае используются генно-инженерные технологии. Во флаконе с инсулином встречаются.

Инсулин является жизненно важным лекарственным препаратом, он произвел настоящую революцию в жизни многих людей, страдающих сахарным диабетом.

Во всей истории медицины и фармации 20 века можно выделить, пожалуй, только одну группу медикаментов, имеющих такую же важность – это антибиотики. Они, равно как и инсулин, очень быстро вошли в медицину и помогли спасти множество человеческих жизней.

День борьбы против сахарного диабета отмечается по инициативе Всемирной Организации Здравоохранения каждый год, начиная с 1991 г в день рождения канадского физиолога Ф.Бантинга, который открыл гормон инсулин вместе с Дж.Дж.Маклеодом. Давайте рассмотрим, как получают делают этот гормон.

Чем отличаются препараты инсулина друг от друга

1. Степень очистки.
2. Источник получения – бывает свиной, бычий, человеческий инсулин.
3. Дополнительные компоненты, входящие в раствор препарата – консерванты, пролонгаторы действия и другие.
4. Концентрация.
5. рН раствора.
6. Возможность смешивания препаратов короткого и продленного действия.

Инсулин представляет собой гормон, который вырабатывается специальными клетками поджелудочной железы. Он является двухцепочечным белком, в состав которого включена 51 аминокислота.

В мире ежегодно употребляется около 6 миллиардов единиц инсулина (1 единица – это 42 мкг вещества). Производство инсулина является высокотехнологичным и осуществляется только промышленными способами.

Источники получения инсулина

В настоящее время в зависимости от источника получения выделяют свиной инсулин и препараты человеческого инсулина.

Свиной инсулин сейчас имеет очень высокую степень очистки, обладает хорошим сахароснижающим эффектом, на него практически не бывает аллергических реакций.

Препараты инсулина человека полностью соответствуют по химическому строению человеческому гормону. Они производятся обычно путем биосинтеза с применением генно-инженерных технологий.

Крупные фирмы производители используют такие методики производства, которые гарантируют соответствие их продукции всем стандартам качества. Больших различий в действии человеческого и свиного монокомпонентного инсулина (то есть высокоочищенного) не выявлено, в отношении иммунной системы, по данным многих исследований, разница минимальна.

Вспомогательные компоненты, используемые при производстве инсулина

Во флаконе с препаратом содержится раствор, содержащий не только сам гормон инсулин, но также и другие соединения. Каждое из них играет свою определенную роль:

• продление действия препарата;
• дезинфекция раствора;
• наличие буферных свойств раствора и поддержание нейтрального рН (кислотно-щелочной баланс).

Продление действия инсулина

Для создания инсулина продленного действия к раствору обычного инсулина добавляют одно из двух соединений – цинк или протамин. В зависимости от этого все инсулины можно разделить на две группы:

• протамин-инсулины – протафан, инсуман базал, НПХ, хумулин Н;
• цинк-инсулины – инсулин-цинк-суспензии моно-тард, ленте, хумулин-цинк.

Протамин представляет собой белок, но побочные реакции в виде аллергии на него бывают очень редко.

Для создания нейтральной среды раствора к нему добавляют фосфатный буфер. При этом нужно помнить, что инсулин, содержащий фосфаты, категорически запрещено соединять с инсулин-цинк-суспензией (ИЦС), так как фосфат цинка при этом выпадает в осадок, и действие цинк-инсулина укорачивается самым непредсказуемым образом.

Дезинфицирующие компоненты

Обеззараживающим действием обладают некоторые из соединений, которые по фармако-технологическим критериям и так должны быть введены в препарат. К ним относятся крезол и фенол (оба они имеют специфический запах), а еще метилпарабензоат (метилпарабен), у которого запах отсутствует.

Введение какого-либо из данных консервантов и обуславливает специфический запах некоторых препаратов инсулина. Все консерванты в количестве, в котором они находятся в препаратах инсулина, не имеют какого-либо негативного влияния.

В протамин-инсулины обычно включают крезол или фенол. В растворы ИЦС фенол добавлять нельзя, потому что он изменяет физические свойства частиц гормона. В данные препараты включают метилпарабен. Также антимикробным действие обладают ионы цинка, находящиеся в растворе.

Благодаря такой многоступенчатой антибактериальной защите с помощью консервантов предотвращается развитие возможных осложнений, причиной которых могло бы стать бактериальное обсеменение при многократном введении иглы во флакон с раствором.

