Pertanyaan tentang bahan pembuatan insulin menarik perhatian tidak hanya bagi dokter dan apoteker, tetapi juga bagi pasien diabetes, serta kerabat dan teman mereka. Saat ini, hormon yang unik dan sangat penting bagi kesehatan manusia ini dapat diperoleh dari berbagai bahan mentah dengan menggunakan teknologi yang dikembangkan secara khusus dan diuji secara cermat. Tergantung pada metode produksinya, jenis insulin berikut dibedakan:

• Babi atau sapi, disebut juga olahan yang berasal dari hewan
• Biosintetik, juga dikenal sebagai daging babi yang dimodifikasi
• Direkayasa secara genetik atau rekombinan
• Dimodifikasi secara genetis
• Sintetis

Insulin babi telah digunakan sejak lama untuk mengobati diabetes. Penggunaannya dimulai pada tahun 20-an abad terakhir. Perlu dicatat bahwa daging babi atau hewan adalah satu-satunya obat sampai tahun 80-an abad yang lalu. Jaringan pankreas hewan digunakan untuk mendapatkannya. Namun, metode ini sulit disebut optimal atau sederhana: bekerja dengan bahan mentah biologis tidak selalu nyaman, dan bahan mentah itu sendiri saja tidak cukup.

Selain itu, komposisi insulin babi tidak sama persis dengan komposisi hormon yang diproduksi oleh tubuh orang sehat: strukturnya mengandung residu asam amino yang berbeda. Perlu dicatat bahwa hormon yang diproduksi oleh pankreas sapi memiliki perbedaan yang lebih besar lagi, yang tidak bisa disebut fenomena positif.

Selain zat multikomponen murni, sediaan semacam itu selalu mengandung apa yang disebut proinsulin, suatu zat yang hampir tidak mungkin dipisahkan menggunakan metode pemurnian modern. Zat inilah yang seringkali menjadi sumber reaksi alergi, yang sangat berbahaya bagi anak-anak dan orang tua.

Oleh karena itu, para ilmuwan di seluruh dunia telah lama tertarik pada pertanyaan untuk menjadikan komposisi hormon yang dihasilkan hewan sepenuhnya sesuai dengan hormon pankreas orang sehat. Terobosan nyata dalam farmakologi dan pengobatan diabetes melitus adalah produksi obat semi sintetik yang diperoleh dengan mengganti asam amino alanin dalam obat asal hewan dengan treonin.

Dalam hal ini, metode semi sintetik untuk memperoleh hormon didasarkan pada penggunaan sediaan yang berasal dari hewan. Dengan kata lain, mereka hanya mengalami modifikasi dan menjadi identik dengan hormon yang diproduksi manusia. Di antara kelebihannya adalah kompatibilitasnya dengan tubuh manusia dan tidak adanya reaksi alergi.

Kerugian dari metode ini antara lain kurangnya bahan baku dan rumitnya pengerjaan bahan biologis, serta tingginya biaya baik teknologi itu sendiri maupun obat yang dihasilkan.

Berkaitan dengan hal tersebut, obat terbaik untuk pengobatan diabetes melitus adalah insulin rekombinan yang diperoleh melalui rekayasa genetika. Omong-omong, ini sering disebut insulin rekayasa genetika, yang menunjukkan metode produksinya, dan produk yang dihasilkan disebut insulin manusia, sehingga menekankan identitas absolutnya dengan hormon yang diproduksi oleh pankreas orang sehat.

Di antara kelebihan insulin rekayasa genetika, kita juga harus memperhatikan tingkat kemurniannya yang tinggi dan tidak adanya proinsulin, serta fakta bahwa insulin tidak menyebabkan reaksi alergi dan tidak memiliki kontraindikasi.

Pertanyaan yang sering diajukan cukup bisa dimengerti: sebenarnya insulin rekombinan terbuat dari apa? Ternyata hormon ini diproduksi oleh strain ragi, serta E. coli, yang ditempatkan dalam media nutrisi khusus. Selain itu, jumlah zat yang diperoleh sangat besar sehingga penggunaan obat-obatan yang diperoleh dari organ hewan dapat ditinggalkan sama sekali.

Tentu saja, kita tidak berbicara tentang E. coli sederhana, tetapi tentang E. coli yang dimodifikasi secara genetik yang mampu menghasilkan insulin manusia yang dapat larut dan direkayasa secara genetik, yang komposisi dan sifat-sifatnya persis sama dengan hormon yang diproduksi oleh sel-sel. pankreas orang yang sehat.

Keunggulan insulin hasil rekayasa genetika tidak hanya kemiripan mutlaknya dengan hormon manusia, tetapi juga kemudahan produksi, jumlah bahan baku yang cukup, dan biaya yang terjangkau.

Para ilmuwan di seluruh dunia menyebut produksi insulin rekombinan sebagai terobosan nyata dalam terapi diabetes. Pentingnya penemuan ini begitu besar dan penting sehingga sulit untuk ditaksir terlalu tinggi. Cukup dicatat bahwa saat ini hampir 95% kebutuhan hormon ini dipenuhi dengan bantuan insulin rekayasa genetika. Pada saat yang sama, ribuan orang yang sebelumnya menderita alergi obat mendapat kesempatan untuk hidup normal.

Ulasan dan komentar

Saya menderita diabetes tipe 2 - tidak bergantung pada insulin. Seorang teman menyarankan saya untuk menurunkan kadar gula darah saya dengan

Insulin (dari bahasa Latin insula - pulau) adalah hormon peptida yang diproduksi di sel beta pulau Langerhans di pankreas. Ini memiliki efek beragam pada metabolisme di hampir semua jaringan.

Fungsi utama insulin adalah untuk memastikan permeabilitas membran sel terhadap molekul glukosa. Dalam bentuk yang disederhanakan, kita dapat mengatakan bahwa tidak hanya karbohidrat, tetapi juga nutrisi apa pun pada akhirnya dipecah menjadi glukosa, yang digunakan untuk sintesis molekul lain yang mengandung karbon, dan merupakan satu-satunya jenis bahan bakar untuk pembangkit energi seluler - mitokondria. . Tanpa insulin, permeabilitas membran sel terhadap glukosa turun 20 kali lipat, dan sel mati karena kelaparan, dan kelebihan gula yang larut dalam darah meracuni tubuh.

Gangguan sekresi insulin akibat rusaknya sel beta - defisiensi insulin absolut - merupakan elemen kunci dalam patogenesis diabetes melitus tipe 1. Gangguan kerja insulin pada jaringan - defisiensi insulin relatif - memainkan peran penting dalam perkembangan diabetes mellitus tipe 2.

Sejarah penemuan insulin dikaitkan dengan nama dokter Rusia I.M. Sobolev (paruh kedua abad ke-19), yang membuktikan bahwa kadar gula dalam darah manusia diatur oleh hormon khusus pankreas.

Pada tahun 1922, insulin yang diisolasi dari pankreas hewan pertama kali diberikan kepada anak laki-laki berusia sepuluh tahun yang menderita diabetes. hasilnya melebihi semua ekspektasi, dan setahun kemudian perusahaan Amerika Eli Lilly merilis sediaan insulin hewan pertama.

Setelah menerima insulin industri pertama, selama beberapa tahun berikutnya, jalan besar diambil dalam isolasi dan pemurniannya. Hasilnya, hormon tersebut tersedia untuk pasien diabetes tipe 1.

Pada tahun 1935, peneliti Denmark Hagedorn mengoptimalkan kerja insulin dalam tubuh dengan mengusulkan obat jangka panjang.

Kristal insulin pertama diperoleh pada tahun 1952, dan pada tahun 1954 ahli biokimia Inggris G. Sanger menguraikan struktur insulin. Perkembangan metode pemurnian hormon dari zat hormonal lain dan produk degradasi insulin telah memungkinkan diperolehnya insulin homogen, yang disebut insulin komponen tunggal.

Di awal tahun 70an Ilmuwan Soviet A. Yudaev dan S. Shvachkin mengusulkan sintesis kimia insulin, tetapi penerapan sintesis ini dalam skala industri mahal dan tidak menguntungkan.

Selanjutnya terjadi peningkatan progresif dalam kemurnian insulin, yang mengurangi masalah yang disebabkan oleh alergi insulin, gangguan ginjal, gangguan penglihatan dan resistensi kekebalan terhadap insulin. Dibutuhkan hormon yang paling efektif untuk terapi penggantian diabetes mellitus - insulin homolog, yaitu insulin manusia.

