Insuliinia (Suomi)

Taustatiedot

Insuliini on hormoni, joka säätelee määrä glukoosi (sokeri) veressä ja tarvitaan elin toimia normaalisti. Insuliinia tuottavat haiman solut, joita kutsutaan Langerhansin luodoiksi. Nämä solut vapauttavat elimistöön jatkuvasti pienen määrän insuliinia, mutta ne vapauttavat hormonin nousuja vastauksena veren glukoosipitoisuuden nousuun.,

tietyt elimistön solut muuttavat syötyä ruokaa energiaksi eli verensokeriksi, jota solut voivat käyttää. Aina kun ihminen syö, verensokeri nousee. Kohonnut verensokeri laukaisee Langerhansin luodoilla olevat solut vapauttamaan tarvittavan määrän insuliinia. Insuliinin avulla verensokeri voidaan kuljettaa verestä soluihin. Soluissa on Ulkoseinä, jota kutsutaan kalvoksi, joka ohjaa sitä, mitä soluun tulee ja poistuu solusta. Tutkijat eivät vielä tiedä tarkasti, miten insuliini vaikuttaa, mutta he tietävät, että insuliini sitoutuu solukalvon reseptoreihin., Tämä aktivoi joukon kuljetusmolekyylejä, jotta glukoosi ja proteiinit voivat päästä soluun. Solut voivat sitten käyttää glukoosia energiana sen toimintojen suorittamiseen. Kun veren glukoosipitoisuus on kuljetettu soluun, se palautuu normaaliksi muutamassa tunnissa.

ilman insuliinia verensokeri kerääntyy vereen ja solut nälkiintyvät energianlähteestään. Joitakin oireita, joita voi esiintyä ovat väsymys, jatkuvat infektiot, näön hämärtyminen, tunnottomuus, pistely käsissä tai jaloissa, lisääntynyt jano ja hidastunut paraneminen mustelmia tai leikkauksia., Solut alkavat käyttää rasvaa, energianlähdettä varastoidaan hätätilanteita varten. Kun näin tapahtuu liian pitkään, keho tuottaa ketoneja, maksan tuottamia kemikaaleja. Ketonit voivat myrkyttää ja tappaa soluja, jos ne kerääntyvät elimistöön pidemmän aikaa. Tämä voi johtaa vakavaan sairauteen ja koomaan.

ihmisillä, jotka eivät tuota tarvittavaa määrää insuliinia, on diabetes. Diabetesta on kahta yleistä tyyppiä. Vakavin tyyppi eli tyypin I tai nuoruusiän diabetes on silloin, kun elimistö ei tuota lainkaan insuliinia., Tyypin I diabeetikot pistävät itsensä yleensä erityyppisillä insuliineilla kolmesta neljään kertaa päivässä. Annostus otetaan henkilön verensokerilukeman perusteella, joka otetaan glukoosimittarista. Tyypin II diabeetikot tuottavat jonkin verran insuliinia, mutta se ei joko riitä tai heidän solunsa eivät reagoi insuliiniin normaalisti. Tämä tapahtuu yleensä lihavilla tai keski-ikäisillä ja vanhemmilla ihmisillä. Tyypin II diabeetikkojen ei välttämättä tarvitse ottaa insuliinia, mutta he voivat pistää insuliinia kerran tai kahdesti päivässä.,

insuliinia valmistetaan neljää päätyyppiä sen perusteella, kuinka pian insuliini alkaa toimia, kun se huipussaan ja kuinka kauan se kestää elimistössä. Yhdysvaltain Diabetesliiton mukaan nopeavaikutteinen insuliini saavuttaa veren 15 minuutissa, huiput 30-90 minuutissa ja voi kestää viisi tuntia. Lyhytvaikutteinen insuliini saavuttaa veren 30 minuutin kuluessa, se nousee noin kahdesta neljään tuntia myöhemmin ja pysyy veressä neljästä kahdeksaan tuntia., Pitkävaikutteinen insuliini saavuttaa verta kaksi-kuusi tuntia injektion jälkeen, huiput neljä 14 tuntia myöhemmin, ja se voi kestää veressä 14-20 tuntia. Ja pitkävaikutteinen insuliini otetaan kuusi 14 tuntia aloittaa toimintansa, se on pieni huippu pian sen jälkeen, ja pysyy veressä 20-24 tuntia. Diabeetikoilla on kullakin erilainen insuliinivaste ja-tarve, joten ei ole olemassa yhtä tyyppiä, joka toimisi parhaiten kaikille. Osa insuliinista myydään kahdella eri valmisteella sekoitettuna yhteen pulloon.,

Historia

Jos elimistö ei tuota mitään tai tarpeeksi insuliinia, ihmiset täytyy ottaa valmistetun version. Insuliinia tuotetaan pääasiassa diabeetikoille, jotka eivät tuota riittävästi tai insuliinia luonnostaan.