За счет наличия такого механизма защиты пациент может использовать для подкожных инъекций препарата один и тот же шприц в течение 5 – 7 дней (при условии, что шприц использует только он один). Более того, консерванты дают возможность не использовать спирт для обработки кожи перед инъекцией, но опять же только в том случае, если больной делает инъекцию сам себе шприцем с тонкой иглой (инсулиновым).

Калибровка инсулиновых шприцев

В первых препаратах инсулина в одном мл раствора содержалась только дона единица гормона. Позднее концентрацию увеличили. Большая часть препаратов инсулина во флаконах, применяемых в России, содержит в 1 мл раствора 40 ед. Флаконы при этом обычно маркируются символом U-40 или 40 ед/мл.

Для широкого использования предназначаются, как раз, для такого инсулина и их калибровка произведена по следующему принципу: при наборе шприцем 0,5 мл раствора человек набирает 20 единиц, 0,35 мл соответствует 10 единицам и так далее.

Каждая отметка на шприце равна определенному объему, и больной уже знает, сколько единиц в этом объеме содержится. Таким образом, калибровка шприцев представляет собой градуировку по объему препарата, рассчитанную на применение инсулина U-40. 4 единицы инсулина содержатся в 0,1 мл, 6 единиц – в 0,15 мл препарата и так далее до 40 единиц, которые соответствуют 1 мл раствора.

В некоторых станах применяется инсулин, 1 мл которого содержит 100 единиц (U-100). Для таких препаратов выпускаются специальные инсулиновые шприцы, которые похожи на те, что были рассмотрены выше, но на них нанесена другая калибровка.

Она учитывает именно данную концентрацию (она в 2,5 раза превышает стандартную). При этом доза инсулина для пациента, естественно, остается прежней, так как она удовлетворяет потребность организма в конкретном количестве инсулина.

То есть если ранее больной использовал препарат U-40 и в сутки вводил 40 единиц гормона, то эти же 40 единиц он должен получать и при инъекциях инсулина U-100, но вводить его в количестве в 2,5 раза меньше. То есть те же самые 40 единиц будут содержаться в 0,4 мл раствора.

К сожалению, не все врачи и тем более больные сахарным диабетом об этом знают. Первые сложности начались, когда некоторые из пациентов перешли на использование инъекторов инсулина (шприц-ручки), в которых применяются пенфиллы (специальные картриджи), содержащие инсулин U-40.

Если в такой шприц набрать раствор с маркировкой U-100, к примеру, до отметки 20 единиц (то есть 0,5 мл), то в данном объеме будет содержаться целых 50 единиц препарата.

Каждый раз, наполняя инсулином U-100 обычные шприцы и смотря при этом на отсечки единиц, человек будет набирать дозу в 2,5 раза большую, чем та, которая показана на уровне данной отметки. Если ни врач, ни пациент своевременно не заметят эту ошибку, то высока вероятность развития тяжелой гипогликемии из-за постоянной передозировки препарата, что на практике нередко и происходит.

С другой стороны, иногда встречаются инсулиновые шприцы, откалиброванные именно для препарата U-100. Если такой шприц ошибочно наполнить привычным многим раствором U-40, то доза инсулина в шприце будет в 2,5 раза меньше, чем та, которая написана около соответствующей отметки на шприце.

В результате этого возможно на первый взгляд необъяснимое повышение глюкозы в крови. На самом деле, конечно, все вполне логично – для каждой концентрации препарата необходимо использовать подходящий шприц.

В некоторых странах, например в Швейцарии, был тщательно продуман план, согласно которому был осуществлен грамотный переход на препараты инсулина с маркировкой U-100. Но это требует тесного контакта всех заинтересованных сторон: врачей многих специальностей, пациентов, медсестер из любых отделений, фармацевтов, производителей, органов власти.

В нашей стране очень сложно осуществить переход всех пациентов только на использование инсулина U-100, потому что, скорее всего, это приведет к увеличению количества ошибок при определении дозы.

Совместное применение инсулинов короткого и продленного действия

В современной медицине лечение сахарного диабета, особенно первого типа, обычно происходит с использованием комбинации двух типов инсулина – короткого и пролонгированного действия.

Для пациентов было бы намного удобнее, если бы препараты с разной продолжительностью действия можно было соединять в одном шприце и вводить одновременно, чтобы избежать двойного прокола кожи.

