Klausimas, iš ko gaminamas insulinas, domina ne tik gydytojus ir vaistininkus, bet ir sergančius cukriniu diabetu, taip pat jų artimuosius ir draugus. Šiandien šį unikalų ir žmogaus sveikatai tokį svarbų hormoną galima gauti iš įvairių žaliavų, naudojant specialiai sukurtas ir kruopščiai patikrintas technologijas. Priklausomai nuo gamybos būdo, išskiriami šie insulino tipai:

• Kiaulė arba galvijai, dar vadinama gyvūninės kilmės preparatu
• Biosintetinė, taip pat žinoma kaip modifikuota kiauliena
• Genetiškai modifikuotas arba rekombinantinis
• Genetiškai modifikuotas
• Sintetinis

Kiaulių insulinas diabetui gydyti buvo naudojamas ilgiausiai. Jis pradėtas naudoti praėjusio amžiaus 20-aisiais. Reikėtų pažymėti, kad kiauliena ar gyvulys buvo vienintelis narkotikas iki praėjusio amžiaus 80-ųjų. Jam gauti naudojamas gyvūnų kasos audinys. Tačiau šį metodą vargu ar galima pavadinti optimaliu ar paprastu: dirbti su biologinėmis žaliavomis ne visada patogu, o pačių žaliavų neužtenka.

Be to, kiaulienos insulino sudėtis visiškai nesutampa su sveiko žmogaus organizmo gaminamo hormono sudėtimi: jų struktūroje yra skirtingų aminorūgščių likučių. Reikia pažymėti, kad galvijų kasos gaminami hormonai turi dar daugiau skirtumų, kurių negalima pavadinti teigiamu reiškiniu.

Be grynos daugiakomponentės medžiagos, tokiame preparate visada yra vadinamojo proinsulino – medžiagos, kurios beveik neįmanoma atskirti naudojant šiuolaikinius valymo metodus. Būtent ši medžiaga dažnai tampa alerginių reakcijų šaltiniu, o tai ypač pavojinga vaikams ir pagyvenusiems žmonėms.

Dėl šios priežasties mokslininkai visame pasaulyje jau seniai domisi klausimu, kaip gyvūnų gaminamo hormono sudėtį visiškai suderinti su sveiko žmogaus kasos hormonais. Tikras proveržis farmakologijoje ir cukrinio diabeto gydyme buvo pusiau sintetinio vaisto, gauto gyvulinės kilmės vaiste aminorūgštį alaniną pakeitus treoninu, gamyba.

Šiuo atveju pusiau sintetinis hormono gavimo būdas pagrįstas gyvūninės kilmės preparatų naudojimu. Kitaip tariant, jie tiesiog keičiasi ir tampa identiški žmogaus gaminamiems hormonams. Tarp jų privalumų yra suderinamumas su žmogaus organizmu ir alerginių reakcijų nebuvimas.

Šio metodo trūkumai yra žaliavų trūkumas ir darbo su biologinėmis medžiagomis sudėtingumas, taip pat didelės pačios technologijos ir gauto vaisto kaina.

Šiuo atžvilgiu geriausias vaistas cukriniam diabetui gydyti yra rekombinantinis insulinas, gautas genų inžinerijos būdu. Beje, jis dažnai vadinamas genetiškai modifikuotu insulinu, taip nurodant jo gamybos būdą, o gautas produktas vadinamas žmogaus insulinu, tuo pabrėžiant absoliučią jo tapatybę su sveiko žmogaus kasos gaminamais hormonais.

Tarp genetiškai modifikuoto insulino privalumų taip pat reikėtų pažymėti jo aukštą grynumo laipsnį ir proinsulino nebuvimą, taip pat tai, kad jis nesukelia alerginių reakcijų ir neturi kontraindikacijų.

Gana suprantamas dažnai užduodamas klausimas: iš ko tiksliai gaminamas rekombinantinis insulinas? Pasirodo, šį hormoną gamina mielių padermės, taip pat E. coli, patalpintos į specialią maistinę terpę. Be to, gautos medžiagos kiekis yra toks didelis, kad galima visiškai atsisakyti vaistų, gautų iš gyvūnų organų.

Žinoma, mes kalbame ne apie paprastą E. coli, o apie genetiškai modifikuotą, galinčią gaminti tirpų žmogaus genetiškai modifikuotą insuliną, kurio sudėtis ir savybės yra visiškai tokios pat kaip hormono, kurį gamina E. coli. sveiko žmogaus kasa.

Genetiškai modifikuoto insulino privalumai yra ne tik jo absoliutus panašumas į žmogaus hormoną, bet ir gamybos paprastumas, pakankamas žaliavų kiekis ir prieinama kaina.

Viso pasaulio mokslininkai rekombinantinio insulino gamybą vadina tikru proveržiu gydant diabetą. Šio atradimo reikšmė tokia didelė ir svarbi, kad ją sunku pervertinti. Pakanka tiesiog pažymėti, kad šiandien beveik 95% šio hormono poreikio patenkinama genetiškai modifikuoto insulino pagalba. Tuo pačiu metu tūkstančiai žmonių, kurie anksčiau kentė nuo alergijos vaistams, gavo galimybę gyventi įprastą gyvenimą.

Atsiliepimai ir komentarai

Aš sergu 2 tipo cukriniu diabetu – nuo ​​insulino nepriklausomu. Draugas patarė sumažinti cukraus kiekį kraujyje

Insulinas (iš lot. insula – sala) yra peptidinis hormonas, gaminamas kasos Langerhanso salelių beta ląstelėse. Jis turi daugialypį poveikį metabolizmui beveik visuose audiniuose.

Pagrindinė insulino funkcija yra užtikrinti ląstelių membranų pralaidumą gliukozės molekulėms. Supaprastinta forma galima teigti, kad ne tik angliavandeniai, bet ir bet kokios maistinės medžiagos galiausiai suskaidomos į gliukozę, kuri naudojama kitų anglies turinčių molekulių sintezei ir yra vienintelė kuro rūšis ląstelių energetiniams augalams – mitochondrijoms. . Be insulino ląstelės membranos pralaidumas gliukozei sumažėja 20 kartų, ląstelės miršta iš bado, o kraujyje ištirpusio cukraus perteklius apnuodija organizmą.

Sutrikusi insulino sekrecija dėl beta ląstelių sunaikinimo – absoliutus insulino trūkumas – yra pagrindinis 1 tipo cukrinio diabeto patogenezės elementas. Sutrikęs insulino poveikis audiniams – santykinis insulino trūkumas – vaidina svarbų vaidmenį 2 tipo cukrinio diabeto išsivystymui.

Insulino atradimo istorija siejama su rusų gydytojo I.M. Sobolevas (XIX a. antroji pusė), kuris įrodė, kad cukraus kiekį žmogaus kraujyje reguliuoja specialus kasos hormonas.

1922 metais iš gyvūno kasos išskirto insulino pirmą kartą buvo suleista diabetu sergančiam dešimties metų berniukui. rezultatas pranoko visus lūkesčius, o po metų amerikiečių kompanija Eli Lilly išleido pirmąjį gyvulinio insulino preparatą.

Gavęs pirmąją pramoninę insulino partiją, per ateinančius kelerius metus buvo nueita didžiuliu keliu jo izoliavimo ir valymo srityje. Dėl to hormonas tapo prieinamas pacientams, sergantiems 1 tipo cukriniu diabetu.

1935 m. danų mokslininkas Hagedornas optimizavo insulino veikimą organizme, pasiūlydamas ilgai veikiantį vaistą.

1952 metais buvo gauti pirmieji insulino kristalai, o 1954 metais anglų biochemikas G.Sangeris iššifravo insulino struktūrą. Sukūrus metodus, kaip išvalyti hormoną iš kitų hormoninių medžiagų ir insulino skilimo produktų, buvo galima gauti vienalytį insuliną, vadinamą vieno komponento insulinu.

70-ųjų pradžioje Sovietų mokslininkai A. Judajevas ir S. Švachkinas pasiūlė cheminę insulino sintezę, tačiau šios sintezės įgyvendinimas pramoniniu mastu buvo brangus ir nuostolingas.

Vėliau palaipsniui gerėjo insulino grynumas, o tai sumažino alergijos insulinui sukeltas problemas, inkstų sutrikimus, regėjimo sutrikimus ir imuninį atsparumą insulinui. Cukrinio diabeto pakaitinei terapijai reikėjo veiksmingiausio hormono – homologinio insulino, tai yra žmogaus insulino.

Devintajame dešimtmetyje molekulinės biologijos pažanga leido susintetinti abi žmogaus insulino grandines naudojant E.coli, kurios vėliau buvo sujungtos į biologiškai aktyvaus hormono molekulę, o Rusijos mokslų akademijos Bioorganinės chemijos institute – rekombinantinį. insulinas buvo gautas naudojant genetiškai modifikuotas E.coli padermes.