Pada tahun 80-an, kemajuan dalam biologi molekuler memungkinkan untuk mensintesis kedua rantai insulin manusia menggunakan E.coli, yang kemudian digabungkan menjadi molekul hormon yang aktif secara biologis, dan di Institut Kimia Bioorganik dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, rekombinan. insulin diperoleh dengan menggunakan strain E.coli yang direkayasa secara genetik.

Penggunaan kromatografi afinitas secara signifikan mengurangi kandungan protein kontaminasi dalam sediaan dengan mw lebih tinggi dibandingkan insulin. Protein ini termasuk proinsulin dan proinsulin yang dibelah sebagian, yang mampu menginduksi produksi antibodi anti-insulin.

Penggunaan insulin manusia sejak awal terapi meminimalkan terjadinya reaksi alergi. Insulin manusia diserap lebih cepat dan, apa pun formulasinya, durasi kerjanya lebih pendek dibandingkan insulin hewan. Insulin manusia kurang imunogenik dibandingkan insulin babi, terutama insulin campuran sapi dan babi.

1. Jenis insulin

Sediaan insulin berbeda satu sama lain dalam tingkat pemurniannya; sumber produksi (sapi, babi, manusia); zat yang ditambahkan ke larutan insulin (memperpanjang aksinya, bakteriostatik, dll.); konsentrasi; nilai pH; kemungkinan mencampurkan ICD dengan IPD.

Sediaan insulin berbeda-beda menurut sumbernya. Insulin babi dan sapi berbeda dengan insulin manusia dalam komposisi asam aminonya: insulin sapi memiliki tiga asam amino, dan insulin babi masing-masing memiliki satu asam amino. Tidak mengherankan bahwa bila diobati dengan insulin sapi, reaksi merugikan lebih sering terjadi dibandingkan bila diobati dengan insulin babi atau manusia. Reaksi-reaksi ini dinyatakan dalam resistensi insulin imunologis, alergi insulin, lipodistrofi (perubahan lemak subkutan di tempat suntikan).

Meskipun terdapat kelemahan yang jelas dari insulin sapi, insulin ini masih digunakan secara luas di seluruh dunia. Namun kelemahan insulin sapi dalam hal imunologis sangat jelas: insulin ini tidak dianjurkan untuk diberikan kepada pasien dengan diabetes mellitus yang baru didiagnosis, wanita hamil, atau untuk terapi insulin jangka pendek, misalnya, pada periode perioperatif. Kualitas negatif insulin sapi tetap ada bila digunakan dalam campuran dengan daging babi, sehingga insulin campuran (babi + sapi) juga tidak boleh digunakan untuk pengobatan kategori pasien ini.

Sediaan insulin manusia memiliki struktur kimia yang sepenuhnya identik dengan insulin manusia.

Masalah utama dari metode biosintetik untuk memproduksi insulin manusia adalah pemurnian lengkap produk akhir dari sedikit pengotor mikroorganisme bekas dan produk metabolismenya. Metode pengendalian kualitas baru memastikan bahwa insulin biosintetik manusia dari produsen di atas bebas dari kotoran berbahaya; Dengan demikian, tingkat pemurnian dan efektivitas penurunan glukosa memenuhi persyaratan tertinggi dan hampir sama. Sediaan insulin ini tidak mempunyai efek samping yang tidak diinginkan tergantung pada kotorannya.

Saat ini, tiga jenis insulin digunakan dalam praktik medis:

Aksi pendek dengan efek awal yang cepat;

Durasi aksi sedang;

Bertindak lama dengan timbulnya efek yang lambat.

Tabel 1. Karakteristik sediaan insulin komersial

Insulin kerja pendek (RAI) - insulin reguler - adalah insulin seng kristal kerja pendek, larut pada nilai pH netral, efeknya berkembang dalam 15 menit setelah pemberian subkutan dan berlangsung 5-7 jam.

Insulin kerja panjang (LAI) pertama diciptakan pada akhir tahun 1930-an sehingga pasien dapat menyuntikkan lebih jarang dibandingkan dengan ICD saja—jika memungkinkan sekali sehari. Untuk meningkatkan durasi kerja, semua sediaan insulin lainnya dimodifikasi dan, bila dilarutkan dalam media netral, membentuk suspensi. Mereka mengandung protamine dalam buffer fosfat - protamine-zinc-insulin dan NPH (netral protamine Hagedorn) - NPH-insulin atau berbagai konsentrasi zinc dalam buffer asetat - ultralente, lente, semilente insulins.

Sediaan insulin kerja menengah mengandung protamine, yaitu protein dengan berat molekul rata-rata. 4400, kaya akan arginin dan diperoleh dari susu ikan trout pelangi. Untuk membentuk kompleks, diperlukan rasio protamin terhadap insulin 1:10. Setelah pemberian subkutan, enzim proteolitik menghancurkan protamin, sehingga insulin dapat diserap.

Insulin NPH tidak mengubah profil farmakokinetik insulin pengatur yang dicampur dengannya. Insulin NPH lebih disukai daripada insulin lente sebagai komponen kerja antara dalam campuran terapeutik yang mengandung insulin reguler.

Dalam buffer fosfat, semua insulin mudah membentuk kristal dengan seng, tetapi hanya kristal insulin sapi yang cukup hidrofobik untuk menghasilkan pelepasan insulin yang lambat dan berkelanjutan yang merupakan karakteristik ultralente. Kristal seng insulin babi larut lebih cepat, efeknya terjadi lebih awal, dan durasi kerjanya lebih singkat. Oleh karena itu, tidak ada sediaan Ultralente yang hanya mengandung insulin babi. Insulin babi monokomponen diproduksi dengan nama suspensi insulin, insulin netral, insulin isofan, dan insulin aminoquinuride.

2. Mendapatkan insulin

Insulin manusia dapat diproduksi dengan empat cara:

1) sintesis kimia lengkap;

2) ekstraksi dari pankreas manusia (kedua metode ini tidak cocok karena ketidakefisienan: kurangnya pengembangan metode pertama dan kurangnya bahan baku untuk produksi massal metode kedua);

3) dengan metode semi sintetik menggunakan penggantian enzim-kimia pada posisi 30 rantai B asam amino alanin dalam insulin babi dengan treonin;

4) secara biosintesis menggunakan teknologi rekayasa genetika. Dua metode terakhir memungkinkan diperolehnya insulin manusia yang sangat murni.

Saat ini, insulin manusia terutama diproduksi melalui dua cara: dengan memodifikasi insulin babi menggunakan metode enzimatik sintetik dan dengan rekayasa genetika.

Insulin adalah protein pertama yang diproduksi secara komersial menggunakan teknologi DNA rekombinan. Ada dua pendekatan utama untuk mendapatkan insulin manusia yang direkayasa secara genetik.

Dalam kasus pertama, produksi kedua rantai dilakukan secara terpisah (strain produsen berbeda), diikuti dengan pelipatan molekul (pembentukan jembatan disulfida) dan pemisahan isoform.

Yang kedua, diperoleh dalam bentuk prekursor (proinsulin) diikuti dengan pembelahan enzimatik oleh trypsin dan karboksipeptidase B menjadi bentuk aktif hormon. Metode yang paling disukai saat ini adalah memperoleh insulin dalam bentuk prekursor, memastikan penutupan jembatan disulfida yang benar (dalam kasus produksi rantai terpisah, siklus denaturasi, pemisahan isoform, dan renaturasi yang berurutan dilakukan).

Dengan kedua pendekatan tersebut, dimungkinkan untuk memperoleh komponen awal (rantai A dan B atau proinsulin) secara individu atau sebagai bagian dari protein hibrida. Selain rantai A dan B atau proinsulin, protein hibrida mungkin mengandung:

Protein pembawa yang memastikan pengangkutan protein hibrida ke dalam ruang periplasma sel atau media kultur;

Komponen afinitas yang secara signifikan memfasilitasi isolasi protein hibrida.

Selain itu, kedua komponen ini dapat hadir secara bersamaan dalam protein hibrida. Selain itu, ketika membuat protein hibrida, prinsip multimerisme dapat digunakan (yaitu, beberapa salinan polipeptida target terdapat dalam protein hibrida), yang secara signifikan dapat meningkatkan hasil produk target.

Di Inggris, dengan menggunakan E. coli, kedua rantai insulin manusia disintesis, yang kemudian digabungkan menjadi molekul hormon yang aktif secara biologis. Agar organisme bersel tunggal dapat mensintesis molekul insulin pada ribosomnya, perlu disediakan program yang diperlukan, yaitu dengan memasukkan gen hormon ke dalamnya.