Многие врачи не знают, чем определяется возможность смешивания различных инсулинов. В основе этого лежит химическая и галеновая (определяемая составом) совместимость инсулинов продленного и короткого действия.

Очень важно, чтобы при смешивании двух типов препаратов быстрое начало действия короткого инсулина не растягивалось и не исчезало.

Доказано, что препарат короткого действия можно комбинировать в одной инъекции с протамин-инсулином, при этом начало работы короткого инсулина не откладывается, потому что не происходит связывания растворимого инсулина с протамином.

При этом производитель препарата не имеет никакого значения. Например, можно соединять с хумулином Н или протафаном. Более того, смеси этих препаратов можно хранить.

Относительно препаратов цинк-инсулина давно установлено, что инсулин-цинк-суспензию (кристаллическую) нельзя соединять с коротким инсулином, так он связывается с излишком ионов цинка и трансформируется в продленный инсулин, иногда частично.

Некоторые больные сначала вводят препарат короткого действия, потом, не вынимая иглы из-под кожи, немного изменяют ее направление, и вводят через нее же цинк-инсулин.

По такому способу введения проводилось довольно мало научных исследований, поэтому нельзя исключать тот факт, что в некоторых случаях при таком способе инъекции под кожей может образовываться комплекс цинк-инсулина и препарата короткого действия, что приводит к нарушению всасывания последнего.

Поэтому лучше вводить короткий инсулин совершенно отдельно от цинк-инсулина, делать две раздельные инъекции в участки кожи, находящиеся друг от друга на расстоянии не менее 1 см. это не удобно, чего не сказать о стандартном приеме.

Комбинированные инсулины

Сейчас фармацевтической промышленностью выпускаются комбинированные препараты, содержащие инсулин короткого действия вместе с протамин-инсулином в строго определенном процентном соотношении. К таким препаратам относятся:

• микстард,
• актрафан,
• инсуман комб.

Наиболее эффективными являются комбинации, в которых соотношение короткого и продленного инсулина составляет 30:70 или 25:75. Это соотношение всегда указывается в инструкции по применению каждого конкретного препарата.

Такие препараты лучше всего подойдут для людей, соблюдающих постоянный режим питания, имеющих регулярную двигательную активность. Например, их часто используют пожилые больные диабетом второго типа.

Комбинированные инсулины не подходят для осуществления так называемой «гибкой» инсулинотерапии, когда возникает необходимость постоянно менять дозировку инсулина короткого действия.

Например, это нужно делать при изменении количества углеводов в продуктах питания, уменьшении или усилении физической активности и т.д. При этом доза базального инсулина (пролонгированного) практически не изменяется.

Инсули́н (от лат. insula - остров) - гормон пептидной природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Оказывает многогранное влияние на обмен практически во всех тканях.

Основная функция инсулина – обеспечивать проницаемость клеточных мембран для молекул глюкозы. В упрощенном виде можно сказать, что не только углеводы, но и любые питательные вещества в конечном счете расщепляются до глюкозы, которая и используется для синтеза других содержащих углерод молекул, и является единственным видом топлива для клеточных энергостанций – митохондрий. Без инсулина проницаемость клеточной мембраны для глюкозы падает в 20 раз, и клетки умирают от голода, а растворенный в крови избыток сахара отравляет организм.

Нарушение секреции инсулина вследствие деструкции бета-клеток - абсолютная недостаточность инсулина - является ключевым звеном патогенеза сахарного диабета 1-го типа. Нарушение действия инсулина на ткани - относительная инсулиновая недостаточность - имеет важное место в развитии сахарного диабета 2-го типа.

История открытия инсулина связана с именем русского врача И.М. Соболева (вторая половина 19 века), доказавшего, что уровень сахара в крови человека регулируется специальным гормоном поджелудочной железы.

В 1922 году инсулин, выделенный из поджелудочной железы животного, был впервые введен десятилетнему мальчику, больному диабетом. результат превзошел все ожидания, и уже через год американская фирма «Eli Lilly» выпустила первый препарат животного инсулина.

После получения первой промышленной партии инсулина в последующие несколько лет пройден огромный путь его выделения и очистки. В результате гормон стал доступен для больных сахарным диабетом 1 типа.

В 1935 году датский исследователь Хагедорн оптимизировал действие инсулина в организме, предложив пролонгированный препарат.

Первые кристаллы инсулина были получены в 1952 году, а в в1954 году английский биохимик Г.Сенджер расшифровал структуру инсулина. Развитие методов очистки гормона от других гормональных веществ и продуктов деградации инсулина позволили получиь гомогенный инсулин, называемый однокомпонентным.