Afininės chromatografijos naudojimas žymiai sumažino teršiančių baltymų kiekį preparate, kurio mw didesnė nei insulino. Šie baltymai apima proinsuliną ir iš dalies suskaidytus proinsulinus, kurie gali sukelti anti-insulino antikūnų gamybą.

Žmogaus insulino vartojimas nuo pat gydymo pradžios sumažina alerginių reakcijų atsiradimą. Žmogaus insulinas absorbuojamas greičiau ir, nepaisant vaisto formos, veikimo trukmė yra trumpesnė nei gyvulinio insulino. Žmogaus insulinai yra mažiau imunogeniški nei kiaulių insulinai, ypač mišrūs galvijų ir kiaulių insulinai.

1. Insulino rūšys

Insulino preparatai skiriasi vienas nuo kito gryninimo laipsniu; gamybos šaltinis (galvijai, kiauliena, žmogus); į insulino tirpalą pridedamos medžiagos (ilginančios jo veikimą, bakteriostatinės ir kt.); koncentracijos; pH vertė; galimybė maišyti ICD su IPD.

Insulino preparatai skiriasi priklausomai nuo jų šaltinio. Kiaulių ir galvijų insulinas skiriasi nuo žmogaus insulino aminorūgščių sudėtimi: galvijų insulinas turi tris aminorūgštis, o kiaulienos insulinas – po vieną aminorūgštį. Nenuostabu, kad gydant galvijų insulinu nepageidaujamos reakcijos pasireiškia daug dažniau nei gydant kiaulių ar žmogaus insulinu. Šios reakcijos pasireiškia imunologiniu atsparumu insulinui, alergija insulinui, lipodistrofijomis (poodinių riebalų pokyčiais injekcijos vietoje).

Nepaisant akivaizdžių galvijų insulino trūkumų, jis vis dar plačiai naudojamas visame pasaulyje. Ir vis dėlto, galvijų insulino trūkumai imunologiniu požiūriu yra akivaizdūs: jokiu būdu nerekomenduojama jo skirti pacientams, sergantiems naujai diagnozuotu cukriniu diabetu, nėščioms moterims ar trumpalaikei insulino terapijai, pavyzdžiui, perioperaciniu laikotarpiu. Neigiamos galvijų insulino savybės išlieka, kai naudojamas mišinyje su kiauliena, todėl mišrus (kiauliena + galvijų) insulinas taip pat neturėtų būti naudojamas šių kategorijų pacientams gydyti.

Žmogaus insulino preparatai yra visiškai identiški žmogaus insulino cheminei struktūrai.

Pagrindinė žmogaus insulino gamybos biosintetinio metodo problema yra visiškas galutinio produkto išvalymas nuo menkiausių panaudotų mikroorganizmų ir jų medžiagų apykaitos produktų priemaišų. Nauji kokybės kontrolės metodai užtikrina, kad minėtų gamintojų biosintetiniai žmogaus insulinai būtų be jokių kenksmingų priemaišų; Taigi jų grynumo laipsnis ir gliukozės kiekį mažinantis efektyvumas atitinka aukščiausius reikalavimus ir yra beveik identiški. Šie insulino preparatai neturi jokio nepageidaujamo šalutinio poveikio, priklausomai nuo priemaišų.

Šiuo metu medicinos praktikoje naudojami trys insulino tipai:

Trumpo veikimo ir greito poveikio pradžios;

Vidutinė veikimo trukmė;

Ilgai veikiantis, lėtas poveikis.

1 lentelė. Prekinių insulino preparatų charakteristikos

Trumpo veikimo insulinas (RAI) – reguliarus insulinas – yra trumpo veikimo kristalinis cinko insulinas, tirpus esant neutraliam pH dydžiui, kurio poveikis pasireiškia per 15 minučių po suleidimo po oda ir trunka 5-7 valandas.

Pirmasis ilgo veikimo insulinas (LAI) buvo sukurtas XX amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pabaigoje, kad pacientai galėtų švirkšti rečiau nei vartojant vien ICD – jei įmanoma, kartą per dieną. Siekiant padidinti veikimo trukmę, visi kiti insulino preparatai yra modifikuojami ir, ištirpę neutralioje terpėje, sudaro suspensiją. Jose yra protamino fosfatiniame buferyje – protamino-cinko-insulino ir NPH (neutralus protaminas Hagedorn) – NPH-insulino arba įvairios koncentracijos cinko acetatiniame buferyje – ultralente, lente, semilente insulinai.

Vidutinio veikimo insulino preparatuose yra protamino, kuris yra vidutinės molekulinės masės baltymas. 4400, turtingas arginino ir gaunamas iš vaivorykštinio upėtakio miltų. Norint sudaryti kompleksą, reikalingas protamino ir insulino santykis 1:10. Suleidus po oda, proteolitiniai fermentai sunaikina protaminą, todėl insulinas gali būti absorbuojamas.

NPH insulinas nekeičia su juo sumaišyto reguliuojamojo insulino farmakokinetinio profilio. NPH insulinas yra geresnis nei insulinas lente kaip vidutinio veikimo komponentas terapiniuose mišiniuose, kurių sudėtyje yra reguliaraus insulino.

Fosfatiniame buferyje visi insulinai lengvai formuoja kristalus su cinku, tačiau tik galvijų insulino kristalai yra pakankamai hidrofobiški, kad užtikrintų lėtą ir ilgalaikį insulino išsiskyrimą, būdingą ultralentei. Kiaulienos insulino cinko kristalai ištirpsta greičiau, poveikis pasireiškia anksčiau, o veikimo trukmė trumpesnė. Todėl nėra Ultralente preparato, kuriame būtų tik kiaulienos insulinas. Vienkomponentis kiaulienos insulinas gaminamas insulino suspensijos, neutralaus insulino, izofano insulino ir aminochinurido insulino pavadinimais.

2. Insulino gavimas

Žmogaus insulinas gali būti gaminamas keturiais būdais:

1) visiška cheminė sintezė;

2) ekstrahavimas iš žmogaus kasos (abu šie būdai netinka dėl neefektyvumo: nepakankamo pirmojo metodo išvystymo ir žaliavos masinei gamybai antruoju būdu trūkumas);

3) pusiau sintetiniu metodu, kai kiaulienos insuline esančios aminorūgšties alanino B grandinės 30 padėtyje fermentas-cheminis pakeitimas treoninu;

4) biosintetiniu būdu naudojant genų inžinerijos technologiją. Paskutiniai du metodai leidžia gauti labai išgrynintą žmogaus insuliną.

Šiuo metu žmogaus insulinas daugiausia gaminamas dviem būdais: modifikuojant kiaulių insuliną sintetiniu-fermentiniu metodu ir genų inžinerijos būdu.

Insulinas buvo pirmasis baltymas, pagamintas komerciškai naudojant rekombinantinės DNR technologiją. Yra du pagrindiniai būdai gauti genetiškai modifikuotą žmogaus insuliną.

Pirmuoju atveju atliekama atskira (skirtingų gamintojų padermių) abiejų grandinių gamyba, po to molekulės lankstymas (disulfidinių tiltelių susidarymas) ir izoformų atskyrimas.

Antruoju atveju jis gaunamas pirmtako (proinsulino) pavidalu, po kurio vyksta fermentinis tripsino ir karboksipeptidazės B skaidymas iki aktyvios hormono formos. Šiuo metu tinkamiausias būdas yra gauti insuliną pirmtako pavidalu, užtikrinant teisingą disulfidinių tiltelių uždarymą (atskirai gaminant grandines, atliekami nuoseklūs denatūravimo, izoformų atskyrimo ir renatūravimo ciklai).

Taikant abu būdus, galima gauti pradinius komponentus (A ir B grandines arba proinsuliną) atskirai arba kaip hibridinių baltymų dalį. Be A ir B grandinių arba proinsulino, hibridiniuose baltymuose gali būti:

Baltymas nešiklis, užtikrinantis hibridinio baltymo pernešimą į ląstelės ar auginimo terpės periplazminę erdvę;

Afiniteto komponentas, kuris žymiai palengvina hibridinio baltymo išskyrimą.

Be to, abu šie komponentai vienu metu gali būti hibridiniame baltyme. Be to, kuriant hibridinius baltymus, gali būti naudojamas multimerizmo principas (tai yra, hibridiniame baltyme yra kelios tikslinio polipeptido kopijos), o tai gali žymiai padidinti tikslinio produkto išeigą.