Sebuah gen yang memprogram biosintesis prekursor insulin atau dua gen yang secara terpisah memprogram biosintesis rantai insulin A dan B diperoleh secara kimia.

Langkah selanjutnya adalah memasukkan gen prekursor insulin (atau gen rantai individu) ke dalam genom E. coli, strain khusus Escherichia coli yang ditanam di laboratorium. Tugas ini dilakukan melalui rekayasa genetika.

Plasmid diisolasi dari E. coli menggunakan enzim restriksi yang sesuai. gen sintetik dimasukkan ke dalam plasmid (dengan mengkloning dengan bagian terminal C yang aktif secara fungsional dari E. coli β-galaktosidase). Hasilnya, E. coli memperoleh kemampuan untuk mensintesis rantai protein yang terdiri dari galaktosidase dan insulin. Polipeptida yang disintesis dipecah dari enzim secara kimia, dan kemudian dimurnikan. Pada bakteri, sekitar 100.000 molekul insulin disintesis per sel bakteri.

Sifat zat hormonal yang dihasilkan E.coli ditentukan oleh gen mana yang dimasukkan ke dalam genom organisme bersel tunggal. Jika gen prekursor insulin diklon, bakteri akan mensintesis prekursor insulin, yang kemudian diolah dengan enzim restriksi untuk memecah prepeptida untuk mengisolasi C-peptida, sehingga menghasilkan insulin yang aktif secara biologis.

Untuk mendapatkan insulin manusia yang dimurnikan, protein hibrida yang diisolasi dari biomassa mengalami transformasi kimia-enzimatik dan pemurnian kromatografi yang sesuai (prental, permeasi gel, pertukaran anion).

Di Institut Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, insulin rekombinan diperoleh dengan menggunakan strain E. coli yang direkayasa secara genetik. dari biomassa yang tumbuh, suatu prekursor dilepaskan, suatu protein hibrida yang dinyatakan dalam jumlah 40% dari total protein seluler, yang mengandung preproinsulin. Konversinya menjadi insulin in vitro dilakukan dalam urutan yang sama seperti in vivo - polipeptida utama dibelah, preproinsulin diubah menjadi insulin melalui tahap sulfitolisis oksidatif, diikuti dengan penutupan reduktif tiga ikatan disulfida dan isolasi enzimatik dari senyawa tersebut. mengikat C-peptida. Setelah serangkaian pemurnian kromatografi, termasuk pertukaran ion, gel dan HPLC, diperoleh insulin manusia dengan kemurnian tinggi dan potensi alami.

Anda dapat menggunakan strain dengan urutan nukleotida yang tertanam dalam plasmid yang mengekspresikan protein hibrid yang terdiri dari proinsulin linier dan fragmen protein A Staphylococcus aureus yang melekat pada terminal-N melalui residu metionin.

Budidaya biomassa jenuh sel dari strain rekombinan memastikan dimulainya produksi protein hibrida, isolasi dan transformasi berurutan dalam tabung mengarah ke insulin.

Cara lain juga dimungkinkan: protein fusi rekombinan diperoleh dalam sistem ekspresi bakteri, yang terdiri dari proinsulin manusia dan “ekor” polihistidin yang melekat padanya melalui residu metionin. Ia diisolasi menggunakan kromatografi khelat pada kolom Ni-agarosa dari badan inklusi dan dicerna dengan sianogen bromida.

Protein yang diisolasi adalah S-sulfonasi. Pemetaan dan analisis spektrometri massa dari proinsulin yang dihasilkan, dimurnikan dengan kromatografi penukar anion dan RP (fase terbalik) HPLC (kromatografi cair kinerja tinggi), menunjukkan adanya jembatan disulfida yang sesuai dengan jembatan disulfida proinsulin asli manusia.

Baru-baru ini, perhatian telah diberikan untuk menyederhanakan prosedur memperoleh insulin rekombinan menggunakan metode rekayasa genetika. Misalnya, dimungkinkan untuk memperoleh protein fusi yang terdiri dari peptida pemimpin interleukin 2 yang melekat pada ujung-N proinsulin melalui residu lisin. Protein diekspresikan secara efisien dan dilokalisasi pada badan inklusi. Setelah diisolasi, protein dicerna oleh trypsin untuk menghasilkan insulin dan C-peptida.

Insulin dan C-peptida yang dihasilkan dimurnikan dengan RP HPLC. Saat membuat konstruksi fusi, rasio massa protein pembawa dan polipeptida target sangat penting. C-peptida dihubungkan secara head-to-tail menggunakan spacer asam amino yang membawa situs restriksi Sfi I dan dua residu arginin di awal dan akhir spacer untuk pembelahan protein selanjutnya oleh trypsin. HPLC produk pembelahan menunjukkan bahwa pembelahan C-peptida bersifat kuantitatif, dan ini memungkinkan penggunaan metode gen sintetik multimerik untuk produksi polipeptida target pada skala industri.

1. Bioteknologi : Buku Ajar Perguruan Tinggi / Ed. N.S. Egorova, V.D. Samuilova.- M.: Sekolah Tinggi, 1987, hlm.15-25.

2. Insulin manusia hasil rekayasa genetika. Meningkatkan efisiensi pemisahan kromatografi menggunakan prinsip bifungsionalitas. / Romanchikov A.B., Yakimov S.A., Klyushnichenko V.E., Arutunyan A.M., Vulfson A.N. // Kimia Bioboundary, 1997 - 23, No.2

3. Glick B., Pasternak J. Bioteknologi molekuler. Prinsip dan Penerapan. M.: Mir, 2002.

4. Egorov N. S., Samuilov V. D. Metode modern untuk menciptakan strain industri mikroorganisme // Bioteknologi. Buku 2.M.: Sekolah Tinggi, 1988.208 hal.

5. Imobilisasi trypsin dan karboksipeptidase B pada silika yang dimodifikasi dan penggunaannya dalam konversi proinsulin manusia rekombinan menjadi insulin. / Kudryavtseva N.E., Zhigis L.S., Zubov V.P., Vulfson A.I., Maltsev K.V., Rumsh L.D. // Kimia-farmasi. zh., 1995 - 29, No. 1 hal. 61 - 64.

6. Biologi molekuler. Struktur dan fungsi protein./ Stepanov V.M.// Moscow, Higher School, 1996.

7. Dasar-dasar bioteknologi farmasi: Buku Ajar / T.P. Prishchep, V.S. Chuchalin, K.L. Zaikov, L.K. Mikhalev. –Rostov-on-Don: Phoenix; Tomsk: Rumah Penerbitan NTL, 2006.

8. Sintesis fragmen insulin dan mempelajari sifat fisikokimia dan imunologinya. / Panin L.E., Tuzikov F.V., Poteryayeva O.N., Maksyutov A.Z., Tuzikova N.A., Sabirov A.N. // Kimia Bioorganik, 1997 - 23, No. 12 hal.953 - 960.

Insulin adalah obat penyelamat hidup yang telah merevolusi kehidupan banyak penderita diabetes.

Sepanjang sejarah kedokteran dan farmasi abad ke-20, mungkin hanya satu kelompok obat yang memiliki arti yang sama yang dapat dibedakan - antibiotik. Mereka, seperti insulin, dengan cepat memasuki dunia kedokteran dan membantu menyelamatkan banyak nyawa manusia.

Hari Diabetes diperingati atas prakarsa Organisasi Kesehatan Dunia setiap tahun sejak tahun 1991 pada hari ulang tahun ahli fisiologi Kanada F. Banting, yang menemukan hormon insulin bersama dengan J. J. McLeod. Mari kita lihat bagaimana hormon ini diperoleh dan dibuat.

Apa perbedaan sediaan insulin satu sama lain?

1. Tingkat pemurnian.
2. Sumber produksinya adalah insulin babi, sapi, atau manusia.
3. Komponen tambahan yang termasuk dalam larutan obat adalah bahan pengawet, pemanjang aksi dan lain-lain.
4. Konsentrasi.
5. pH larutan.
6. Kemungkinan pencampuran obat short-acting dan long-acting.

Insulin adalah hormon yang diproduksi oleh sel-sel khusus di pankreas. Ini adalah protein rantai ganda yang mengandung 51 asam amino.