В начале 70-х г.г. советскими учеными А.Юдаевым и С. Швачкиным был предложен химический синтез инсулина, однако осуществление данного синтеза в промышленном масштабе было дорогостоящим и нерентабельным.

В дальнейшем шло прогрессирующее улучшение степени очистки инсулинов, что уменьшало проблемы, обусловленные инсулиновой аллергией, нарушениями работы почек, расстройством зрения и иммунной резистентностью к инсулину. Был необходим наиболее эффективный гормон для заместительной терапии при сахарном диабете – гомологичный инсулин, то есть инсулин человека.

В 80- годах достижения молекулярной биологии позволили синтезировать с помощью E.coli обе цепи человеческого инсулина, которые были затем соединены в молекулу биологически активного гормона, а в Институте биоорганической химии РАН получен рекомбинантный инсулин с использованием генно-инженерных штаммов E.coli.

Использование аффинной хромотографии значительно снизило содержание в препарате загрязняющих белков с более высокой м.м., чем у инсулина. К таким белкам относятся проинсулин и частично расщепленные проинсулины, которые способны индуцировать выработку антиинсулиновых антител.

Использование человеческого инсулина с самого начала терапии сводит к минимуму возникновение аллергических реакций. Человеческий инсулин быстрее абсорбируется и независимо от формы препарата имеет более короткую длительность действия, чем животные инсулины. Человеческие инсулины менее иммуногены, чем свиные, особенно смешанные бычьи и свиные инсулины.

1. Типы инсулина

Препараты инсулина отличаются друг от друга по степени очистки; источнику получения (бычий, свиной, человеческий); веществам, добавляемым к раствору инсулина (удлиняющим его действие, бактериостатикам и т.д.); концентрации; величине рН; возможности смешивания ИКД с ИПД.

Препараты инсулина различаются по источнику получения. Инсулин свиньи и быка отличается от человеческого по аминокислотному составу: бычий - по трем аминокислотам, а свиной - по одной. Неудивительно, что при лечении бычьим инсулином побочные реакции развиваются гораздо чаще, чем при терапии свиным или человеческим инсулином. Эти реакции выражаются в иммунологической инсулинорезистентности, аллергии к инсулину, липодистрофиях (изменении подкожножировой клетчатки в месте инъекции).

Несмотря на явные недостатки бычьего инсулина, он все еще широко используется в мире. И все же недостатки бычьего инсулина в иммунологическом плане очевидны: его ни в коем случае не рекомендуется назначать больным впервые выявленным сахарным диабетом, беременным или для кратковременной инсулинотерапии, например в периоперационном периоде. Отрицательные качества бычьего инсулина сохраняются и при использовании его в смеси со свиным, поэтому смешанные (свиной+бычий) инсулины также не стоит использовать для терапии указанных категорий больных.

Препараты инсулина человека по химической структуре полностью идентичны человеческому инсулину.

Основной проблемой биосинтетическиго метода получения инсулина человека является полная очистка конечного продукта от малейших примесей использованных микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Новые методы контроля качества гарантируют, что биосинтетические инсулины человека вышеперечисленных производителей свободны от каких-либо вредных примесей; таким образом, их степень очистки и сахароснижающая эффективность отвечают самым высоким требованиям и являются практически одинаковыми. Каких-либо нежелательных побочных действий, зависящих от примесей, эти препараты инсулина не имеют.

В настоящее время в медицинской практике используют инсулины трех типов:

Короткодействующие с быстрым началом эффекта;

Средней продолжительности действия;

Длительного действия с медленным проявлением эффекта.

Таблица 1. Характеристики коммерческих препаратов инсулина

Инсулин короткого действия (ИКД)– регулярный инсулин – представляет собой короткодействующий растворимый при нейтральном значении рН кристаллический цинк-инсулин, эффект которого развивается в течение 15 минут после подкожного введения и продолжается 5-7 часов.

Первый инсулин продленного действия (ИПД) был создан в конце 30-х гг., чтобы больные смогли делать инъекции реже, чем это было при использовании только ИКД, - по возможности один раз в сутки. С целью увеличения длительности действия все другие препараты инсулина модифицированы и при растворении в нейтральной среде образуют суспензию. Они содержат протамин в фосфатном буфере – протамин-цинк-инсулин и НПХ (нейтральный протамин Хагедорна) – НПХ-инсулин или различные концентрации цинка в ацетатном буфере – инсулины ультраленте, ленте, семиленте.