Didžiojoje Britanijoje, naudojant E. coli, buvo susintetintos abi žmogaus insulino grandinės, kurios vėliau buvo sujungtos į biologiškai aktyvaus hormono molekulę. Kad vienaląstis organizmas savo ribosomose sintetintų insulino molekules, būtina jį aprūpinti reikiama programa, tai yra įvesti į jį hormono geną.

Cheminiu būdu gaunamas genas, programuojantis insulino pirmtako biosintezę, arba du genai, kurie atskirai programuoja insulino A ir B grandinių biosintezę.

Kitas žingsnis – insulino pirmtako geno (arba atskirų grandinių genų) įtraukimas į specialios laboratorijoje auginamos Escherichia coli padermės E. coli genomą. Šią užduotį atlieka genų inžinerija.

Plazmidė išskiriama iš E. coli naudojant atitinkamą restrikcijos fermentą. sintetinis genas įterpiamas į plazmidę (klonuojant su funkciškai aktyvia E. coli β-galaktozidazės C-galine dalimi). Dėl to E. coli įgyja gebėjimą sintetinti baltymų grandinę, susidedančią iš galaktozidazės ir insulino. Susintetinti polipeptidai chemiškai atskiriami nuo fermento, o po to išgryninami. Bakterijose vienoje bakterijų ląstelėje susintetinama apie 100 000 insulino molekulių.

E.coli gaminamos hormoninės medžiagos prigimtį lemia tai, koks genas įterpiamas į vienaląsčio organizmo genomą. Jei insulino pirmtako genas yra klonuotas, bakterija sintetina insulino pirmtaką, kuris vėliau yra apdorojamas restrikcijos fermentais, kad suskaldytų prepeptidą, kad būtų išskirtas C-peptidas, ir gaunamas biologiškai aktyvus insulinas.

Norint gauti išgrynintą žmogaus insuliną, hibridinis baltymas, išskirtas iš biomasės, yra cheminis-fermentinis transformavimas ir atitinkamas chromatografinis gryninimas (prentalinis, gelio pralaidumas, anijonų mainai).

Rusijos mokslų akademijos institute rekombinantinis insulinas buvo gautas naudojant genetiškai modifikuotus E. coli padermes. iš užaugintos biomasės išsiskiria pirmtakas – hibridinis baltymas, išreikštas 40% viso ląstelės baltymo, turintis preproinsulino. Jo pavertimas insulinu in vitro vyksta ta pačia seka kaip ir in vivo – pagrindinis polipeptidas yra atskilęs, preproinsulinas paverčiamas insulinu per oksidacinės sulfitolizės etapus, po to redukciniu būdu uždaromos trys disulfidinės jungtys ir fermentinė izoliacija. surišantis C-peptidas. Po daugybės chromatografinių gryninimų, įskaitant jonų mainus, gelį ir HPLC, gaunamas didelio grynumo ir natūralaus stiprumo žmogaus insulinas.

Galite naudoti padermę, kurios nukleotidų seka yra įmontuota į plazmidę, kuri išreiškia hibridinį baltymą, sudarytą iš linijinio proinsulino ir Staphylococcus aureus baltymo A fragmento, prijungto prie jo N galo per metionino liekaną.

Sočiosios rekombinantinės padermės ląstelių biomasės auginimas užtikrina hibridinio baltymo gamybos pradžią, kurio išskyrimas ir nuoseklus transformavimas mėgintuvėlyje veda į insuliną.

Galimas ir kitas būdas: bakterijų ekspresijos sistemoje gaunamas rekombinantinis sulietas baltymas, susidedantis iš žmogaus proinsulino ir prie jo per metionino liekaną prijungtos polihistidino „uodegėlės“. Jis išskiriamas naudojant chelatinę chromatografiją Ni-agarozės kolonėlėse iš inkliuzinių kūnų ir suardomas cianogeno bromidu.

Išskirtas baltymas yra S-sulfonuotas. Gauto proinsulino, išgryninto anijonų mainų chromatografija ir RP (atvirkštinės fazės) HPLC (didelio efektyvumo skysčių chromatografija), kartografavimas ir masės spektrometrinė analizė rodo, kad yra disulfidinių tiltelių, atitinkančių natūralaus žmogaus proinsulino disulfidinius tiltelius.

Pastaruoju metu daug dėmesio skiriama rekombinantinio insulino gavimo genų inžinerijos metodais procedūros supaprastinimui. Pavyzdžiui, galima gauti sulietą baltymą, susidedantį iš interleukino 2 lyderio peptido, prijungto prie proinsulino N galo per lizino liekaną. Baltymas yra efektyviai ekspresuojamas ir lokalizuotas inkliuziniuose kūnuose. Išskirtas baltymas virškinamas tripsinu, kad susidarytų insulinas ir C-peptidas.

Gautas insulinas ir C-peptidas buvo išgryninti RP HPLC. Kuriant sulietas konstrukcijas labai svarbus baltymo nešiklio ir tikslinio polipeptido masės santykis. C-peptidai sujungiami nuo galvos iki uodegos, naudojant aminorūgščių tarpiklius, turinčius Sfi I restrikcijos vietą ir dvi arginino liekanas tarpiklio pradžioje ir pabaigoje, kad vėliau baltymai būtų skaidomi tripsinu. Skilimo produktų HPLC rodo, kad C-peptido skilimas yra kiekybinis, ir tai leidžia naudoti multimerinį sintetinį genų metodą tikslinių polipeptidų gamybai pramoniniu mastu.

1. Biotechnologija: vadovėlis universitetams / Red. N.S. Egorova, V.D. Samuilova.- M.: Aukštoji mokykla, 1987, 15-25 p.

2. Genetiškai modifikuotas žmogaus insulinas. Chromatografinio atskyrimo efektyvumo didinimas naudojant bifunkcionalumo principą. / Romančikovas A.B., Jakimovas S.A., Klyushnichenko V.E., Arutunyanas A.M., Vulfsonas A.N. // Bioribinė chemija, 1997 - 23, Nr. 2

3. Glick B., Pasternak J. Molekulinė biotechnologija. Principai ir taikymas. M.: Mir, 2002 m.

4. Egorovas N. S., Samuilovas V. D. Šiuolaikiniai pramoninių mikroorganizmų padermių kūrimo metodai // Biotechnologija. Knyga 2. M.: Aukštoji mokykla, 1988. 208 p.

5. Tripsino ir karboksipeptidazės B imobilizavimas ant modifikuotų silicio dioksido ir jų panaudojimas paverčiant rekombinantinį žmogaus proinsuliną į insuliną. / Kudryavtseva N.E., Zhigis L.S., Zubov V.P., Vulfson A.I., Maltsev K.V., Rumsh L.D. // Chem.-pharmac. zh., 1995 - 29, Nr.1 ​​61 - 64 p.

6. Molekulinė biologija. Baltymų sandara ir funkcijos./ Stepanovas V. M.// Maskva, aukštoji mokykla, 1996 m.

7. Farmacinės biotechnologijos pagrindai: vadovėlis / T.P. Priščepas, V.S. Chuchalin, K.L. Zaikovas, L.K. Michaleva. – Rostovas prie Dono: Finiksas; Tomskas: NTL leidykla, 2006 m.

8. Insulino fragmentų sintezė ir jų fizikinių-cheminių bei imunologinių savybių tyrimas. / Panin L.E., Tuzikovas F.V., Poteryayeva O.N., Maksyutov A.Z., Tuzikova N.A., Sabirov A.N. // Bioorganinė chemija, 1997 - 23, Nr. 12 p. 953 - 960.

Insulinas yra gyvybę gelbstintis vaistas, pakeitęs daugelio diabetu sergančių žmonių gyvenimus.

Per visą XX amžiaus medicinos ir farmacijos istoriją galima išskirti, ko gero, tik vieną tokios pat svarbos vaistų grupę – antibiotikus. Jie, kaip ir insulinas, labai greitai pateko į mediciną ir padėjo išgelbėti daugybę žmonių gyvybių.

Cukrinio diabeto diena Pasaulio sveikatos organizacijos iniciatyva minima kasmet nuo 1991 m., minint kanadiečio fiziologo F. Bantingo, kartu su J. J. McLeodu atradusio hormoną insuliną, gimtadienį. Pažiūrėkime, kaip šis hormonas gaunamas ir gaminamas.

Kuo insulino preparatai skiriasi vienas nuo kito?

1. Išvalymo laipsnis.
2. Gamybos šaltinis yra kiauliena, jautiena arba žmogaus insulinas.
3. Papildomi komponentai, įtraukti į vaisto tirpalą, yra konservantai, veikimo prailgintojai ir kiti.
4. Koncentracija.
5. tirpalo pH.
6. Galimybė maišyti trumpai veikiančius ir ilgai veikiančius vaistus.