Sekitar 6 miliar unit insulin dikonsumsi setiap tahun di dunia (1 unit adalah 42 mcg zat). Produksi insulin berteknologi tinggi dan hanya dilakukan dengan metode industri.

Sumber insulin

Saat ini, tergantung pada sumber produksinya, insulin babi dan sediaan insulin manusia diisolasi.

Insulin babi kini memiliki tingkat pemurnian yang sangat tinggi, memiliki efek hipoglikemik yang baik, dan praktis tidak ada reaksi alergi terhadapnya.

Sediaan insulin manusia sepenuhnya sesuai struktur kimianya dengan hormon manusia. Mereka biasanya diproduksi melalui biosintesis menggunakan teknologi rekayasa genetika.

Perusahaan manufaktur besar menggunakan metode produksi yang memastikan bahwa produk mereka memenuhi semua standar kualitas. Tidak ada perbedaan besar dalam kerja insulin monokomponen manusia dan babi (yaitu, sangat murni) yang telah diidentifikasi; dalam kaitannya dengan sistem kekebalan, menurut banyak penelitian, perbedaannya minimal.

Komponen pembantu yang digunakan dalam produksi insulin

Botol berisi obat tersebut berisi larutan yang tidak hanya mengandung hormon insulin itu sendiri, tetapi juga senyawa lain. Masing-masing dari mereka memainkan peran spesifiknya sendiri:

• perpanjangan efek obat;
• desinfeksi larutan;
• adanya sifat buffer larutan dan terjaganya pH netral (keseimbangan asam basa).

Memperpanjang kerja insulin

Untuk membuat insulin kerja panjang, salah satu dari dua senyawa ditambahkan ke dalam larutan insulin biasa: seng atau protamine. Tergantung pada hal ini, semua insulin dapat dibagi menjadi dua kelompok:

• insulin protamine – protafan, insulin basal, NPH, humulin N;
• insulin seng – suspensi insulin-seng mono-tard, lente, humulin-seng.

Protamine adalah protein, namun reaksi merugikan seperti alergi sangat jarang terjadi.

Untuk menciptakan lingkungan larutan yang netral, buffer fosfat ditambahkan ke dalamnya. Harus diingat bahwa insulin yang mengandung fosfat dilarang keras untuk dikombinasikan dengan suspensi insulin-seng (IZS), karena seng fosfat mengendap dan efek insulin seng diperpendek dengan cara yang paling tidak terduga.

Komponen desinfektan

Beberapa senyawa yang menurut kriteria farmakoteknologi seharusnya sudah termasuk dalam obat memiliki efek desinfektan. Ini termasuk kresol dan fenol (keduanya memiliki bau tertentu), serta metil parabenzoat (metilparaben), yang tidak berbau.

Pengenalan salah satu bahan pengawet ini menyebabkan bau spesifik pada beberapa sediaan insulin. Semua bahan pengawet dalam jumlah yang ditemukan dalam sediaan insulin tidak memiliki efek negatif.

Insulin protamin biasanya mengandung kresol atau fenol. Fenol tidak dapat ditambahkan ke larutan ICS karena mengubah sifat fisik partikel hormon. Obat-obatan ini termasuk metilparaben. Ion seng dalam larutan juga memiliki efek antimikroba.

Berkat perlindungan antibakteri multi-tahap dengan bantuan bahan pengawet, perkembangan kemungkinan komplikasi yang dapat disebabkan oleh kontaminasi bakteri ketika jarum dimasukkan berulang kali ke dalam botol berisi larutan dapat dicegah.

Karena adanya mekanisme perlindungan seperti itu, pasien dapat menggunakan jarum suntik yang sama untuk suntikan obat subkutan selama 5 sampai 7 hari (asalkan dialah satu-satunya yang menggunakan jarum suntik tersebut). Selain itu, bahan pengawet memungkinkan untuk tidak menggunakan alkohol untuk merawat kulit sebelum penyuntikan, tetapi sekali lagi hanya jika pasien menyuntik dirinya sendiri dengan alat suntik dengan jarum tipis (insulin).

Kalibrasi jarum suntik insulin

Pada sediaan insulin pertama, satu ml larutan hanya mengandung satu unit hormon. Kemudian konsentrasinya ditingkatkan. Kebanyakan sediaan insulin dalam botol yang digunakan di Rusia mengandung 40 unit per 1 ml larutan. Botol biasanya ditandai dengan simbol U-40 atau 40 unit/ml.

Mereka dimaksudkan untuk digunakan secara luas khususnya untuk insulin tersebut dan dikalibrasi sesuai dengan prinsip berikut: ketika seseorang mengambil 0,5 ml larutan dengan jarum suntik, ia memperoleh 20 unit, 0,35 ml sama dengan 10 unit, dan seterusnya.

Setiap tanda pada jarum suntik sama dengan volume tertentu, dan pasien sudah mengetahui berapa unit volume tersebut. Jadi, kalibrasi alat suntik adalah kalibrasi menurut volume obat yang dirancang untuk penggunaan insulin U-40. 4 unit insulin terkandung dalam 0,1 ml, 6 unit dalam 0,15 ml obat, dan seterusnya hingga 40 unit, yang setara dengan 1 ml larutan.

Di beberapa negara, insulin digunakan, 1 ml mengandung 100 unit (U-100). Untuk obat-obatan tersebut, jarum suntik insulin khusus diproduksi, serupa dengan yang dibahas di atas, namun memiliki kalibrasi yang berbeda.

Konsentrasi ini diperhitungkan dengan tepat (2,5 kali lebih tinggi dari standar). Dalam hal ini, dosis insulin untuk pasien secara alami tetap sama, karena memenuhi kebutuhan tubuh akan sejumlah insulin tertentu.

Artinya, jika sebelumnya pasien menggunakan obat U-40 dan menyuntikkan 40 unit hormon per hari, maka ia harus menerima 40 unit yang sama saat menyuntikkan insulin U-100, namun memberikannya dalam jumlah 2,5 kali lebih sedikit. Artinya, 40 unit yang sama akan ditampung dalam 0,4 ml larutan.

Sayangnya, tidak semua dokter, terutama penderita diabetes, mengetahui hal ini. Kesulitan pertama dimulai ketika beberapa pasien beralih menggunakan alat suntik insulin (pen-syringe), yang menggunakan penfill (kartrid khusus) yang mengandung insulin U-40.

Jika Anda mengisi alat suntik tersebut dengan larutan berlabel U-100, misalnya hingga kadar 20 unit (yaitu 0,5 ml), maka volume ini akan mengandung sebanyak 50 unit obat.

Setiap kali, mengisi jarum suntik biasa dengan insulin U-100 dan melihat batas unit, seseorang akan meminum dosis 2,5 kali lebih besar dari yang ditunjukkan pada tanda ini. Jika baik dokter maupun pasien tidak menyadari kesalahan ini pada waktu yang tepat, maka ada kemungkinan besar terjadinya hipoglikemia parah karena overdosis obat yang terus-menerus, yang sering terjadi dalam praktik.

Di sisi lain, terkadang terdapat jarum suntik insulin yang dikalibrasi khusus untuk obat U-100. Jika alat suntik tersebut salah diisi dengan larutan U-40 biasa, maka dosis insulin dalam alat suntik tersebut akan 2,5 kali lebih kecil dari yang tertulis di dekat tanda yang sesuai pada alat suntik tersebut.

Akibatnya, mungkin terjadi peningkatan glukosa darah yang tampaknya tidak dapat dijelaskan. Faktanya, tentu saja, semuanya cukup logis - untuk setiap konsentrasi obat Anda perlu menggunakan jarum suntik yang sesuai.

Di beberapa negara, seperti Swiss, terdapat rencana yang dipikirkan dengan matang untuk melakukan transisi yang kompeten ke sediaan insulin berlabel U-100. Namun hal ini memerlukan kontak dekat dengan semua pihak yang berkepentingan: dokter dari berbagai spesialisasi, pasien, perawat dari departemen mana pun, apoteker, produsen, pihak berwenang.

Di negara kita, sangat sulit untuk mengalihkan semua pasien untuk hanya menggunakan insulin U-100, karena kemungkinan besar hal ini akan menyebabkan peningkatan jumlah kesalahan dalam penentuan dosis.

Kombinasi penggunaan insulin kerja pendek dan kerja panjang

Dalam pengobatan modern, diabetes mellitus, khususnya tipe 1, biasanya diobati dengan menggunakan kombinasi dua jenis insulin - short-acting dan long-acting.