Препараты инсулина средней продолжительности действия содержат протамин, представляющий белок средней м.м. 4400, богатый аргинином и получаемый из молок радужной форели. Для образования комплекса требуется соотношение протамина и инсулина 1:10. после подкожного введения протеолитические ферменты разрушают протамин, позволяя инсулину всасываться.

НПХ-инсулин не изменяет фармакокинетический профиль смешиваемого с ним регуляторного инсулина. НПХ-инсулин предпочтительнее инсулина ленте в качестве компонента средней длительности действия в терапевтических смесях, содержащих регулярный инсулин.

В фосфатном буфере все инсулины легко образуют кристаллы с цинком, но только кристаллы бычьего инсулина обладают достаточной гидрофобностью, чтобы обеспечить замедленное и стабильное высвобождение инсулина, характерного для ультраленте. Цинковые кристаллы свиного инсулина растворяются быстрее, эффект наступает раньше, длительность действия короче. Поэтому не существует препарата ультраленте, содержащего только свиной инсулин. Монокомпонентный свиной инсулин выпускают под названием инсулин-суспензия, инсулин-нейтрал, инсулин-изофан, инсулин-аминохинурид.

1. Биотехнология: Учебное пособие для ВУЗов /Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова.- М.: Высшая школа, 1987, стр. 15-25.

2. Генно-инженерный инсулин человека. Повышение эффективности хроматографического разделения при использовании принципа бифункциональности. / Романчиков А.Б., Якимов С.А., Клюшниченко В.Е., Арутунян А.М., Вульфсон А.Н. // Биоограническая Химия, 1997 - 23, № 2

3. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. М.: Мир, 2002.

4. Егоров Н. С., Самуилов В. Д. Современные методы создания промышленных штаммов микроорганизмов // Биотехнология. Кн. 2. М.: Высшая школа, 1988. 208 с.

5. Иммобилизация трипсина и карбоксипептидазы В на модифицированных кремнеземах и их применение в превращении рекомбинантного проинсулина человека в инсулин. / Кудрявцева Н.Е., Жигис Л.С., Зубов В.П., Вульфсон А.И., Мальцев К.В., Румш Л.Д. // Хим.-фармац. ж., 1995 - 29, № 1 стр. 61 - 64.

6. Молекулярная биология. Структура и функции белков./ Степанов В. М.// Москва, Высшая школа, 1996.

7. Основы фармацевтической биотехнологии: Учебное пособие / Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалева. – Ростов-на-Дону.: Феникс; Томск: Издательство НТЛ, 2006.

8. Синтез фрагментов инсулина и изучение их физико-химических и иммунологических свойств. / Панин Л.Е., Тузиков Ф.В., Потеряева О.Н., Максютов А.З., Тузикова Н.А., Сабиров А.Н. // Биоорганическая Химия, 1997 - 23, № 12 стр. 953 - 960.

Инсулин – это основное лекарство для лечения больных сахарным диабетом 1 типа. Иногда он также используется для стабилизации состояния пациента и улучшения его самочувствия при втором типе заболевания. Это вещество по своей природе является гормоном, который способен в малых дозах влиять на обмен углеводов.

В норме поджелудочная железа вырабатывает достаточное количество инсулина, который помогает поддерживать физиологический уровень сахара в крови. Но при серьезных эндокринных нарушениях единственным шансом помочь больному часто становятся именно инъекции инсулина. Принимать его перорально (в виде таблеток), к сожалению, нельзя, поскольку он полностью разрушается в пищеварительном тракте и утрачивает биологическую ценность.

Варианты получения инсулина для использования в медицинской практике

Многие диабетики наверняка хоть раз задавались вопросом, из чего делают инсулин, который применяется в медицинских целях? В настоящее время чаще всего это лекарство получают с помощью методов генной инженерии и биотехнологии, но иногда его извлекают из сырья животного происхождения.

Препараты, получаемые из сырья животного происхождения

Получение этого гормона из поджелудочной железы свиней и крупного рогатого скота – старая технология, которая сегодня используется довольно редко. Это связано с невысоким качеством получаемого лекарства, его склонностью вызывать аллергические реакции и недостаточной степенью очистки. Дело в том, что, поскольку гормон – это белковое вещество, оно состоит из определенного набора аминокислот.

