Inzulin (Čeština)

Pozadí

Inzulín je hormon, který reguluje množství glukózy (cukru) v krvi a je nutné pro tělo fungovat normálně. Inzulín je produkován buňkami v pankreatu, nazývanými Langerhansovy ostrůvky. Tyto buňky nepřetržitě uvolňují malé množství inzulínu do těla, ale uvolňují rázy hormonu v reakci na zvýšení hladiny glukózy v krvi.,

některé buňky v těle mění potravu přijímanou do energie nebo glukózy v krvi, kterou mohou buňky použít. Pokaždé, když člověk jí, hladina glukózy v krvi stoupá. Zvýšená hladina glukózy v krvi spouští buňky v Langerhansových ostrůvcích, aby uvolnily potřebné množství inzulínu. Inzulín umožňuje transport glukózy v krvi z krve do buněk. Buňky mají vnější stěnu, nazývanou membrána, která řídí to, co vstupuje a vystupuje z buňky. Vědci zatím přesně nevědí, jak inzulín funguje, ale vědí, že inzulín se váže na receptory na buněčné membráně., Tím se aktivuje sada transportních molekul, takže glukóza a proteiny mohou vstoupit do buňky. Buňky pak mohou použít glukózu jako energii k plnění svých funkcí. Po transportu do buňky se hladina glukózy v krvi vrátí do normálu během několika hodin.

bez inzulínu se krevní glukóza hromadí v krvi a buňky jsou hladovány z jejich zdroje energie. Některé z příznaků, které mohou nastat, patří únava, neustálé infekce, rozmazaný oko zrak, necitlivost, mravenčení v rukou nebo nohou, zvýšená žízeň, a zpomalil hojení modřiny nebo řezy., Buňky začnou používat tuk, zdroj energie uložený pro mimořádné události. Když se to stane příliš dlouho, tělo produkuje ketony, chemikálie produkované játry. Ketony mohou otrávit a zabít buňky, pokud se v těle hromadí po delší dobu. To může vést k vážným onemocněním a kómatu.

lidé, kteří nevytvářejí potřebné množství inzulínu, mají cukrovku. Existují dva obecné typy diabetu. Nejzávažnější typ, známý jako diabetes typu I nebo juvenilní nástup, je, když tělo neprodukuje žádný inzulín., Diabetici typu I se obvykle podávají různými typy inzulínu třikrát až čtyřikrát denně. Dávkování se užívá na základě čtení glukózy v krvi, odebrané z glukometru. Diabetici typu II produkují nějaký inzulín, ale buď to nestačí, nebo jejich buňky nereagují normálně na inzulín. K tomu obvykle dochází u obézních nebo středních a starších lidí. Diabetici typu II nemusí nutně užívat inzulín, ale mohou podávat inzulín jednou nebo dvakrát denně.,

existují čtyři hlavní typy inzulínu vyrobené na základě toho, jak brzy začne inzulín pracovat, kdy vrcholí a jak dlouho trvá v těle. Podle American Diabetes Association, rychle působící inzulín dosáhne krve během 15 minut, vrcholy na 30-90 minut, a může trvat pět hodin. Krátkodobě působící inzulín dosáhne krve během 30 minut, vrcholí asi o dvě až čtyři hodiny později a zůstává v krvi po dobu čtyř až osmi hodin., Středně působící inzulín dosáhne krve dvě až šest hodin po injekci, vrcholy o čtyři až 14 hodin později a může trvat v krvi po dobu 14-20 hodin. A dlouhodobě působící inzulín trvá šest až 14 hodin, než začne pracovat, má malý vrchol brzy poté a zůstává v krvi po dobu 20-24 hodin. Diabetici mají různé reakce a potřeby inzulínu, takže neexistuje žádný typ, který by fungoval nejlépe pro každého. Nějaký inzulín se prodává se dvěma typy smíchanými v jedné láhvi.,

historie

pokud tělo neprodukuje žádný nebo dostatek inzulínu, lidé musí vzít jeho vyrobenou verzi. Hlavní použití produkce inzulínu je pro diabetiky, kteří nevytvářejí dostatek nebo žádný inzulín přirozeně.