Akan lebih mudah bagi pasien jika obat dengan durasi kerja berbeda dapat digabungkan dalam satu jarum suntik dan diberikan secara bersamaan untuk menghindari tusukan ganda pada kulit.

Banyak dokter tidak mengetahui apa yang menentukan kemungkinan pencampuran insulin yang berbeda. Hal ini didasarkan pada kompatibilitas kimia dan galenik (ditentukan oleh komposisi) insulin kerja panjang dan kerja pendek.

Sangat penting bahwa ketika dua jenis obat dicampur, kerja cepat insulin kerja pendek tidak berkepanjangan atau hilang.

Telah terbukti bahwa obat short-acting dapat dikombinasikan dalam satu suntikan dengan insulin protamine, dan timbulnya insulin short-acting tidak tertunda karena insulin yang larut tidak berikatan dengan protamine.

Dalam hal ini, produsen obat tidak menjadi masalah. Misalnya bisa dikombinasikan dengan humulin N atau protaphan. Apalagi campuran obat ini bisa disimpan.

Mengenai sediaan seng-insulin, telah lama diketahui bahwa suspensi insulin-seng (kristal) tidak dapat digabungkan dengan insulin kerja pendek, karena ia mengikat ion seng berlebih dan diubah menjadi insulin kerja panjang, terkadang sebagian.

Beberapa pasien pertama-tama menyuntikkan obat kerja pendek, kemudian, tanpa melepaskan jarum dari bawah kulit, sedikit mengubah arahnya dan menyuntikkan insulin seng melaluinya.

Cukup banyak penelitian ilmiah yang telah dilakukan mengenai metode pemberian ini, sehingga tidak dapat disangkal bahwa dalam beberapa kasus, dengan metode injeksi ini, kompleks zinc-insulin dan obat short-acting dapat terbentuk di bawah kulit, yang menyebabkan gangguan penyerapan yang terakhir.

Oleh karena itu, lebih baik memberikan insulin kerja pendek sepenuhnya terpisah dari insulin seng, untuk melakukan dua suntikan terpisah ke area kulit yang terletak pada jarak minimal 1 cm dari satu sama lain.Ini tidak nyaman, yang tidak bisa dikatakan tentang dosis standar.

Insulin gabungan

Sekarang industri farmasi memproduksi obat kombinasi yang mengandung insulin kerja pendek bersama dengan insulin protamine dalam persentase yang ditentukan secara ketat. Obat-obatan tersebut meliputi:

• campuran,
• aktrafan,
• insuman com.

Kombinasi yang paling efektif adalah kombinasi yang rasio insulin kerja pendek dan jangka panjang adalah 30:70 atau 25:75. Rasio ini selalu ditunjukkan dalam petunjuk penggunaan setiap obat tertentu.

Obat-obatan tersebut paling cocok untuk orang yang menjaga pola makan konstan dan melakukan aktivitas fisik secara teratur. Misalnya, sering digunakan oleh pasien lanjut usia dengan diabetes tipe 2.

Insulin kombinasi tidak cocok untuk apa yang disebut terapi insulin “fleksibel”, bila ada kebutuhan untuk terus-menerus mengubah dosis insulin kerja pendek.

Misalnya, hal ini harus dilakukan saat mengubah jumlah karbohidrat dalam makanan, mengurangi atau meningkatkan aktivitas fisik, dll. Dalam hal ini, dosis insulin basal (kerja panjang) praktis tidak berubah.

Saat ini menurut WHO (Organisasi Kesehatan Dunia), terdapat sekitar 110 juta orang di dunia yang menderita diabetes. Dan angka ini mungkin berlipat ganda dalam 25 tahun mendatang. Diabetes adalah penyakit mengerikan yang disebabkan oleh tidak berfungsinya pankreas, yang memproduksi hormon insulin, yang diperlukan untuk pemanfaatan normal karbohidrat yang terkandung dalam makanan. Pada tahap awal penyakit, cukup melakukan tindakan pencegahan, rutin memantau kadar gula darah, dan mengurangi konsumsi makanan manis. Namun, terapi insulin diindikasikan untuk 10 juta pasien; mereka menyuntikkan obat hormon ini ke dalam darah. Sejak tahun dua puluhan abad terakhir, insulin yang diisolasi dari pankreas babi dan anak sapi telah digunakan untuk tujuan ini. Insulin hewan mirip dengan insulin manusia, bedanya pada molekul insulin babi, berbeda dengan insulin manusia, pada salah satu rantai asam amino treonin digantikan oleh alanin. Perbedaan kecil ini diyakini dapat menyebabkan masalah serius pada fungsi ginjal, gangguan penglihatan, dan alergi pada pasien). Selain itu, meski tingkat pemurniannya tinggi, kemungkinan penularan virus dari hewan ke manusia tidak bisa dikesampingkan. Dan yang terakhir, jumlah penderita diabetes meningkat begitu cepat sehingga tidak mungkin lagi menyediakan insulin hewani kepada semua yang membutuhkan. Dan ini adalah obat yang sangat mahal.

Insulin pertama kali diisolasi dari pankreas sapi pada tahun 1921 oleh F. Banting dan C. Best. Ini terdiri dari dua rantai polipeptida yang dihubungkan oleh dua ikatan disulfida. Rantai polipeptida A mengandung 21 residu asam amino, dan rantai B mengandung 30 residu asam amino, berat molekul insulin adalah 5,7 kDa. Di bawah ini adalah urutan asam amino insulin manusia:

Gli-Ile-Val-Glu-Gli-Cis-Tre-Ser-Ile-Cis-S-Lei-Tir-Gli-Lei-Gli-Lei-Glu-Asn-

Fen-Val-Asn-Gli-Gis-Lei-Cis-Glu-Ser-Gis-Lei-Val-Glu-Ala-Lei-Tir-Lei-Val-Cis-Glu-Glu-

Fen-Val-Asn-Gli-Gis-Gis-Lei-Cis-Glu-Ser-Gis-Lei-Val-Glu-Ala-Lei-Tir-Lei-Val-Cis-Glu-Glu

Trp-Lis-Pro-Trp-Tyr-Fen-Fen-Glu-Ark

Struktur insulin cukup konservatif. Urutan asam amino insulin manusia dan banyak hewan hanya berbeda 1-2 asam amino. Pada ikan, dibandingkan hewan, rantai B lebih besar dan mengandung 32 residu asam amino.

Biayanya sangat tinggi. Untuk memperoleh 100 g insulin kristal, dibutuhkan 800-1000 kg pankreas, dan satu kelenjar sapi berbobot 200 - 250 gram. Hal ini membuat insulin mahal dan sulit diakses oleh banyak penderita diabetes.

Rekayasa genetika, yang lahir pada awal tahun 70an, telah mencapai kemajuan besar saat ini. Teknik rekayasa genetika mengubah sel bakteri, ragi, dan mamalia menjadi “pabrik” untuk produksi protein apa pun dalam skala besar. Hal ini memungkinkan untuk menganalisis secara rinci struktur dan fungsi protein dan menggunakannya sebagai obat. Saat ini Escherichia coli (E. coli) telah menjadi pemasok hormon penting seperti insulin dan somatotropin.

Pada tahun 1978, para peneliti dari Genentech pertama kali memproduksi insulin dalam strain Escherichia coli yang direkayasa secara khusus. Insulin terdiri dari dua rantai polipeptida A dan B, panjang 20 dan 30 asam amino. Ketika keduanya dihubungkan melalui ikatan disulfida, insulin rantai ganda asli terbentuk. Telah terbukti tidak mengandung protein E. coli, endotoksin dan kotoran lainnya, tidak menimbulkan efek samping seperti insulin hewan, dan tidak berbeda dengan aktivitas biologis. Selanjutnya, proinsulin disintesis dalam sel E. coli, yang salinan DNA-nya disintesis pada templat RNA menggunakan transkriptase balik. Setelah proinsulin yang dihasilkan dimurnikan, proinsulin tersebut dipecah menjadi insulin asli, sedangkan tahap ekstraksi dan isolasi hormon diminimalkan. Dari 1000 liter cairan kultur dapat diperoleh hingga 200 gram hormon, yang setara dengan jumlah insulin yang dikeluarkan dari 1600 kg pankreas babi atau sapi.