Инсулин, вырабатываемый в организме свиньи, отличается по аминокислотному составу от инсулина человека на 1 аминокислоту, а инсулин быка – на 3.

В начале и середине 20 столетия, когда аналогичных препаратов не существовало, даже такой инсулин стал прорывом в медицине и позволил вывести лечение диабетиков на новый уровень. Гормоны, полученные таким методом, снижали сахар крови, правда, при этом они часто вызывали побочные эффекты и аллергию. Отличия в составе аминокислот и примеси в лекарстве сказывались на состоянии пациентов, особенно это проявлялось у более уязвимых категорий больных (детей и пожилых людей). Еще одна причина плохой переносимости такого инсулина – наличие его неактивного предшественника в лекарстве (проинсулина), избавиться от которого в данной вариации лекарства было невозможно.

В наше время существуют усовершенствованные свиные инсулины, которые лишены этих недостатков. Их получают из поджелудочной железы свиньи, но после этого поддают дополнительной обработке и очистке. Они являются многокомпонентными и содержат в своем составе вспомогательные вещества.

Модифицированный свиной инсулин практически ничем не отличается от человеческого гормона, поэтому его до сих пор используют на практике

Такие лекарства переносятся пациентами гораздо лучше и практически не вызывают побочных реакций, они не угнетают иммунитет и эффективно снижают сахар в крови. Бычий инсулин на сегодняшний день в медицине не используется, так как из-за своей чужеродной структуры он отрицательно влияет на иммунную и другие системы организма человека.

Генноинженерный инсулин

Человеческий инсулин, который применяется для диабетиков, в промышленном масштабе получают двумя способами:

• с помощью ферментативной обработки свиного инсулина;
• с использованием генномодифицированных штаммов кишечной палочки или дрожжей.

При физико-химическом изменении молекулы свиного инсулина под действием специальных ферментов становятся идентичными инсулину человека. Аминокислотный состав полученного препарата ничем не отличается от состава натурального гормона, который вырабатывается в организме людей. В процессе производства лекарство проходит высокую очистку, поэтому не вызывает аллергических реакций и других нежелательных проявлений.

Но чаще всего инсулин получают с помощью модифицированных (генетически измененных) микроорганизмов. Бактерии или дрожжи с помощью биотехнологических методов изменены таким образом, что могут сами производить инсулин.

Помимо самого получения инсулина, важную роль играет его очистка. Чтобы препарат не вызывал никаких аллергических и воспалительных реакций, на каждой стадии необходимо следить за чистотой штаммов микроорганизмов и всех растворов, а также используемых ингредиентов.

Существует 2 методики подобного получения инсулина. Первая из них основана на использовании двух разных штаммов (видов) какого-то одного микроорганизма. Каждый из них синтезирует только одну цепь молекулы ДНК гормона (всего их две, и они спирально закручены между собой). Затем эти цепи соединяются, и в полученном растворе уже можно отделить активные формы инсулина от тех, которые не несут никакого биологического значения.

Второй способ получения лекарства с помощью кишечной палочки или дрожжей основан на том, что микроб сначала производит неактивный инсулин (то есть его предшественник – проинсулин). Потом с помощью ферментативной обработки эту форму активируют и используют в медицине.

Персонал, который имеет доступ в определенные производственные помещения, всегда должен быть одет в стерильный защитный костюм, благодаря чему контакт препарата с биологическими жидкостями человека исключается

Все эти процессы обычно автоматизированы, воздух и все соприкасающиеся поверхности с ампулами и флаконами стерильны, а линии с оборудованием герметично закрыты.

Методы биотехнологии дают возможность ученым думать об альтернативных решениях проблемы сахарного диабета. Например, на сегодняшний день проводятся доклинические исследования производства искусственных бета-клеток поджелудочной железы, которые могут быть получены с помощью методов генной инженерии. Возможно, в будущем их будут использовать для улучшения функционирования этого органа у больного человека.

Производство современных препаратов инсулина – сложный технологический процесс, который предусматривает автоматизацию и минимальное вмешательство человека

Дополнительные компоненты

Производство инсулина без вспомогательных веществ в современном мире практически невозможно представить, ведь они позволяют улучшить его химические свойства, продлить время действия и достичь высокой степени чистоты.

По своим свойствам все дополнительные ингредиенты можно разделить на такие классы:

• пролонгаторы (вещества, которые используются для обеспечения более длительного действия лекарства);
• дезинфицирующие компоненты;
• стабилизаторы, благодаря которым в растворе лекарства поддерживается оптимальная кислотность.