než vědci zjistili, jak produkovat inzulín, lidé, kteří trpěli diabetem typu I, neměli šanci na zdravý život. V roce 1921 pak kanadští vědci Frederick G.Banting a Charles H. nejlépe úspěšně vyčistili inzulín z pankreatu psa. V průběhu let vědci neustále zlepšovali produkci inzulínu., V roce 1936 vědci našli způsob, jak vyrobit inzulín s pomalejším uvolňováním v krvi. Přidali protein nalezený v rybích spermiích, protaminu, který se tělo pomalu rozpadá. Jedna injekce trvala 36 hodin. Další průlom přišel v roce 1950, kdy vědci vyrobili typ inzulínu, který působil o něco rychleji a nezůstává v krevním řečišti tak dlouho. V sedmdesátých letech se vědci začali snažit produkovat inzulín, který více napodoboval, jak funguje přirozený inzulín těla: uvolňuje malé množství inzulínu po celý den s rázy vyskytujícími se při jídle.,

vědci pokračovali ve zlepšování inzulínu, ale základní výrobní metoda zůstala po celá desetiletí stejná. Inzulín byl extrahován z pankreatu skotu a prasat a vyčištěn. Chemická struktura inzulínu u těchto zvířat je jen mírně odlišná od lidského inzulínu, a proto funguje tak dobře v lidském těle. (I když někteří lidé měli negativní imunitní systém nebo alergické reakce.) Pak na počátku roku 1980 biotechnologie revoluci syntézy inzulínu. Vědci již dekódovali chemickou strukturu inzulínu v polovině padesátých let., Brzy určili přesné umístění genu inzulínu v horní části chromozomu 11. Do roku 1977 výzkumný tým spojil Gen krysího inzulínu do bakterie, která pak produkovala inzulín.

V roce 1980, vědci používají genetické inženýrství k výrobě lidského inzulínu. V roce 1982 vyrobila společnost Eli Lilly lidský inzulín, který se stal prvním schváleným geneticky upraveným farmaceutickým produktem., Aniž by museli být závislí na zvířatech, vědci by mohli vyrábět geneticky upravený inzulín v neomezených zásobách. Také neobsahovala žádné ze zvířecích kontaminantů. Použití lidského inzulínu také odstranilo jakékoli obavy z přenosu případných chorob zvířat do inzulínu. Zatímco společnosti stále prodávat malé množství inzulínu, produkoval od zvířat—zejména prasat—od roku 1980, inzulínu uživatelů stále se stěhoval do forma lidského inzulínu vytvořené pomocí rekombinantní DNA technologie., Podle Eli Lilly Corporation v roce 2001 95% uživatelů inzulínu ve většině částí světa užívá nějakou formu lidského inzulínu. Některé společnosti zcela přestaly vyrábět zvířecí inzulín. Společnosti se zaměřují na syntézu analogů lidského inzulínu a inzulínu, což je nějakým způsobem modifikace molekuly inzulínu.

suroviny

lidský inzulín se pěstuje v laboratoři uvnitř běžných bakterií. Escherichia coli je zdaleka nejpoužívanějším typem bakterie, ale používá se také kvasnice.

vědci potřebují lidský protein, který produkuje inzulín., Výrobci to získají pomocí aminokyselinového sekvenačního stroje, který syntetizuje DNA. Výrobci znají přesné pořadí aminokyselin inzulínu (molekuly na bázi dusíku, které tvoří proteiny). Existuje 20 běžných aminokyselin. Výrobci vkládají aminokyseliny inzulínu a sekvenční stroj spojuje aminokyseliny dohromady. Také nezbytné pro syntézu inzulínu jsou velké nádrže pro růst bakterií a živiny jsou potřebné pro růst bakterií., Několik nástrojů jsou nutné oddělit a očistit DNA, jako jsou odstředivky, spolu s různými chromatografie a x-ray krystalografie nástrojů.