Pada hewan dan manusia, insulin disintesis dalam sel di pulau Largehans. Gen yang mengkode protein ini pada manusia terlokalisasi di lengan pendek kromosom 11. MRNA insulin matang terdiri dari 330 nukleotida, yang setara dengan 110 residu asam amino. Ini adalah jumlah yang mengandung prekursor insulin - preproinsulin. Terdiri dari satu rantai polipeptida, di ujung N terdapat peptida sinyal (24 asam amino), dan di antara rantai A dan B terdapat peptida C yang mengandung 35 residu asam amino.

Proses pematangan insulin dimulai di dalam tangki retikulum endoplasma, di mana peptida sinyal dibelah dari terminal-N di bawah aksi enzim signalase. Selanjutnya, di aparatus Golgi, di bawah aksi endopeptidase, C-peptida dipotong dan insulin matang terbentuk. Di sisi trans aparatus Golgi, hormon yang baru disintesis bergabung dengan seng, membentuk struktur supramolekul (tri-, tetra-, penta- dan hexamers), yang kemudian berpindah ke butiran sekretori.

Yang terakhir dipisahkan dari aparatus Golgi, berpindah ke membran sitoplasma, berasosiasi dengannya, dan insulin disekresikan ke dalam aliran darah. Laju sekresi hormon ditentukan oleh konsentrasi glukosa dan ion Ca2+ dalam darah. Adrenalin menekan pelepasan insulin, dan hormon seperti TSH dan ACTH, sebaliknya, meningkatkan sekresi insulin. Di dalam darah, insulin ditemukan dalam dua bentuk: bebas dan terikat pada protein, terutama dengan transferin dan α 2 - globulin. Waktu paruh insulin adalah sekitar lima menit, dan pembusukan dimulai di dalam darah Sel darah merah mengandung reseptor insulin dan sistem pengurai insulin yang cukup aktif. Insulinase eritrosit adalah proteinase tiol yang bergantung pada Ca yang berfungsi bersama dengan glutathione-insulin-irans hydrogenase, yang memutuskan ikatan disulfida antara dua rantai polipeptida insulin.

Fragmentasi dan pemecahan insulin terjadi terutama di hati, ginjal, dan plasenta.

Fragmen insulin memiliki aktivitas biologis dan terlibat dalam sejumlah proses metabolisme. Salah satu fungsi utama insulin adalah mengatur pengangkutan glukosa, asam amino, ion dan metabolit lainnya ke dalam sel hati, ginjal, jaringan adiposa organ lainnya. Mekanisme kerja hormon ini berbeda dengan hormon peptida lainnya dan unik dalam pengaturan proses metabolisme. Reseptor insulin adalah tetramer yang terdiri dari dua subunit α dan dua subunit β, salah satunya memiliki aktivitas tiroksinase. Insulin, ketika berinteraksi dengan subunit α yang terletak di permukaan membran sitoplasma, membentuk kompleks reseptor hormon. Perubahan konformasi pada tetramer menyebabkan aktivasi subunit β transmembran dari reseptor, yang memiliki aktivitas tirosin kinase. Tirosin kinase aktif mampu memfosforilasi protein membran.Saluran membran terbentuk melalui mana glukosa dan metabolit lainnya menembus ke dalam sel. Insulin bebas di bawah aksi insulinase jaringan terurai menjadi tujuh fraksi, lima di antaranya memiliki aktivitas biologis.

Selain itu, insulin merangsang sejumlah proses biosintetik: sintesis nukleotida, asam nukleat, enzim glikolisis dan siklus pentosa fosfat, serta glikogen. Di jaringan adiposa, insulin mengaktifkan pembentukan asetil Co A dan asam lemak. Ini adalah salah satu penginduksi sintesis kolesterol, gliserol dan gliserat kinase.

Mutasi pada struktur gen insulin, terganggunya mekanisme pemrosesan pasca transkripsi dan pasca translasi menyebabkan terbentuknya molekul insulin yang rusak dan akibatnya terganggunya proses metabolisme yang diatur oleh hormon ini. Akibatnya, berkembanglah penyakit serius – diabetes melitus.

Perkembangan teknologi produksi insulin buatan benar-benar merupakan kemenangan bagi para ahli genetika. Pertama, dengan menggunakan metode khusus, struktur molekul hormon ini, komposisi dan urutan asam amino di dalamnya ditentukan. Pada tahun 1963, molekul insulin disintesis menggunakan metode biokimia. Namun, ternyata sulit untuk melakukan sintesis yang mahal dan rumit, termasuk 170 reaksi kimia, dalam skala industri.

Oleh karena itu, dalam penelitian lebih lanjut, penekanannya adalah pada pengembangan teknologi untuk sintesis biologis hormon dalam sel mikroba, yang menggunakan seluruh metode rekayasa genetika. Mengetahui urutan asam amino dalam molekul insulin, para ilmuwan menghitung urutan nukleotida dalam gen yang mengkode protein ini untuk mendapatkan urutan asam amino yang diinginkan. Mereka “merakit” molekul DNA dari nukleotida individu sesuai dengan urutan tertentu, “menambahkan” elemen pengatur yang diperlukan untuk ekspresi gen pada organisme prokariotik E. coli, dan mengintegrasikan konstruksi ini ke dalam materi genetik mikroba. Hasilnya, bakteri mampu menghasilkan dua rantai molekul insulin, yang nantinya dapat digabungkan melalui reaksi kimia untuk menghasilkan molekul insulin lengkap.

Akhirnya, para ilmuwan berhasil melakukan biosintesis molekul proinsulin, dan bukan hanya rantai individualnya, dalam sel E. coli. Setelah biosintesis, molekul proinsulin mampu diubah (ikatan disulfida terbentuk antara rantai A dan B), berubah menjadi molekul insulin. Teknologi ini memiliki keuntungan yang signifikan, karena berbagai tahap ekstraksi dan pelepasan hormon diminimalkan. Selama pengembangan teknologi ini, RNA pembawa pesan proinsulin diisolasi. Dengan menggunakannya sebagai templat, molekul DNA pelengkap disintesis menggunakan enzim reverse transkriptase, yang hampir merupakan salinan persis dari gen insulin alami. Setelah menjahit elemen pengatur yang diperlukan ke gen dan mentransfer konstruksinya ke dalam materi genetik E. coli

Menjadi mungkin untuk memproduksi insulin di pabrik mikrobiologi dalam jumlah yang tidak terbatas. Pengujiannya menunjukkan identitas yang hampir lengkap dengan insulin alami manusia. Ini jauh lebih murah dibandingkan insulin hewan dan tidak menimbulkan komplikasi.

Somatotropin adalah hormon pertumbuhan manusia yang disekresikan oleh kelenjar pituitari. Kekurangan hormon ini menyebabkan dwarfisme hipofisis. Jika somatotropin diberikan dengan dosis 10 mg per kg berat badan tiga kali seminggu, maka dalam setahun anak yang kekurangan somatotropin dapat tumbuh 6 cm, sebelumnya diperoleh dari bahan kadaver, dari satu jenazah: 4 - 6 mg somatotropin dalam hal produk farmasi akhir. Oleh karena itu, jumlah hormon yang tersedia terbatas, selain itu hormon yang diperoleh dengan metode ini bersifat heterogen dan dapat mengandung virus yang tumbuh lambat. Pada tahun 1980, perusahaan "Genentec" mengembangkan teknologi untuk produksi somatotropin menggunakan bakteri, yang tidak memiliki kelemahan ini. Pada tahun 1982, hormon pertumbuhan manusia diperoleh dari kultur E. coli dan sel hewan di Institut Pasteur di Prancis, dan pada tahun 1984, produksi industri insulin dimulai di Uni Soviet. Dalam produksi interferon, baik E. coli, S. cerevisae (ragi), dan kultur fibroblas atau leukosit yang ditransformasikan digunakan. Vaksin yang aman dan murah juga diperoleh dengan cara serupa.

Teknologi DNA rekombinan didasarkan pada produksi probe DNA yang sangat spesifik, yang digunakan untuk mempelajari ekspresi gen dalam jaringan, lokalisasi gen pada kromosom, dan mengidentifikasi gen dengan fungsi terkait (misalnya, pada manusia dan ayam). Pemeriksaan DNA juga digunakan dalam diagnosis berbagai penyakit.

Teknologi DNA rekombinan telah memungkinkan pendekatan gen protein yang tidak konvensional yang disebut genetika terbalik. Dalam pendekatan ini, protein diisolasi dari sel, gen untuk protein ini dikloning, dan dimodifikasi, menghasilkan gen mutan yang mengkode perubahan bentuk protein. Gen yang dihasilkan dimasukkan ke dalam sel. Jika diekspresikan, sel yang membawanya dan keturunannya akan mensintesis protein yang diubah. Dengan cara ini, gen yang rusak dapat diperbaiki dan penyakit keturunan dapat diobati.