Insulinas yra hormonas, kurį gamina specialios kasos ląstelės. Tai dvigubos grandinės baltymas, turintis 51 aminorūgštį.

Kasmet pasaulyje suvartojama apie 6 milijardus vienetų insulino (1 vienetas yra 42 mcg medžiagos). Insulino gamyba yra aukštųjų technologijų ir atliekama tik pramoniniais metodais.

Insulino šaltiniai

Šiuo metu, priklausomai nuo gamybos šaltinio, išskiriamas kiaulienos insulinas ir žmogaus insulino preparatai.

Kiaulių insulinas dabar turi labai aukštą gryninimo laipsnį, turi gerą hipoglikeminį poveikį ir praktiškai nėra alerginių reakcijų.

Žmogaus insulino preparatai savo chemine struktūra visiškai atitinka žmogaus hormoną. Paprastai jie gaminami biosintezės būdu, naudojant genų inžinerijos technologijas.

Didelės gamybos įmonės naudoja gamybos metodus, kurie užtikrina, kad jų gaminiai atitiktų visus kokybės standartus. Didelių žmogaus ir kiaulių monokomponentinio insulino (ty labai išgryninto) veikimo skirtumų nenustatyta, daugelio tyrimų duomenimis, imuninės sistemos atžvilgiu skirtumas yra minimalus.

Pagalbiniai komponentai, naudojami insulino gamyboje

Buteliuke su vaistu yra tirpalo, kuriame yra ne tik paties hormono insulino, bet ir kitų junginių. Kiekvienas iš jų atlieka savo specifinį vaidmenį:

• vaisto poveikio pailgėjimas;
• tirpalo dezinfekcija;
• tirpalo buferinių savybių buvimas ir neutralaus pH (rūgščių-šarmų balanso) palaikymas.

Insulino veikimo pailginimas

Norint sukurti ilgai veikiantį insuliną, į įprasto insulino tirpalą pridedamas vienas iš dviejų junginių: cinko arba protamino. Atsižvelgiant į tai, visi insulinai gali būti suskirstyti į dvi grupes:

• protamino insulinai – protafanas, insulinas bazinis, NPH, humulinas N;
• cinko insulinai – insulino-cinko suspensija mono-tard, lente, humulino-cinko.

Protaminas yra baltymas, tačiau nepageidaujamos reakcijos, tokios kaip alergija jam, yra labai retos.

Norint sukurti neutralią tirpalo aplinką, į jį pridedamas fosfatinis buferis. Reikia atsiminti, kad insulino, kurio sudėtyje yra fosfatų, griežtai draudžiama derinti su insulino-cinko suspensija (IZS), nes cinko fosfatas nusėda ir cinko insulino poveikis sutrumpėja labiausiai nenuspėjamu būdu.

Dezinfekavimo komponentai

Kai kurie junginiai, kurie pagal farmakotechnologinius kriterijus jau turėtų būti įtraukti į vaistą, turi dezinfekuojantį poveikį. Tai krezolis ir fenolis (abu jie turi specifinį kvapą), taip pat metilo parabenzoatas (metilparabenas), kuris neturi kvapo.

Bet kurio iš šių konservantų įvedimas sukelia specifinį kai kurių insulino preparatų kvapą. Visi konservantai tokiais kiekiais, kokiais jie yra insulino preparatuose, neturi jokio neigiamo poveikio.

Protamino insulinuose paprastai yra krezolio arba fenolio. Fenolio negalima dėti į ICS tirpalus, nes jis keičia hormono dalelių fizines savybes. Šie vaistai apima metilparabeną. Cinko jonai tirpale taip pat turi antimikrobinį poveikį.

Dėl šios daugiapakopės antibakterinės apsaugos naudojant konservantus išvengiama galimų komplikacijų, kurias gali sukelti bakterinė tarša, kai adata pakartotinai įsmeigta į buteliuką su tirpalu.

Dėl tokio apsaugos mechanizmo pacientas 5–7 dienas gali naudoti tą patį švirkštą poodinėms vaisto injekcijoms (su sąlyga, kad švirkštą naudoja tik jis). Be to, konservantai leidžia nenaudoti alkoholio odos gydymui prieš injekciją, o vėlgi tik tuo atveju, jei pacientas pats susileidžia švirkštu su plona adata (insulinu).

Insulino švirkštų kalibravimas

Pirmuosiuose insulino preparatuose viename ml tirpalo buvo tik vienas hormono vienetas. Vėliau koncentracija buvo padidinta. Daugumoje Rusijoje naudojamų insulino preparatų buteliukuose yra 40 vienetų 1 ml tirpalo. Buteliukai dažniausiai žymimi simboliu U-40 arba 40 vnt./ml.

Jie skirti plačiai naudoti būtent tokiam insulinui ir kalibruojami tokiu principu: švirkštu ištraukęs 0,5 ml tirpalo žmogus priauga 20 vienetų, 0,35 ml atitinka 10 vienetų ir pan.

Kiekviena žyma ant švirkšto yra lygi tam tikram tūriui, o pacientas jau žino, kiek vienetų yra šiame tūryje. Taigi, švirkštų kalibravimas yra kalibravimas pagal vaisto tūrį, skirtą naudoti U-40 insuliną. 0,1 ml vaisto yra 4 vienetai insulino, 0,15 ml - 6 vienetai ir tt iki 40 vienetų, kurie atitinka 1 ml tirpalo.

Kai kuriose šalyse naudojamas insulinas, kurio 1 ml yra 100 vienetų (U-100). Tokiems vaistams gaminami specialūs insulino švirkštai, kurie yra panašūs į aukščiau aptartus, tačiau jų kalibravimas skiriasi.

Jame atsižvelgiama būtent į šią koncentraciją (ji yra 2,5 karto didesnė nei standartinė). Tokiu atveju insulino dozė pacientui natūraliai išlieka ta pati, nes ji patenkina organizmo poreikį tam tikram insulino kiekiui.

Tai yra, jei pacientas anksčiau vartojo vaistą U-40 ir per dieną suleido 40 vienetų hormono, tada jis turėtų gauti tuos pačius 40 vienetų, kai švirkščiamas insulinas U-100, bet jo skiriama 2,5 karto mažesniu kiekiu. Tai yra, tie patys 40 vienetų bus 0,4 ml tirpalo.

Deja, ne visi gydytojai, o ypač sergantys cukriniu diabetu, apie tai žino. Pirmieji sunkumai prasidėjo, kai kai kurie pacientai pradėjo naudoti insulino injektorius (švirkštus-švirkštus), kuriuose naudojami švirkštimo priemonės užpildai (specialios kasetės), kuriuose yra U-40 insulino.

Jei užpildysite tokį švirkštą tirpalu, pažymėtu U-100, pavyzdžiui, iki 20 vienetų (tai yra 0,5 ml), tada šiame tūryje bus net 50 vienetų vaisto.

Kiekvieną kartą, užpildydamas įprastus švirkštus insulino U-100 ir žiūrėdamas į vieneto ribą, žmogus išgers 2,5 karto didesnę dozę nei nurodyta šioje žymoje. Jei nei gydytojas, nei pacientas laiku nepastebi šios klaidos, yra didelė tikimybė susirgti sunkia hipoglikemija dėl nuolatinio vaisto perdozavimo, o tai dažnai atsitinka praktikoje.

Kita vertus, kartais yra insulino švirkštų, sukalibruotų specialiai U-100 vaistui. Jei toks švirkštas per klaidą pripildytas įprasto U-40 tirpalo, insulino dozė švirkšte bus 2,5 karto mažesnė už tą, kuri parašyta šalia atitinkamos žymės ant švirkšto.

Dėl to gali iš pažiūros nepaaiškinamai padidėti gliukozės kiekis kraujyje. Tiesą sakant, viskas yra gana logiška - kiekvienai vaisto koncentracijai reikia naudoti tinkamą švirkštą.

Kai kuriose šalyse, pavyzdžiui, Šveicarijoje, buvo kruopščiai apgalvotas planas, pagal kurį buvo atliktas kompetentingas perėjimas prie insulino preparatų, pažymėtų U-100. Bet tam reikalingas glaudus visų suinteresuotų šalių kontaktas: daugelio specialybių gydytojai, pacientai, slaugytojos iš bet kurių skyrių, vaistininkai, gamintojai, valdžios institucijos.

Mūsų šalyje labai sunku visus pacientus pakeisti tik U-100 insulino vartojimu, nes dėl to greičiausiai padaugės klaidų nustatant dozę.

Kombinuotas trumpo ir ilgo veikimo insulino vartojimas

Šiuolaikinėje medicinoje cukrinis diabetas, ypač 1 tipo, dažniausiai gydomas dviejų tipų insulino – trumpo ir ilgo veikimo – deriniu.