výrobní proces

syntéza lidského inzulínu je vícestupňový biochemický proces, který závisí na základních technikách rekombinantní DNA a pochopení genu inzulínu. DNA nese pokyny pro to, jak tělo funguje, a jeden malý segment DNA, Gen inzulínu, kódy pro proteinový inzulín. Výrobci manipulují biologickým prekurzorem s inzulínem tak, aby rostl uvnitř jednoduchých bakterií., Zatímco výrobci mají každý své vlastní variace, existují dvě základní metody výroby lidského inzulínu.

práce s lidským inzulínem

• 1 inzulínový gen je protein sestávající ze dvou samostatných řetězců aminokyselin, řetězce A nad a B, které jsou drženy spolu s vazbami. Aminokyseliny jsou základní jednotky, které vytvářejí všechny proteiny. Řetězec inzulinu a se skládá z 21 aminokyselin a řetězec B má 30.
• 2 než se inzulín stane aktivním inzulínovým proteinem, inzulín se nejprve vyrábí jako preproinsulin., To je jediný dlouhé bílkovinné řetězce s a a B řetězců dosud oddělené, části uprostřed spojující řetězy dohromady a signální sekvence na jednom konci vyprávění bílkovin, kdy se začne vylučovat ven z buňky. Po preproinzulinu se řetězec vyvíjí na proinzulin, stále jediný řetězec, ale bez signalizační sekvence. Pak přichází aktivní proteinový inzulín, protein bez sekce spojující řetězce A A B. V každém kroku protein potřebuje specifické enzymy (proteiny, které provádějí chemické reakce) k produkci další formy inzulínu.,

počínaje A A B

• 3 jednou z metod výroby inzulínu je růst dvou inzulínových řetězců Samostatně. Tím se zabrání výrobě každého z potřebných specifických enzymů. Výrobci potřebují dva mini-geny: ten, který produkuje řetězec A a jeden pro řetězec B. Protože je známa přesná sekvence DNA každého řetězce, syntetizují DNA každého mini-genu v sekvenačním stroji aminokyselin.
• 4 tyto dvě molekuly DNA jsou pak vloženy do plazmidů, malých kruhových kusů DNA, které jsou snadněji převzaty hostitelskou DNA.,
• 5 výrobci nejprve vloží plazmidy do neškodného typu bakterie E.coli. Vloží ji vedle genu lacZ. LacZ kóduje pro 8-galaktosidázu, Gen široce používaný v rekombinantních dna postupech, protože je snadné najít a řezat, což umožňuje, aby byl inzulín snadno odstraněn, aby se neztratil v DNA bakterie. Vedle tohoto genu je aminokyselina methionin, která začíná tvorbu bílkovin.
• 6 rekombinantní, nově vytvořené plazmidy jsou smíchány s bakteriálními buňkami. Plazmidy vstupují do bakterií v procesu zvaném transfekce., Výrobci mohou do buněk přidat dna ligázu, enzym, který působí jako lepidlo, aby pomohl plazmidu držet se DNA bakterie.
• 7 bakterie syntetizující inzulín pak procházejí fermentačním procesem. Pěstují se při optimálních teplotách ve velkých nádržích ve výrobních závodech. Miliony bakterií se replikují zhruba každých 20 minut buněčnou mitózou a každý vyjadřuje Gen inzulínu.
• 8 po vynásobení se buňky vyjmou z nádrží a rozbijí se, aby se extrahovala DNA., Jedním z běžných způsobů, jak se to dělá, je nejprve přidání směsi lysozomu, který tráví vnější vrstvu buněčné stěny, a poté přidání detergentní směsi, která odděluje membránu stěny tukových buněk. DNA bakterie je pak ošetřena kyanogenbromidem, činidlem, které štěpí proteinové řetězce na zbytcích methioninu. To odděluje inzulínové řetězce od zbytku DNA.
• 9 dva řetězce jsou pak smíchány a spojeny disulfid dluhopisů prostřednictvím snížení-reoxidace reakce. Přidá se oxidační činidlo (materiál, který způsobuje oxidaci nebo přenos elektronu)., Dávka se pak umístí do odstředivky, mechanického zařízení, které se rychle otáčí, aby oddělilo součásti buněk podle velikosti a hustoty.
• 10 směs DNA se poté čistí tak, aby zůstaly pouze inzulínové řetězce. Výrobci mohou očistit směs přes několik chromatografie, nebo separační techniky, které využívají rozdíly v molekule náboj, velikost a afinitu k vodě. Použité postupy zahrnují iontoměničovou kolonu, reverzní fázovou vysoce výkonnou kapalinovou chromatografii a sloupec gelové filtrační chromatografie., Výrobci mohou testovat dávky inzulínu, aby zajistili, že žádný z proteinů E.coli bakterií není smíchán s inzulínem. Používají markerový protein, který jim umožňuje detekovat DNA E. coli. Mohou pak určit, že proces čištění odstraňuje bakterie E. coli.