Jika DNA hibrida dimasukkan ke dalam sel telur yang telah dibuahi, organisme transgenik dapat diproduksi yang mengekspresikan gen mutan dan meneruskannya ke keturunannya. Transformasi genetik hewan memungkinkan untuk menetapkan peran gen individu dan produk proteinnya baik dalam pengaturan aktivitas gen lain maupun dalam berbagai proses patologis. Dengan bantuan rekayasa genetika, telah diciptakan garis keturunan hewan yang kebal terhadap penyakit virus, serta ras hewan dengan sifat-sifat yang bermanfaat bagi manusia. Misalnya, injeksi mikro DNA rekombinan yang mengandung gen somatotropin sapi ke dalam zigot kelinci memungkinkan diperolehnya hewan transgenik dengan hiperproduksi hormon ini. Hewan yang dihasilkan mengalami akromegali.

Kini bahkan sulit untuk memprediksi segala kemungkinan yang akan terwujud dalam beberapa dekade mendatang.

Kuliah 5. Pengolahan bahan baku hayati secara terpadu

Pengolahan bahan baku hayati secara terpadu dipahami sebagai serangkaian proses teknologi (teknologi) yang bertujuan untuk memperoleh produk yang sifatnya berbeda-beda dari satu sumber. Sumber tersebut dapat berupa biomassa mikroorganisme industri, alga, sel tumbuhan dan hewan, serta limbah pertanian.

Pada saat yang sama, penting bahwa biaya semua produk dari pemrosesan bahan mentah yang kompleks lebih rendah daripada jumlah biaya setiap jenis produk komersial yang diperoleh dalam produksi, dengan mempertimbangkan biaya tindakan lingkungan. Hal ini sangat penting ketika memproses bahan baku biologis, yang meliputi biopolimer alami yang bersifat protein, karbohidrat, lipid dan nukleotida. Sel yang mengandungnya dalam jumlah besar menarik untuk pemrosesan yang kompleks, karena memungkinkan untuk mengisolasi produk berharga darinya, terutama untuk keperluan makanan dan medis.

Perbedaan sifat fisikokimia biopolimer alami menentukan pilihan metode teknologi untuk isolasi dan pemurniannya. Misalnya, kedalaman pengolahan kompleks bahan baku mikrobiologi mungkin berbeda. Teknologi yang digunakan di dalamnya harus fleksibel, dan volume produk harus memenuhi kebutuhan pasar. Saat memproses massa mikroba untuk mendapatkan produk lipid, bakteri, ragi, jamur mikroskopis, dan alga digunakan. Produk polinukleotida dan protein diperoleh dari biomassa bakteri dan ragi.

Dalam produksi produk bioteknologi, basisnya adalah peralatan, terutama peralatan yang berhubungan dengan tahap fermentasi, karena menentukan komposisi dan sifat bioproduk dan cairan kultur. Selain itu, dalam banyak kasus, pada tahap fermentasilah indikator ekonomi utama produksi bioteknologi dan daya saing bioproduk yang dihasilkan ditetapkan.

Ada berbagai metode bioteknologi untuk mengintensifkan fermentasi: penggunaan strain produsen yang lebih aktif, perbaikan perangkat keras, optimalisasi komposisi media nutrisi dan kondisi budidaya, penggunaan biostimulan, pengemulsi, dll. Semuanya mampu menjamin produktivitas maksimal proses bioteknologi dan meningkatkan hasil produk akhir.

Pada saat yang sama, peralatan memiliki pengaruh paling signifikan terhadap sifat proses fermentasi dan indikator teknologi akhirnya. Mengingat keragaman peralatan fermentasi yang saat ini digunakan dalam produksi biokimia, kita dapat menyimpulkan bahwa proses fisik tertentu (hidrodinamik, perpindahan panas dan massa) terjadi di semua reaktor, yang dengannya kondisi optimal diciptakan untuk transformasi biokimia yang sebenarnya dari suatu zat ( reaksi biokimia).

Untuk melaksanakan proses fisik tersebut, reaktor biokimia dilengkapi dengan elemen struktur standar, yang juga banyak digunakan pada peralatan kimia untuk melakukan proses fisik itu sendiri (pengaduk, perangkat kontak, penukar panas, dispersan, dll.). Fermentor dengan desain apa pun harus memenuhi persyaratan dasar proses budidaya sel: memastikan pasokan nutrisi ke setiap sel, pembuangan produk metabolisme, memastikan pemeliharaan parameter operasi yang optimal, tingkat aerasi yang diperlukan, pencampuran, tingkat tinggi otomatisasi, dll.

Pentingnya biokimia dalam bioteknologi

Biokimia dasar merupakan dasar bagi banyak ilmu biologi, seperti genetika, fisiologi, imunologi, mikrobiologi. Kemajuan dalam rekayasa sel dan genetika dalam beberapa tahun terakhir telah membawa biokimia lebih dekat ke zoologi dan botani. Biokimia sangat penting untuk ilmu-ilmu seperti farmakologi dan farmasi. Kimia biologi mempelajari berbagai struktur pada tingkat sel dan organisme. Dasar kehidupan adalah serangkaian reaksi kimia yang menjamin metabolisme. Dengan demikian, biokimia dapat dianggap sebagai bahasa dasar semua ilmu biologi. Saat ini, baik struktur biologis maupun proses metabolisme, berkat penggunaan metode yang efektif, telah dipelajari dengan cukup baik. Banyak cabang biokimia telah berkembang begitu intensif dalam beberapa tahun terakhir sehingga berkembang menjadi arah dan disiplin ilmu yang independen. Pertama-tama, kita dapat mencatat bioteknologi, rekayasa genetika, genetika biokimia, biokimia lingkungan, biokimia kuantum dan ruang angkasa, dll. Peran biokimia dalam memahami esensi proses patologis dan mekanisme molekuler kerja zat obat sangat besar.

Semua organisme hidup terdiri dari sel dan produk metabolismenya. Hal ini dibuktikan pada tahun 1838 oleh M. Schleiden dan T. Schwann yang mendalilkan bahwa organisme tumbuhan dan hewan dibangun dari sel-sel yang tersusun dalam urutan tertentu. 20 tahun kemudian, R. Virchow merumuskan dasar-dasar teori sel, dengan menunjukkan bahwa semua sel hidup muncul dari sel hidup sebelumnya. Selanjutnya, teori sel berkembang dan ditambah seiring dengan peningkatan metode kognisi. Setiap sel merupakan unit fungsional terpisah yang memiliki sejumlah ciri khusus, bergantung pada sifatnya. Mikroorganisme diwakili oleh sel-sel individu atau koloninya, dan organisme multiseluler, seperti hewan atau tumbuhan tingkat tinggi, terdiri dari miliaran sel yang terhubung satu sama lain. Sel adalah sejenis pabrik tempat dilakukannya proses kimia yang beragam dan terkoordinasi, seperti halnya pabrik sebenarnya, sel memiliki pusat kendali, area untuk memantau reaksi tertentu, dan mekanisme pengaturan. Sel juga menerima bahan mentah, yang diolah menjadi produk jadi, dan limbah, yang dibuang keluar sel.

Sel terus-menerus mensintesis zat-zat yang diperlukan untuk fungsi vitalnya. Zat-zat ini semakin banyak digunakan dalam industri dan pengobatan. Beberapa di antaranya unik dan tidak dapat diperoleh melalui sintesis kimia.

Insulin merupakan hormon pankreas yang berperan penting dalam tubuh. Zat inilah yang meningkatkan penyerapan glukosa, yang pada gilirannya merupakan sumber energi utama dan juga memberi nutrisi pada jaringan otak.

Penderita diabetes yang terpaksa mengonsumsi hormon melalui suntikan cepat atau lambat memikirkan bahan pembuatan insulin, perbedaan obat yang satu dengan obat yang lain, dan bagaimana analog buatan dari hormon tersebut memengaruhi kesejahteraan seseorang serta potensi fungsional organ dan sistem.

Perbedaan antara berbagai jenis insulin

Insulin adalah obat yang penting. Orang yang menderita diabetes tidak dapat hidup tanpa obat ini. Kisaran farmakologi obat untuk penderita diabetes relatif luas.