Pacientams būtų daug patogiau, jei viename švirkšte būtų galima sujungti skirtingos veikimo trukmės vaistus ir leisti juos vienu metu, kad būtų išvengta dvigubo odos pradūrimo.

Daugelis gydytojų nežino, kas lemia galimybę maišyti skirtingus insulinus. Tai pagrįsta cheminiu ir galeniniu (nustatytu pagal sudėtį) ilgalaikio ir trumpo veikimo insulinų suderinamumu.

Labai svarbu, kad sumaišius dviejų rūšių vaistus, greitas trumpo veikimo insulino veikimo pradžia neprailgtų arba išnyktų.

Įrodyta, kad trumpai veikiantį vaistą galima derinti vienoje injekcijoje su protamino insulinu, o trumpo veikimo insulino atsiradimas nevėluoja, nes tirpus insulinas nesijungia su protaminu.

Šiuo atveju vaisto gamintojas neturi reikšmės. Pavyzdžiui, jis gali būti derinamas su humulinu N arba protafanu. Be to, galima laikyti šių vaistų mišinius.

Kalbant apie cinko-insulino preparatus, seniai nustatyta, kad insulino-cinko suspensija (kristalinė) negali būti derinama su trumpo veikimo insulinu, nes ji jungiasi su cinko jonų pertekliumi ir virsta ilgai veikiančiu insulinu, kartais iš dalies.

Kai kurie pacientai pirmiausia suleidžia trumpai veikiančio vaisto, tada, neištraukę adatos iš po odos, šiek tiek pakeičia jos kryptį ir pro ją suleidžia cinko insulino.

Dėl šio vartojimo būdo atlikta nemažai mokslinių tyrimų, todėl neatmetama galimybė, kad kai kuriais atvejais taikant šį injekcijos būdą po oda gali susidaryti cinko-insulino ir trumpai veikiančio vaisto kompleksas, dėl to sutrinka pastarųjų įsisavinimas.

Todėl trumpo veikimo insuliną geriau leisti visiškai atskirai nuo cinko insulino, daryti dvi atskiras injekcijas į odos vietas, esančias ne mažiau kaip 1 cm atstumu viena nuo kitos.Tai nėra patogu, ko negalima pasakyti apie standartinė dozė.

Kombinuoti insulinai

Dabar farmacijos pramonė gamina kombinuotus vaistus, kurių sudėtyje yra trumpo veikimo insulino kartu su protamino insulinu griežtai nustatyta procentine dalimi. Tokie vaistai apima:

• mixtard,
• aktrafanas,
• insuman com.

Veiksmingiausi yra tie deriniai, kuriuose trumpo ir ilgo veikimo insulino santykis yra 30:70 arba 25:75. Šis santykis visada nurodomas kiekvieno konkretaus vaisto vartojimo instrukcijose.

Tokie vaistai labiausiai tinka žmonėms, kurie laikosi nuolatinės dietos ir nuolatos fiziškai aktyvūs. Pavyzdžiui, juos dažnai vartoja vyresnio amžiaus pacientai, sergantys 2 tipo cukriniu diabetu.

Kombinuoti insulinai netinka vadinamajai „lanksčiai“ insulino terapijai, kai reikia nuolat keisti trumpo veikimo insulino dozę.

Pavyzdžiui, tai reikėtų daryti keičiant angliavandenių kiekį maiste, mažinant ar didinant fizinį aktyvumą ir pan. Šiuo atveju bazinio insulino (ilgo veikimo) dozė praktiškai nesikeičia.

Šiuo metu PSO (Pasaulio sveikatos organizacijos) duomenimis, pasaulyje yra apie 110 mln. žmonių, sergančių diabetu. Ir per ateinančius 25 metus šis skaičius gali padvigubėti. Cukrinis diabetas yra baisi liga, kurią sukelia sutrikusi kasos veikla, gaminanti hormoną insuliną, kuris yra būtinas normaliam angliavandenių, esančių maiste, panaudojimui. Pradinėse ligos stadijose pakanka naudoti profilaktikos priemones, reguliariai stebėti cukraus kiekį kraujyje, vartoti mažiau saldumynų. Tačiau insulino terapija yra skirta 10 milijonų pacientų; į kraują suleidžia šio hormono vaistų. Nuo praėjusio amžiaus XX amžiaus šiems tikslams buvo naudojamas insulinas, išskirtas iš kiaulių ir veršelių kasos. Gyvūninis insulinas panašus į žmogaus insuliną, skirtumas tas, kad kiaulės insulino molekulėje, skirtingai nei žmogaus insulino, vienoje iš grandinių aminorūgštis treoninas pakeičiama alaninu. Manoma, kad šie nedideli skirtumai gali sukelti rimtų inkstų veiklos sutrikimų, regos sutrikimų ir alergijų pacientams). Be to, nepaisant didelio gryninimo laipsnio, negalima atmesti galimybės, kad virusai gali būti perduodami iš gyvūnų žmonėms. Ir galiausiai, sergančiųjų cukriniu diabetu skaičius auga taip sparčiai, kad gyvuliniu insulinu aprūpinti visų skurstančiųjų nebeįmanoma. Ir tai labai brangus vaistas.

Pirmą kartą insuliną iš galvijų kasos 1921 m. išskyrė F. Bantingas ir C. Bestas. Jį sudaro dvi polipeptidinės grandinės, sujungtos dviem disulfidinėmis jungtimis. Polipeptido grandinėje A yra 21 aminorūgšties liekana, o grandinėje B yra 30 aminorūgščių liekanų, insulino molekulinė masė yra 5,7 kDa. Žemiau yra žmogaus insulino aminorūgščių seka:

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

Insulino struktūra yra gana konservatyvi. Žmogaus insulino ir daugelio gyvūnų aminorūgščių seka skiriasi tik 1-2 aminorūgštimis. Žuvyse, palyginti su gyvūnais, B grandinė yra didesnė ir joje yra 32 aminorūgščių liekanos.

Jo kaina buvo labai didelė. Norint gauti 100 g kristalinio insulino, reikia 800-1000 kg kasos, o viena karvės liauka sveria 200-250 gramų. Dėl to insulinas buvo brangus ir sunkiai prieinamas daugeliui diabetu sergančių žmonių.

70-ųjų pradžioje gimusi genų inžinerija šiandien padarė didelę pažangą. Genų inžinerijos metodai paverčia bakterijų, mielių ir žinduolių ląsteles į „fabrikus“, skirtus didelio masto bet kokių baltymų gamybai. Tai leidžia detaliai išanalizuoti baltymų struktūrą ir funkcijas bei naudoti juos kaip vaistus. Šiuo metu Escherichia coli (E. coli) tapo tokių svarbių hormonų, kaip insulinas ir somatotropinas, tiekėja.

1978 m. Genentech mokslininkai pirmą kartą pagamino insuliną specialiai sukurtoje Escherichia coli padermėje. Insulinas susideda iš dviejų polipeptidinių grandinių A ir B, kurių ilgis yra 20 ir 30 aminorūgščių. Kai juos sujungia disulfidiniai ryšiai, susidaro natūralus dvigubos grandinės insulinas. Įrodyta, kad jame nėra E. coli baltymų, endotoksinų ir kitų priemaišų, nesukelia šalutinio poveikio, kaip gyvulinis insulinas, ir nesiskiria nuo jo biologiniu aktyvumu. Vėliau E. coli ląstelėse buvo susintetintas proinsulinas, kurio DNR kopija buvo susintetinta ant RNR šablono, naudojant atvirkštinę transkriptazę. Išvalius gautą proinsuliną, jis buvo padalintas į natūralų insuliną, o hormono ekstrahavimo ir išskyrimo etapai buvo sumažinti. Iš 1000 litrų kultūrinio skysčio galima gauti iki 200 gramų hormono, o tai prilygsta insulino kiekiui, išsiskiriančiam iš 1600 kg kiaulės ar karvės kasos.

Gyvūnams ir žmonėms insulinas sintetinamas Largehanso salelių β ląstelėse. Genai, koduojantys šį baltymą žmonėms, yra lokalizuoti trumpojoje 11 chromosomos rankoje. Subrendusią insulino mRNR sudaro 330 nukleotidų, kurie atitinka 110 aminorūgščių liekanų. Būtent tokiame jų kiekyje yra insulino pirmtako – preproinsulino. Jį sudaro viena polipeptidinė grandinė, kurios N gale yra signalinis peptidas (24 aminorūgštys), o tarp A ir B grandinių yra C peptidas, kuriame yra 35 aminorūgščių liekanos.