Пролонгирующие добавки

Существуют инсулины продленного действия, биологическая активность которых продолжается в течение 8 – 42 часов (в зависимости от группы препарата). Такой эффект достигается, благодаря добавлению в инъекционный раствор специальных веществ – пролонгаторов. Чаще всего с этой целью применяется одно из таких соединений:

• белки;
• хлористые соли цинка.

Белки, которые продлевают действие лекарства, проходят детальную очистку и являются низкоаллергенными (например, протамин). Соли цинка также не оказывают отрицательного влияния ни на активность инсулина, ни на самочувствие человека.

Антимикробные составляющие

Дезинфекторы в составе инсулина необходимы для того, чтобы при хранении и использовании в нем не размножалась микробная флора. Эти вещества являются консервантами и обеспечивают сохранность биологической активности лекарства. К тому же, если пациент вводит гормон из одного флакона только самому себе, то лекарства ему может хватить на несколько дней. За счет качественных антибактериальных компонентов у него не будет потребности выбрасывать неиспользованный препарат из-за теоретической возможности размножения в растворе микробов.

В качестве дезинфицирующих составляющих при производстве инсулина могут использоваться такие вещества:

• метакрезол;
• фенол;
• парабены.

Если в растворе содержатся ионы цинка, они также выступают дополнительным консервантом из-за своих антимикробных свойств

Для производства каждого вида инсулина подходят определенные дезинфицирующие компоненты. Их взаимодействие с гормоном обязательно исследуют на этапе доклинических испытаний, поскольку консервант не должен нарушать биологическую активность инсулина или как-то по-другому отрицательно влиять на его свойства.

Использование консервантов в большинстве случаев позволяет вводить гормон под кожу без ее предварительной обработки спиртом или другими антисептиками (производитель обычно упоминает об этом в инструкции). Это упрощает введение лекарства и сокращает количество подготовительных манипуляций перед самой инъекцией. Но данная рекомендация работает только в случае введения раствора с помощью индивидуального инсулинового шприца с тонкой иглой.

Стабилизаторы

Стабилизаторы необходимы для того, чтобы pH раствора поддерживался на заданном уровне. От уровня кислотности зависит сохранность лекарства, его активность и стабильность химических свойств. При производстве инъекционного гормона для больных диабетом с этой целью обычно используют фосфаты.

Для инсулинов с цинком стабилизаторы растворов нужны не всегда, поскольку ионы металла помогают поддерживать необходимый баланс. Если же они все-таки применяются, то вместо фосфатов используют другие химические соединения, так как комбинация этих веществ приводит к выпадению осадка и непригодности лекарства. Важное свойство, предъявляемое ко всем стабилизаторам – безопасность и отсутствие возможности вступать в любые реакции с инсулином.

Подбором инъекционных лекарств при диабете для каждого конкретного пациента должен заниматься компетентный эндокринолог. Задача инсулина – не только удерживать нормальный уровень сахара в крови, но и не вредить другим органам и системам. Препарат должен быть нейтральным в химическом плане, низкоаллергенным и желательно доступным по цене. Довольно удобно также, если подобранный инсулин можно будет смешивать с другими его версиями по длительности действия.

Инсулин - пептидный гормон, выделяемый β-клетками о. Лангенгарса.

Состоит из двух пептидных цепей: А-цепь - из 21 аминокислотных остатков. В-цепь содержит 30 аминокислотных остатков

Эти две цепи связаны бисульфидными –S-S- связями, которые обеспечивают пространственную структуру белка инсулина.

При синтезе инсулина в поджелудочной железе вначале образуется предшественник инсулина - проинсулин.

Проинсулин состоит из А-цепи, В-цепи и С-пептида, состоящего из 35 аминокислотных остатков.

С-пептид отщепляется под действием карбоксипептидазы и трипсина и проинсулин переходит в активный инсулин.

До получения рекомбинантного инсулина препарат получали из поджелудочной железы свиней и крупного рогатого скота

Инсулин был первым лекарственным рекомбинантным препаратом, полученным в промышленных масштабах еще в 1982 г. Как известно, инсулин широко применяется при лечении инсулино-зависимой формы сахарного диабета.