Obat-obatan berbeda satu sama lain dalam banyak aspek:

Setiap tahun di dunia, perusahaan farmasi terkemuka memproduksi hormon “buatan” dalam jumlah besar. Produsen insulin di Rusia juga berkontribusi terhadap perkembangan industri ini.

Setiap tahunnya, penderita diabetes di seluruh dunia mengonsumsi lebih dari 6 miliar unit insulin. Mengingat tren negatif dan pesatnya peningkatan jumlah pasien diabetes, kebutuhan insulin akan semakin meningkat.

Sumber untuk memperoleh hormon

Tidak semua orang tahu terbuat dari apa insulin untuk penderita diabetes, namun asal muasal obat paling berharga ini sungguh menarik.

Teknologi produksi insulin modern menggunakan dua sumber:

• Hewan. Obat ini diperoleh dengan merawat pankreas sapi (lebih jarang), serta babi. Insulin sapi mengandung sebanyak tiga asam amino “ekstra”, yang struktur biologisnya asing dan berasal dari manusia. Hal ini dapat menyebabkan berkembangnya reaksi alergi yang persisten. Insulin babi dapat dibedakan dari hormon manusia hanya dengan satu asam amino, sehingga lebih aman. Tergantung pada bagaimana insulin diproduksi dan seberapa menyeluruh produk biologis dimurnikan, sejauh mana obat tersebut diterima oleh tubuh manusia akan bergantung;
• Analogi manusia. Produk dalam kategori ini diproduksi menggunakan teknologi tercanggih. Perusahaan farmasi terkemuka telah meluncurkan produksi insulin manusia pada bakteri untuk tujuan pengobatan. Teknik transformasi enzimatik banyak digunakan untuk memperoleh produk hormonal semi sintetik. Teknologi lainnya melibatkan penggunaan teknik rekayasa genetika inovatif untuk memperoleh formulasi insulin rekombinan DNA yang unik.

Bagaimana insulin diperoleh: upaya pertama apoteker

Obat yang diperoleh dari sumber hewani dianggap obat yang diproduksi dengan menggunakan teknologi lama. Obat-obatan dianggap memiliki kualitas yang relatif rendah karena pemurnian produk akhir yang tidak memadai. Pada awal tahun 20-an abad terakhir, insulin, meskipun menyebabkan alergi parah, menjadi “keajaiban farmakologis” nyata yang menyelamatkan nyawa orang-orang yang bergantung pada insulin.

Pelepasan obat pertama juga sulit ditoleransi karena adanya proinsulin dalam komposisinya. Suntikan hormonal sangat buruk ditoleransi oleh anak-anak dan orang tua. Seiring waktu, pengotor ini (proinsulin) dihilangkan dengan pemurnian komposisi yang lebih menyeluruh. Mereka sama sekali meninggalkan insulin sapi, karena hampir selalu menimbulkan efek samping.

Terbuat dari apa insulin: nuansa penting

Dalam rejimen terapi modern untuk pasien, kedua jenis insulin digunakan: yang berasal dari hewan dan manusia. Perkembangan terkini memungkinkan untuk menghasilkan produk dengan tingkat pemurnian tertinggi.

Sebelumnya, insulin mungkin mengandung sejumlah kotoran yang tidak diinginkan:

Sebelumnya, “suplemen” semacam itu bisa menimbulkan komplikasi serius, terutama pada pasien yang terpaksa mengonsumsi obat dalam dosis besar.

Obat-obatan yang ditingkatkan bebas dari kotoran yang tidak diinginkan. Jika kita mempertimbangkan insulin yang berasal dari hewan, produk terbaik adalah produk monopeak, yang diproduksi dengan produksi “puncak” zat hormonal.

Durasi efek farmakologis

Produksi obat hormonal telah dilakukan di beberapa arah sekaligus. Tergantung pada bagaimana insulin dibuat akan menentukan berapa lama insulin tersebut bertahan.

Jenis obat berikut ini dibedakan:

Obat kerja ultra pendek

Insulin kerja ultra pendek bekerja secara harfiah pada detik-detik pertama setelah pemberian obat. Puncak aksi terjadi setelah 30 – 45 menit. Total waktu paparan pada tubuh pasien tidak melebihi 3 jam.

Perwakilan khas grup: Lizpro dan Aspart. Pada versi pertama, insulin diproduksi dengan mengatur ulang residu asam amino dalam hormon (kita berbicara tentang lisin dan prolin). Dengan cara ini, risiko terjadinya hexamers selama produksi dapat diminimalkan. Karena insulin tersebut cepat terurai menjadi monomer, proses penyerapan obat tidak disertai komplikasi dan efek samping.

Aspart diproduksi dengan cara yang sama. Satu-satunya perbedaan adalah asam amino prolin diganti dengan asam aspartat. Obat ini dengan cepat terurai dalam tubuh manusia menjadi sejumlah molekul sederhana dan langsung diserap ke dalam darah.

Obat short-acting

Insulin kerja pendek disajikan dalam larutan buffer. Mereka ditujukan khusus untuk suntikan subkutan. Dalam beberapa kasus, format pemberian yang berbeda diperbolehkan, namun keputusan tersebut hanya dapat dibuat oleh dokter.

Obat mulai “bekerja” setelah 15 – 25 menit. Konsentrasi maksimum suatu zat dalam tubuh diamati 2 - 2,5 jam setelah injeksi.

Secara umum obat tersebut bekerja pada tubuh pasien selama kurang lebih 6 jam. Insulin dalam kategori ini dibuat untuk pengobatan penderita diabetes di rumah sakit. Mereka memungkinkan Anda dengan cepat mengeluarkan seseorang dari keadaan hiperglikemia akut, precoma diabetes atau koma.

Insulin kerja menengah

Obat-obatan perlahan memasuki aliran darah. Insulin diproduksi sesuai prosedur standar, namun komposisinya ditingkatkan pada tahap akhir produksi. Untuk meningkatkan efek hipoglikemiknya, zat pemanjang khusus - seng atau protamine - ditambahkan ke dalam komposisi. Paling sering, insulin disajikan dalam bentuk suspensi.

Insulin kerja panjang

Insulin kerja panjang merupakan produk farmakologi paling modern saat ini. Obat yang paling populer adalah Glargine. Produsen tidak pernah menyembunyikan terbuat dari apa insulin manusia untuk penderita diabetes. Dengan menggunakan teknologi rekombinan DNA, dimungkinkan untuk membuat analogi yang tepat dari hormon yang disintesis oleh pankreas orang sehat.

Untuk mendapatkan produk akhir, modifikasi molekul hormon yang sangat kompleks dilakukan. Ganti asparagine dengan glisin, tambahkan residu arginin. Obat ini tidak digunakan untuk mengobati kondisi koma atau prakoma. Ini hanya diresepkan secara subkutan.

Peran eksipien

Tidak mungkin membayangkan produksi produk farmakologi apa pun, khususnya insulin, tanpa menggunakan bahan tambahan khusus.

Komponen pembantu membantu meningkatkan kualitas kimia obat, serta mencapai tingkat kemurnian komposisi yang maksimal.

Menurut kelasnya, semua bahan tambahan untuk obat yang mengandung insulin dapat dibagi menjadi beberapa kategori berikut:

1. Zat yang menentukan masa pakai obat;
2. Mendisinfeksi komponen;
3. Penstabil keasaman.

Prolongator

Untuk memperpanjang waktu pemaparan pada pasien, obat pemanjang ditambahkan ke dalam larutan insulin.

Paling sering digunakan:

Komponen antimikroba

Komponen antimikroba memperpanjang umur simpan obat. Kehadiran komponen desinfektan membantu mencegah perkembangbiakan mikroba. Zat-zat ini, berdasarkan sifat biokimianya, merupakan pengawet yang tidak mempengaruhi aktivitas obat itu sendiri.

Aditif antimikroba paling populer yang digunakan dalam produksi insulin adalah:

Setiap obat tertentu menggunakan bahan tambahan khususnya sendiri. Interaksi mereka satu sama lain perlu dipelajari secara rinci pada tahap praklinis. Syarat utamanya adalah bahan pengawet tidak boleh mengganggu aktivitas biologis obat.

Disinfektan berkualitas tinggi dan dipilih dengan terampil memungkinkan Anda tidak hanya menjaga sterilitas komposisi dalam jangka waktu lama, tetapi bahkan melakukan suntikan intradermal atau subkutan tanpa terlebih dahulu mendisinfeksi jaringan dermal. Hal ini sangat penting dalam situasi ekstrim ketika tidak ada waktu untuk merawat tempat suntikan.