Insulino brendimo procesas prasideda endoplazminio tinklo ciscernuose, kur, veikiant signalazės fermentui, signalinis peptidas yra atskilęs nuo N-galo. Toliau Golgi aparate, veikiant endopeptidazėms, išpjaunamas C-peptidas ir susidaro subrendęs insulinas. Golgi aparato trans pusėje naujai susintetintas hormonas susijungia su cinku, sudarydamas supramolekulines struktūras (tri-, tetra-, penta- ir heksamerus), kurios vėliau pereina į sekrecines granules.

Pastarieji atsiskiria nuo Golgi aparato, pereina į citoplazminę membraną, su ja susijungia, o insulinas išskiriamas į kraują. Hormonų sekrecijos greitį lemia gliukozės ir Ca 2+ jonų koncentracija kraujyje. Adrenalinas slopina insulino išsiskyrimą, o hormonai, tokie kaip TSH ir AKTH, atvirkščiai, skatina jo išsiskyrimą. Kraujyje insulinas randamas dviejų formų: laisvas ir surištas su baltymais, daugiausia su transferinu ir α2-globulinu. Insulino pusinės eliminacijos laikas yra apie penkias minutes, o irimas prasideda kraujyje, nes Raudonuosiuose kraujo kūneliuose yra insulino receptorių ir gana aktyvios insuliną skaidančios sistemos. Eritrocitų insulinazė yra nuo Ca priklausoma tiolio proteinazė, veikianti kartu su glutationo-insulino-irano hidrogenaze, kuri skaido disulfidinius ryšius tarp dviejų insulino polipeptidinių grandinių.

Insulino suskaidymas ir skilimas pirmiausia vyksta kepenyse, inkstuose ir placentoje.

Insulino fragmentai turi biologinį aktyvumą ir dalyvauja daugelyje medžiagų apykaitos procesų. Viena iš pagrindinių insulino funkcijų yra gliukozės, aminorūgščių, jonų ir kitų metabolitų transportavimo į kepenų, inkstų, kitų organų riebalinio audinio ląsteles reguliavimas. Šio hormono veikimo mechanizmas skiriasi nuo kitų peptidinių hormonų ir yra unikalus medžiagų apykaitos procesų reguliavime. Insulino receptorius yra tetrameras, susidedantis iš dviejų α- ir dviejų β-subvienetų, iš kurių vienas turi tiroksinazės aktyvumą. Insulinas, sąveikaudamas su α-subvienetais, esančiais citoplazminės membranos paviršiuje, sudaro hormonų-receptorių kompleksą. Dėl konformacinių tetramero pokyčių suaktyvėja transmembraninis receptoriaus β-subvienetas, turintis tirozino kinazės aktyvumą. Aktyvi tirozino kinazė geba fosforilinti membranos baltymus, susidaro membranos kanalai, kuriais gliukozė ir kiti metabolitai prasiskverbia į ląsteles. Laisvas insulinas, veikiamas audinių insulinazės, suskaidomas į septynias frakcijas, iš kurių penkios turi biologinį aktyvumą.

Be to, insulinas stimuliuoja daugybę biosintezės procesų: nukleotidų, nukleorūgščių, glikolizės fermentų ir pentozės fosfato ciklo bei glikogeno sintezę. Riebaliniame audinyje insulinas aktyvina acetil Co A ir riebalų rūgščių susidarymą. Tai vienas iš cholesterolio, glicerolio ir gliceratkinazės sintezės induktorių.

Mutacijos insulino geno struktūroje, potranskripcijos ir potransliacinio apdorojimo mechanizmų sutrikimas lemia netinkamų insulino molekulių susidarymą ir dėl to šio hormono reguliuojamų medžiagų apykaitos procesų sutrikimą. Dėl to išsivysto rimta liga – cukrinis diabetas.

Dirbtinio insulino gamybos technologijos plėtra iš tiesų yra genetikų triumfas. Pirmiausia specialiais metodais buvo nustatyta šio hormono molekulės struktūra, joje esančių aminorūgščių sudėtis ir seka. 1963 metais insulino molekulė buvo susintetinta biocheminiais metodais. Tačiau tokią brangią ir sudėtingą sintezę, apimančią 170 cheminių reakcijų, pramoniniu mastu atlikti buvo sunku.

Todėl atliekant tolesnius tyrimus buvo akcentuojamas biologinės hormono sintezės mikrobų ląstelėse technologijos kūrimas, kuriam buvo panaudotas visas genų inžinerijos metodų arsenalas. Žinodami aminorūgščių seką insulino molekulėje, mokslininkai apskaičiavo, kokia turi būti šį baltymą koduojančio geno nukleotidų seka, kad būtų gauta norima aminorūgščių seka. Jie pagal tam tikrą seką iš atskirų nukleotidų „surinko“ DNR molekulę, „pridėjo“ prie jos prokariotinio organizmo E. coli genų ekspresijai būtinus reguliavimo elementus ir integravo šį konstruktą į mikrobo genetinę medžiagą. Dėl to bakterija sugebėjo pagaminti dvi insulino molekulės grandines, kurias vėliau buvo galima sujungti naudojant cheminę reakciją, kad būtų gauta visa insulino molekulė.

Galiausiai mokslininkams pavyko atlikti proinsulino molekulės, o ne tik atskirų jos grandinių, biosintezę E. coli ląstelėse. Po biosintezės proinsulino molekulė gali atitinkamai transformuotis (tarp grandinių A ir B susidaro disulfidiniai ryšiai), virsta insulino molekule. Ši technologija turi didelių pranašumų, nes įvairūs hormono ekstrahavimo ir išsiskyrimo etapai sumažinami iki minimumo. Kuriant šią technologiją buvo išskirta proinsulino pasiuntinio RNR. Naudojant jį kaip šabloną, jį papildanti DNR molekulė buvo susintetinta naudojant fermentą atvirkštinę transkriptazę, kuri buvo beveik tiksli natūralaus insulino geno kopija. Sujungus reikiamus reguliavimo elementus prie geno ir perkėlus konstruktą į E. coli genetinę medžiagą

Mikrobiologinėje gamykloje atsirado galimybė gaminti insuliną neribotais kiekiais. Jo tyrimai parodė beveik visišką tapatumą su natūraliu žmogaus insulinu. Jis yra daug pigesnis nei gyvulinis insulinas ir nesukelia komplikacijų.

Somatotropinas yra žmogaus augimo hormonas, kurį išskiria hipofizė. Šio hormono trūkumas sukelia hipofizės nykštukumą. Jei somatotropino skiriama po 10 mg/kg kūno svorio tris kartus per savaitę, tai per metus jo stokos kenčiantis vaikas gali užaugti 6 cm.Anksčiau buvo gautas iš lavoninės medžiagos, iš vieno lavono: 4 - 6 mg somatotropino galutiniame farmaciniame produkte. Taigi, turimi hormono kiekiai buvo riboti, be to, šiuo metodu gautas hormonas buvo nevienalytis ir jame galėjo būti lėtai augančių virusų. 1980 m. įmonė „Genentec“ sukūrė somatotropino gamybos technologiją naudojant bakterijas, kuriai nebuvo šių trūkumų. 1982 metais Pasteur institute Prancūzijoje žmogaus augimo hormonas buvo gautas E. coli ir gyvūnų ląstelių kultūroje, o 1984 metais SSRS pradėta pramoninė insulino gamyba. Interferono gamyboje naudojama ir E. coli, S. cerevisae (mielės), ir fibroblastų ar transformuotų leukocitų kultūra. Panašiais metodais gaunamos ir saugios bei pigios vakcinos.

Rekombinantinės DNR technologija paremta labai specifinių DNR zondų gamyba, kurie naudojami tiriant genų raišką audiniuose, genų lokalizaciją chromosomose, identifikuoti genus su susijusiomis funkcijomis (pavyzdžiui, žmonėms ir vištoms). DNR zondai taip pat naudojami diagnozuojant įvairias ligas.

Rekombinantinės DNR technologija suteikė galimybę taikyti netradicinį baltymų ir genų metodą, vadinamą atvirkštine genetika. Taikant šį metodą, baltymas išskiriamas iš ląstelės, šio baltymo genas klonuojamas ir modifikuojamas, sukuriant mutantinį geną, koduojantį pakitusią baltymo formą. Gautas genas įvedamas į ląstelę. Jei jis ekspresuojamas, jį nešanti ląstelė ir jos palikuonys sintetins pakitusį baltymą. Tokiu būdu galima koreguoti sugedusius genus ir gydyti paveldimas ligas.