PROINZULINOVÝ proces

• 11 od roku 1986 začali výrobci používat jinou metodu k syntéze lidského inzulínu. Začali s přímým prekurzorem inzulínového genu, proinzulinem., Mnoho kroků je stejné jako při produkci inzulínu s řetězci A A B, s výjimkou této metody aminokyselinový stroj syntetizuje Gen proinzulinu.
• 12 sekvence, která kóduje proinzulin, je vložena do nepatogenních bakterií E. coli. Bakterie procházejí fermentačním procesem, kde reprodukují a produkují proinzulin. Potom se spojovací sekvence mezi řetězci A A B oddělí enzymem a výsledný inzulín se čistí.,
• 13 Na konci výrobního procesu ingredience jsou přidány k inzulinu, aby se zabránilo bakterie a pomáhají udržovat neutrální rovnováhu mezi kyselinami a bázemi. Složky se také přidávají do středně pokročilého a dlouhodobě působícího inzulínu, aby se vytvořil požadovaný typ inzulinu. Jedná se o tradiční způsob produkce déle působícího inzulínu. Výrobci přidávají do vyčištěného inzulínu přísady, které prodlužují jejich působení, jako je oxid zinečnatý. Tyto přísady zpomalují vstřebávání v těle. Přísady se liší mezi různými značkami stejného typu inzulínu.,

Analog inzulinu

V polovině roku 1990, výzkumníci začali zlepšit způsob, jakým lidský inzulín funguje v těle tím, že mění jeho aminokyselinové sekvence a vytváří analogový, chemická látka, která napodobuje jinou látku dost dobře na to, že to blázni buňky. Analog inzulínu shluky méně a rozptyluje mnohem snadněji do krve, což inzulín začít pracovat v těle minut po injekci. Existuje několik různých analogových inzulínů. Humulinový inzulín nemá silné vazby s jiným inzulínem, a proto se rychle vstřebává., Další analog inzulínu, nazývaný glargin, mění chemickou strukturu proteinu, aby měl relativně konstantní uvolňování po dobu 24 hodin bez výrazných vrcholů.

namísto syntézy přesné sekvence DNA pro inzulín výrobci syntetizují Gen inzulínu, kde je sekvence mírně změněna. Změna způsobí výsledné

proteiny se navzájem odpuzují, což způsobuje méně shlukování., Pomocí této změněné sekvence DNA je výrobní proces podobný popsanému procesu rekombinantní DNA.

kontrola kvality

po syntéze lidského inzulínu se struktura a čistota šarží inzulínu testují několika různými metodami. Vysoce výkonná kapalinová chromatografie se používá k určení, zda jsou v inzulínu nějaké nečistoty. Jiné separační techniky, jako je rentgenová krystalografie, gelová filtrace a sekvenování aminokyselin, jsou také prováděny. Výrobci také testují obal lahvičky, aby zajistili, že je řádně utěsněn.,

výroba lidského inzulínu musí být v souladu s vnitrostátními zdravotnickými postupy pro rozsáhlé operace. Spojené státy Food and Drug Administration musí schválit všechny vyrobené inzulín.

budoucnost

budoucnost inzulínu má mnoho možností. Protože inzulín byl poprvé syntetizován, diabetiky potřeba pravidelně aplikujte roztok inzulínu stříkačkou přímo do jejich krevního řečiště. To umožňuje, aby inzulín okamžitě vstoupil do krve. Po mnoho let to byl jediný způsob, jak známo, pohyb intaktní protein inzulín do těla., V roce 1990, výzkumníci začali dělat nájezdy v syntéze různých zařízení a formy inzulínu, že diabetici mohou použít v alternativní drug delivery system.