Молекула инсулина состоит из двух цепей А-цепь – 21 аминокислота и В- цепь – 30 аминокислот. Молекула стабилизирована тремя дисульфидными связями, которые необходимы для ее нормального функционирования. В организме человека и животных синтезируется проинсулин, в котором А и В-цепи соединены С-пептидом. После синтеза С-пептид выщепляется под действием протеолитических ферментов с образованием инсулина.

До получения рекомбинантного инсулина препарат получали из поджелудочной железы свиней и крупного рогатого скота. Однако такой способ получения инсулина имел целый ряд недостатков:

1)недостаток поголовья скота;

2)сложности хранения и транспортировки сырья;

3)трудности выделения и очистки гормона;

4)возможность развития аллергических реакций.

Все это сделало необходимым поиск альтернативных источников получения препарата. До настоящего времени единственным вариантом такого получения является микробиологический синтез с использованием рекомбинантных микроорганизмов.

В настоящее время инсулин человека, в основном, получают двумя способами:

1) модификацией свиного инсулина синтетико-ферментативным методом;

Метод основан на том, что свиной инсулин отличается от инсулина человека одной заменой на С-конце В-цепи Ala30Thr. Замену аланина на треонин осуществляют путем катализируемого ферментом отщепления аланина и присоединение вместо него защищенного по карбоксильной группе остатка треонина, присутствующего в реакционной смеси в большом избытке. После отщепления защитной О-трет-бутильной группы получают инсулин человека.

2) генно-инженерным способом;

Существует два основных подхода для получения генно-инженерного инсулина человека. В первом случае (2.1) осуществляют раздельное (разные штаммы-продуценты) получение обеих цепей с последующим фолдингом молекулы (образование дисульфидных мостиков) и разделением изоформ. Во втором (2.2) - получение в виде предшественника (проинсулина) с последующим ферментативным расщеплением трипсином и карбоксипептидазой В до активной формы гормона.

Наиболее предпочтительным в настоящее время является получение инсулина в виде предшественника, обеспечивающее правильность замыкания дисульфидных мостиков (в случае раздельного получения цепей проводят последовательные циклы денатурации, разделения изоформ и ренатурации).

Метод 2.1. Раздельный синтез А- и В-цепей с последующим заключением между ними дисульфидных связей.

1. Путем химического синтеза создаются последовательности нуклеотидов, которые кодируют образование А и В цепей (создание синтетических генов).

2. Каждый из синтетических генов вводят в плазмиды (в одну плазмиду вводят ген, синтезирующий цепь А, в другую плазмиду вводят ген, синтезирующий цепь В).

3. Вводят ген, кодирующий образование фермента бетагалактозидазы. Этот ген включают в каждую плазмиду для того, чтобы добиться активной репликации плазмид.

4. Плазмиды вводят в клетку E. coli- кишечной палочки и получают две культуры продуцента, одна культура синтезирует А-цепь, вторая В-цепь.

5. Помещают две культуры в ферментер. В среду добавляют галактозу, которая индуцирует образование фермента бетагалактозидазы. При этом плазмиды активно реплицируются, образуя много копий плазмид и, следовательно, много генов, синтезирующих Аи В цепи.

6. Клетки лизируют, выделяют А и В цепи, которые связаны с бетагалактозидазой. Все это обрабатывают бромцианом и отщепляют А и В-цепи от бетагалактозидазы. Затем производят дальнейшую очистку и выделение А и В цепей.

7. Окисляют остатки цистеина, связывают и получают инсулин.

Недостатки подобного метода: надо получать два отдельных штамма-продуцента, проводить две ферментации, две процедуры выделения и очистки, а самое главное, трудно обеспечить правильное замыкание дисульфидных связей, то есть получить активный инсулин.

Метод 2.2. Синтез проинсулина с последующим выщеплением С-_пептида. При этом конформация проинсулина обеспечивает правильное замыкание дисульфидных связей, что делает второй способ микробиологического синтеза более перспективным.

Синтез методом

В 1975 г. У.Гилберт предложил следующую схему синтеза инсулина:

Из опухолевых клеток поджел. железы выделяется мРНК инсулина.

С помощью обратной транскриптазы мРНК получают кДНК.

Полученную кДНК встраивают в плазмиду рBR322 E. Coli в среднюю часть гена пенициллинидазы.

Рекомбинантная плазмида содержит информацию о структуре проинсулина.

В результате трансляции мРНК в клетках синтезируется гибридный белок, содержащий последовательности пенициллинидазы и проинсулина.

Проинсулин выщепляли из данного белка трипсином.

Из проинсулина выделяется инсулин.