Jei hibridinė DNR įvedama į apvaisintą kiaušinėlį, gali atsirasti transgeninių organizmų, kurie ekspresuoja mutantinį geną ir perduoda jį savo palikuonims. Gyvūnų genetinė transformacija leidžia nustatyti atskirų genų ir jų baltymų produktų vaidmenį tiek reguliuojant kitų genų veiklą, tiek įvairiuose patologiniuose procesuose. Genų inžinerijos pagalba sukurtos virusinėms ligoms atsparių gyvūnų linijos, taip pat gyvūnų veislės, turinčios žmogui naudingų savybių. Pavyzdžiui, rekombinantinės DNR, turinčios galvijų somatotropino geną, mikroinjekcija į triušio zigotą leido gauti transgeninį gyvūną, turintį šio hormono hiperprodukciją. Gauti gyvūnai turėjo ryškią akromegaliją.

Dabar net sunku nuspėti visas galimybes, kurios bus įgyvendintos per artimiausius kelis dešimtmečius.

5 paskaita. Integruotas biologinių žaliavų perdirbimas

Integruotas biologinių žaliavų perdirbimas suprantamas kaip technologinių procesų (technologijų) visuma, kuria siekiama iš vieno šaltinio gauti įvairios prigimties produktus. Toks šaltinis gali būti pramoninių mikroorganizmų biomasė, dumbliai, augalų ir gyvūnų ląstelės bei žemės ūkio atliekos.

Kartu svarbu, kad visų kompleksinio žaliavų perdirbimo produktų savikaina būtų mažesnė už kiekvienos rūšies komercinio produkto, gauto gamyboje, sąnaudų sumą, atsižvelgiant į aplinkosaugos priemonių sąnaudas. Tai ypač svarbu apdorojant biologines žaliavas, kurios apima natūralius baltymų, angliavandenių, lipidų ir nukleotidų biopolimerus. Ląstelės, kuriose jų yra dideliais kiekiais, yra svarbios sudėtingam apdorojimui, nes leidžia iš jų išskirti vertingus produktus, pirmiausia maisto ir medicinos reikmėms.

Natūralių biopolimerų fizikinių ir cheminių savybių skirtumai nulemia jų išskyrimo ir valymo technologinių metodų pasirinkimą. Pavyzdžiui, mikrobiologinių žaliavų kompleksinio apdorojimo gylis gali būti skirtingas. Jame naudojamos technologijos turi būti lanksčios, o gaminių apimtis – atitikti rinkos poreikius. Apdorojant mikrobų masę lipidų produktams gauti, naudojamos bakterijos, mielės, mikroskopiniai grybai ir dumbliai. Polinukleotidų ir baltymų produktai gaunami iš bakterijų ir mielių biomasės.

Biotechnologinėje produktų gamyboje pagrindas yra įranga, ypač įranga, susijusi su fermentacijos stadija, nes ji lemia bioproduktų ir kultūros skysčio sudėtį ir savybes. Be to, dažniausiai būtent fermentacijos stadijoje nustatomi pagrindiniai biotechnologinės gamybos ekonominiai rodikliai ir gaunamų bioproduktų konkurencingumas.

Yra įvairių biotechnologinių būdų fermentacijai intensyvinti: aktyvesnio gamintojo padermės naudojimas, aparatūros tobulinimas, maistinės terpės sudėties ir auginimo sąlygų optimizavimas, biostimuliatorių, emulsiklių naudojimas ir kt. Visi jie gali užtikrinti maksimalų biotechnologinio proceso produktyvumą ir padidinti galutinio produkto išeigą.

Tuo pačiu metu įranga turi didžiausią įtaką fermentacijos proceso pobūdžiui ir galutiniams jo technologiniams rodikliams. Atsižvelgdami į šiuo metu biocheminėje gamyboje naudojamų fermentacijos aparatų įvairovę, galime daryti išvadą, kad visuose reaktoriuose vyksta tam tikri fizikiniai procesai (hidrodinaminiai, terminiai ir masės pernešimas), kurių pagalba sukuriamos optimalios sąlygos faktiniam biocheminiam medžiagos transformavimui ( biocheminė reakcija).

Šiems fizikiniams procesams atlikti biocheminiame reaktoriuje yra įrengti standartiniai konstrukciniai elementai, kurie taip pat plačiai naudojami cheminiuose aparatuose, skirtuose patiems fizikiniams procesams atlikti (maišytuvai, kontaktiniai įtaisai, šilumokaičiai, dispergentai ir kt.). Bet kokios konstrukcijos fermentatorius turi atitikti pagrindinius ląstelių auginimo proceso reikalavimus: užtikrinti kiekvienos ląstelės aprūpinimą maistinėmis medžiagomis, medžiagų apykaitos produktų pašalinimą, optimalių veikimo parametrų palaikymą, reikiamą aeracijos, maišymo lygį, aukštą lygį. automatikos ir kt.

Biochemijos svarba biotechnologijoje

Fundamentalioji biochemija yra daugelio biologijos mokslų, tokių kaip genetika, fiziologija, imunologija, mikrobiologija, pagrindas. Ląstelių ir genų inžinerijos pažanga pastaraisiais metais gerokai priartino biochemiją prie zoologijos ir botanikos. Biochemija turi didelę reikšmę tokiems mokslams kaip farmakologija ir farmacija. Biologinė chemija tiria įvairias struktūras ląstelių ir organizmo lygmenimis. Gyvybės pagrindas – cheminių reakcijų visuma, užtikrinanti medžiagų apykaitą. Taigi biochemiją galima laikyti pagrindine visų biologijos mokslų kalba. Šiuo metu tiek biologinės struktūros, tiek medžiagų apykaitos procesai dėl efektyvių metodų yra gana gerai ištirti. Daugelis biochemijos šakų pastaraisiais metais vystėsi taip intensyviai, kad išaugo į savarankiškas mokslo kryptis ir disciplinas. Visų pirma galime atkreipti dėmesį į biotechnologijas, genų inžineriją, biocheminę genetiką, aplinkos biochemiją, kvantinę ir kosminę biochemiją ir kt. Biochemijos vaidmuo yra didelis suvokiant patologinių procesų esmę ir vaistinių medžiagų molekulinius veikimo mechanizmus.

Visi gyvi organizmai susideda iš ląstelių ir jų medžiagų apykaitos produktų. Tai 1838 metais įrodė M. Schleidenas ir T. Schwannas, teigę, kad augalų ir gyvūnų organizmai yra sukurti iš tam tikra tvarka išsidėsčiusių ląstelių. Po 20 metų R. Virchow suformulavo ląstelių teorijos pagrindus, nurodydamas, kad visos gyvos ląstelės kyla iš ankstesnių gyvų ląstelių. Vėliau ląstelių teorija vystėsi ir buvo papildyta, tobulėjant pažinimo metodams. Kiekviena ląstelė yra atskiras funkcinis vienetas, turintis daugybę specifinių savybių, priklausomai nuo jos pobūdžio. Mikroorganizmus vaizduoja atskiros ląstelės arba jų kolonijos, o daugialąsčius organizmus, tokius kaip gyvūnai ar aukštesni augalai, sudaro milijardai tarpusavyje sujungtų ląstelių. Ląstelė yra savotiška gamykla, kurioje vyksta įvairūs ir koordinuoti cheminiai procesai, kaip ir tikroje gamykloje, ląstelėje yra valdymo centras, tam tikrų reakcijų stebėjimo zonos, reguliavimo mechanizmai. Taip pat į ląstelę patenka žaliavos, kurios perdirbamos į gatavą produkciją, bei atliekas, kurios išmetamos iš ląstelės.

Ląstelės nuolat sintetina medžiagas, reikalingas jų gyvybinėms funkcijoms. Šios medžiagos vis dažniau naudojamos pramonėje ir medicinoje. Kai kurie iš jų yra unikalūs ir negali būti gauti cheminės sintezės būdu.

Insulinas yra kasos hormonas, kuris atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį organizme. Būtent ši medžiaga skatina tinkamą gliukozės pasisavinimą, kuri savo ruožtu yra pagrindinis energijos šaltinis ir taip pat maitina smegenų audinį.

Diabetikai, kurie yra priversti vartoti hormoną injekcijomis, anksčiau ar vėliau susimąsto, iš ko gaminamas insulinas, kuo vieni vaistai skiriasi nuo kitų, kaip dirbtiniai hormono analogai veikia žmogaus savijautą, organų ir sistemų funkcines galimybes.

Skirtumai tarp skirtingų insulino tipų

Insulinas yra gyvybiškai svarbus vaistas. Žmonės, sergantys cukriniu diabetu, negali išsiversti be šios priemonės. Diabetikams skirtų vaistų asortimentas yra gana platus.