výrobci v současné době vyrábějí několik relativně nových zařízení pro doručování léků. Inzulínové pera vypadají jako psací pero. Zásobní vložka drží inzulín a špička je jehla. Uživatel nastavil dávku, vložil jehlu do kůže a stiskl tlačítko pro injekci inzulínu. U per není třeba používat injekční lahvičku s inzulínem. Pera však vyžadují vložení samostatných špiček před každou injekcí., Další nevýhodou je, že pero neumožňuje uživatelům míchat typy inzulínu a ne všechny inzulíny jsou k dispozici.

pro lidi, kteří nenávidí jehly, je alternativou pera tryskové vstřikovače. Vypadají podobně jako pera, tryskové vstřikovače používají tlak k pohánění malého proudu inzulínu kůží. Tato zařízení nejsou tak široce používána jako pero a mohou způsobit modřiny na vstupním místě.

inzulínová pumpa umožňuje řízené uvolňování v těle. Jedná se o počítačové čerpadlo o velikosti pípnutí, které mohou diabetici nosit na opasku nebo v kapse., Čerpadlo má malou pružnou trubici, která je vložena těsně pod povrch kůže diabetika. Diabetické nastaví čerpadlo dodávat stabilní, odměřenou dávku inzulínu po celý den, zvyšuje množství těsně před jídlem. To napodobuje normální uvolňování inzulínu v těle. Výrobci vyrábějí inzulínových pump od roku 1980, ale pokroky v pozdní 1990 a brzy dvacet-první století se z nich stále jednodušší a více populární. Vědci zkoumají možnost implantovatelných inzulínových pump., Diabetici by tato zařízení ovládali prostřednictvím externího dálkového ovladače.

vědci zkoumají další možnosti doručení drog. Požití inzulínu tabletami je jednou z možností. Výzva s jedlým inzulínem spočívá v tom, že vysoké kyselé prostředí žaludku ničí protein dříve, než se může přesunout do krve. Vědci pracují na potahování inzulínu plastem o šířce několika lidských chloupků. Krytiny by chránily léky před žaludeční kyselinou.,

v roce 2001 se na inhalačních inzulínových zařízeních objevují slibné testy a výrobci by mohli začít vyrábět výrobky v příštích několika letech. Vzhledem k tomu, že inzulín je relativně velký protein, nepronikuje do plic. Vědci inhalačního inzulínu pracují na vytvoření částic inzulínu, které jsou dostatečně malé, aby dosáhly hlubokých plic. Částice pak mohou projít do krevního řečiště. Vědci testují několik inhalačních zařízení podobně jako inhalátor astmatu.

Další forma aerosolového zařízení podstupujícího testy podává inzulín do vnitřní tváře., Diabetici, známí jako bukální (lícní) inzulín, postříkají inzulín na vnitřní stranu tváře. Poté se vstřebává vnitřní lícní stěnou.

inzulínové náplasti jsou dalším systémem podávání léků ve vývoji. Náplasti by uvolňovaly inzulín nepřetržitě do krevního řečiště. Uživatelé by vytáhli kartu na náplast, aby uvolnili více inzulínu před jídlem. Výzvou je najít způsob, jak nechat inzulín projít kůží. Ultrazvuk je jedna metoda, kterou vědci zkoumají. Tyto nízkofrekvenční zvukové vlny by mohly změnit propustnost kůže a umožnit průchod inzulínu.,

Další výzkum má potenciál přerušit potřebu výrobců syntetizovat inzulín. Vědci pracují na vytváření buněk, které produkují inzulín v laboratoři. Předpokládá se, že lékaři mohou jednoho dne nahradit nepracující buňky pankreatu buňkami produkujícími inzulín. Další nadějí pro diabetiky je genová terapie. Vědci pracují na opravě mutace inzulínového genu tak, aby diabetici byli schopni produkovat inzulín sami.