Vaistai skiriasi viena nuo kitos daugeliu aspektų:

Kiekvienais metais pasaulyje pirmaujančios farmacijos kompanijos pagamina milžiniškus kiekius „dirbtinio“ hormono. Prie šios pramonės plėtros prisidėjo ir insulino gamintojai Rusijoje.

Kiekvienais metais diabetikai visame pasaulyje suvartoja daugiau nei 6 milijardus vienetų insulino. Atsižvelgiant į neigiamas tendencijas ir sparčiai didėjantį diabetu sergančių pacientų skaičių, insulino poreikis tik didės.

Hormono gavimo šaltiniai

Ne kiekvienas žmogus žino, iš ko gaminamas diabetikams skirtas insulinas, tačiau šio vertingiausio vaisto kilmė tikrai įdomi.

Šiuolaikinė insulino gamybos technologija naudoja du šaltinius:

• Gyvūnai. Vaistas gaunamas gydant galvijų (rečiau), taip pat kiaulių kasą. Galvijų insuline yra net trys „papildomos“ aminorūgštys, kurios pagal savo biologinę struktūrą ir kilmę žmogui yra svetimos. Tai gali sukelti nuolatinių alerginių reakcijų vystymąsi. Kiaulių insuliną nuo žmogaus hormono skiria tik viena aminorūgštis, todėl jis yra daug saugesnis. Priklausomai nuo to, kaip gaminamas insulinas ir kaip kruopščiai išvalomas biologinis produktas, priklausys, kiek vaisto priims žmogaus organizmas;
• Žmogaus analogai. Šios kategorijos gaminiai gaminami naudojant pažangiausias technologijas. Pirmaujančios farmacijos įmonės pradėjo gaminti žmogaus insuliną bakterijose medicininiais tikslais. Fermentinės transformacijos metodai plačiai naudojami pusiau sintetiniams hormoniniams produktams gauti. Kita technologija apima novatoriškų genų inžinerijos metodų naudojimą, siekiant gauti unikalių DNR rekombinantinių insulino preparatų.

Kaip buvo gautas insulinas: pirmieji vaistininkų bandymai

Narkotikai, gauti iš gyvūninės kilmės šaltinių, laikomi vaistais, pagaminti naudojant senas technologijas. Manoma, kad vaistai yra gana žemos kokybės dėl nepakankamo galutinio produkto išgryninimo. Praėjusio amžiaus 20-ųjų pradžioje insulinas, nors ir sukėlė stiprią alergiją, tapo tikru „farmakologiniu stebuklu“, išgelbėjusiu nuo insulino priklausomų žmonių gyvybes.

Pirmieji vaistų išleidimai taip pat buvo sunkiai toleruojami dėl proinsulino buvimo kompozicijoje. Ypač prastai hormonines injekcijas toleravo vaikai ir pagyvenę žmonės. Laikui bėgant ši priemaiša (proinsulinas) buvo pašalinta kruopščiau išvalant kompoziciją. Jie visiškai atsisakė galvijų insulino, nes jis beveik visada sukeldavo šalutinį poveikį.

Iš ko pagamintas insulinas: svarbūs niuansai

Šiuolaikiniuose pacientų gydymo režimuose naudojami abu insulino tipai: tiek gyvūninės, tiek žmogaus kilmės. Naujausi pasiekimai leidžia gaminti aukščiausio grynumo laipsnio produktus.

Anksčiau insulinas galėjo turėti daug nepageidaujamų priemaišų:

Anksčiau tokie „papildai“ galėjo sukelti rimtų komplikacijų, ypač pacientams, kurie buvo priversti vartoti dideles vaisto dozes.

Patobulintuose vaistuose nėra nepageidaujamų priemaišų. Jei laikytume gyvulinės kilmės insuliną, geriausias produktas yra monopeak produktas, kuris gaminamas gaminant hormoninės medžiagos „smailę“.

Farmakologinio poveikio trukmė

Hormoninių vaistų gamyba buvo nustatyta keliomis kryptimis vienu metu. Priklausomai nuo to, kaip gaminamas insulinas, priklausys, kiek laiko jis veiks.

Išskiriami šie narkotikų tipai:

Itin trumpo veikimo vaistai

Itin trumpo veikimo insulinai veikia tiesiog per pirmąsias sekundes po vaisto vartojimo. Veiksmo pikas pasireiškia po 30–45 minučių. Bendras poveikio paciento kūnui laikas neviršija 3 valandų.

Tipiški grupės atstovai: Lizpro ir Aspart. Pirmajame variante insulinas gaminamas pertvarkant aminorūgščių likučius hormone (kalbame apie liziną ir proliną). Tokiu būdu sumažinama heksamerų atsiradimo gamybos metu rizika. Dėl to, kad toks insulinas greitai skyla į monomerus, vaisto absorbcijos procesas nėra lydimas komplikacijų ir šalutinių poveikių.

Aspartas gaminamas panašiai. Vienintelis skirtumas yra tas, kad aminorūgštis prolinas pakeičiama asparto rūgštimi. Vaistas žmogaus organizme greitai skyla į daugybę paprastų molekulių ir akimirksniu absorbuojamas į kraują.

Trumpo veikimo vaistai

Trumpo veikimo insulinai pateikiami buferiniuose tirpaluose. Jie skirti specialiai poodinėms injekcijoms. Kai kuriais atvejais leidžiamas kitoks vartojimo formatas, tačiau tokius sprendimus gali priimti tik gydytojas.

Vaistas pradeda "veikti" po 15-25 minučių. Didžiausia medžiagos koncentracija organizme stebima 2–2,5 valandos po injekcijos.

Apskritai, vaistas veikia paciento kūną maždaug 6 valandas. Šios kategorijos insulinai yra sukurti diabetikams gydyti ligoninės aplinkoje. Jie leidžia greitai pašalinti žmogų iš ūminės hiperglikemijos, diabetinės prekomos ar komos.

Vidutinio veikimo insulinas

Vaistai lėtai patenka į kraują. Insulinas gaminamas pagal standartinę procedūrą, tačiau galutiniuose gamybos etapuose jo sudėtis gerinama. Siekiant padidinti jų hipoglikeminį poveikį, į kompoziciją pridedamos specialios prailginančios medžiagos - cinkas arba protaminas. Dažniausiai insulinas pateikiamas suspensijų pavidalu.

Ilgai veikiantis insulinas

Ilgo veikimo insulinai šiandien yra moderniausi farmakologiniai produktai. Populiariausias vaistas yra Glargine. Gamintojas niekada neslėpė, iš ko gaminamas diabetikams skirtas žmogaus insulinas. Naudojant DNR rekombinantinę technologiją, galima sukurti tikslų hormono, kurį sintetina sveiko žmogaus kasa, analogą.

Norint gauti galutinį produktą, atliekama itin sudėtinga hormono molekulės modifikacija. Asparaginą pakeiskite glicinu, pridedant arginino likučių. Vaistas nenaudojamas komos ar ikikominės būklės gydymui. Jis skiriamas tik po oda.

Pagalbinių medžiagų vaidmuo

Neįmanoma įsivaizduoti jokio farmakologinio produkto, ypač insulino, gamybos be specialių priedų.

Pagalbiniai komponentai padeda pagerinti chemines vaisto savybes, taip pat pasiekti maksimalų kompozicijos grynumo laipsnį.

Pagal klases visus insulino turinčių vaistų priedus galima suskirstyti į šias kategorijas:

1. Medžiagos, kurios iš anksto nulemia vaistų vartojimo pratęsimą;
2. Dezinfekavimo komponentai;
3. Rūgštingumo stabilizatoriai.

Prailgintuvai

Siekiant pailginti paciento veikimo laiką, į insulino tirpalą pridedami prailginančių vaistų.

Dažniausiai naudojamas:

Antimikrobiniai komponentai

Antimikrobiniai komponentai prailgina vaistų galiojimo laiką. Dezinfekuojančių komponentų buvimas padeda užkirsti kelią mikrobų dauginimuisi. Šios medžiagos pagal savo biocheminę prigimtį yra konservantai, kurie neturi įtakos paties vaisto aktyvumui.

Populiariausi insulino gamyboje naudojami antimikrobiniai priedai:

Kiekvienas konkretus vaistas naudoja savo specialius priedus. Jų sąveika tarpusavyje būtinai yra išsamiai ištirta ikiklinikiniame etape. Pagrindinis reikalavimas – konservantas netrukdytų biologiniam vaisto aktyvumui.

Aukštos kokybės ir meistriškai parinkta dezinfekavimo priemonė leidžia ne tik ilgą laiką išlaikyti kompozicijos sterilumą, bet net atlikti intradermalines ar poodines injekcijas, prieš tai nedezinfekuojant odos audinio. Tai itin svarbu ekstremaliose situacijose, kai nėra laiko gydyti injekcijos vietos.