ennen kuin tutkijat saivat selville, miten insuliinia tuotetaan, tyypin I diabeteksesta kärsivillä ihmisillä ei ollut mitään mahdollisuutta terveelliseen elämään. Sitten vuonna 1921 kanadalaiset tutkijat Frederick G. Banting ja Charles H. puhdistivat parhaiten insuliinia koiran haimasta. Vuosien mittaan tutkijat paransivat jatkuvasti insuliinin tuotantoa., Vuonna 1936 tutkijat keksivät keinon valmistaa insuliinia, jonka veri vapautuu hitaammin. He lisäsivät kalan spermasta löytyvää proteiinia, protamiinia, jonka keho hajoaa hitaasti. Yksi injektio kesti 36 tuntia. Toinen läpimurto tapahtui vuonna 1950, kun tutkijat tuottivat insuliinia, joka toimi hieman nopeammin ja ei jää verenkiertoon niin kauan. 1970-luvulla tutkijat alkoivat kokeilla ja tuottaa insuliinia, joka lisää matkia miten elimistön insuliinin toimi: vapauttamalla pieni määrä insuliinia koko päivän tulva tapahtuvat aterioilla.,

tutkijat jatkoivat insuliinin parantamista, mutta perustuotantomenetelmä pysyi samana vuosikymmeniä. Insuliini uutettiin naudan ja sian haimasta ja puhdistettiin. Näiden eläinten insuliinin kemiallinen rakenne on vain hieman erilainen kuin ihmisinsuliinin, minkä vuoksi se toimii niin hyvin ihmiskehossa. (Vaikka joillakin ihmisillä oli negatiivinen immuunijärjestelmä tai allergisia reaktioita.) Sitten 1980-luvun alussa bioteknologia mullisti insuliinisynteesin. Tutkijat olivat purkaneet insuliinin kemiallista rakennetta jo 1950-luvun puolivälissä., Pian he selvittivät insuliinigeenin tarkan sijainnin kromosomin 11 yläosassa. Vuoteen 1977 mennessä tutkimusryhmä oli liittänyt rotan insuliinigeenin bakteeriin, joka sitten tuotti insuliinia.

1980-luvulla tutkijat käyttivät geenitekniikkaa ihmisinsuliinin valmistukseen. Vuonna 1982 Eli Lilly Oyj tuotettu ihmisen insuliini, joka tuli ensimmäinen hyväksytty geneettisesti lääke., Ilman, että tarvitsisi olla riippuvainen eläimistä, tutkijat voisivat tuottaa geenimuunneltua insuliinia rajattomasti. Se ei myöskään sisältänyt eläinperäisiä epäpuhtauksia. Ihmisinsuliinin käyttö vei myös huolen mahdollisten eläintautien siirtymisestä insuliiniin. Vaikka yritykset edelleen myydä pieni määrä insuliinia valmistettu eläinten—lähinnä sian—1980-luvulta lähtien, insuliinin käyttäjille yhä muutti muoto ihmisen insuliinin kautta luotu yhdistelmä-DNA-tekniikalla., Eli Lilly Corporationin mukaan vuonna 2001 95% insuliinin käyttäjistä suurimmassa osassa maailmaa käyttää jonkinlaista ihmisinsuliinia. Jotkut yritykset ovat lopettaneet eläininsuliinin tuotannon kokonaan. Yritykset keskittyvät syntetisoimaan ihmisinsuliinia ja insuliinianalogeja, jotka muuttavat insuliinimolekyyliä jollain tavalla.

raaka-aineita

ihmisinsuliinia kasvatetaan laboratoriossa tavallisten bakteerien sisällä. Escherichia coli on ylivoimaisesti käytetyin bakteerityyppi, mutta myös hiivaa käytetään.

tutkijat tarvitsevat ihmisproteiinia, joka tuottaa insuliinia., Valmistajat saavat tämän aminohapposekvenssikoneen kautta, joka syntetisoi DNA: ta. Valmistajat tietävät insuliinin aminohappojen tarkan järjestyksen (typpipohjaiset molekyylit, jotka muodostavat proteiineja). Yleisiä aminohappoja on 20. Valmistajat syöttävät insuliinin aminohappoja, ja sekvensointilaite yhdistää aminohapot toisiinsa. Myös tarpeen syntetisoida insuliinia ovat suuria säiliöitä kasvattaa bakteereja, ja ravinteita tarvitaan bakteerien kasvaa., DNA: n erottamiseen ja puhdistamiseen tarvitaan useita instrumentteja, kuten sentrifugi, sekä erilaisia kromatografia-ja röntgensädekristallografiasoittimia.

valmistusprosessin

Syntetisointi ihmisen insuliini on multi-step-biokemiallinen prosessi, joka riippuu basic yhdistelmä-DNA-tekniikoita ja ymmärrystä insuliinin geeni. DNA kantaa ohjeet, miten keho toimii ja yksi pieni osa DNA: n, insuliinin geeni, koodit proteiinia insuliinia. Valmistajat manipuloivat biologista esiastetta insuliiniin niin, että se kasvaa yksinkertaisten bakteerien sisällä., Vaikka valmistajilla on kullakin omat variaationsa, ihmisinsuliinin valmistukseen on kaksi perusmenetelmää.

Työskentely ihmisinsuliini

• 1 insuliinin geeni on proteiini, joka koostuu kahdesta erillisestä ketjujen aminohappoja, A a B ketju, joka järjestetään yhdessä joukkovelkakirjoja. Aminohapot ovat perusyksiköitä, jotka rakentavat kaikki proteiinit. A-insuliiniketjussa on 21 aminohappoa ja B-ketjussa 30.
• 2 ennen kuin siitä tulee aktiivinen insuliiniproteiini, insuliinia tuotetaan ensin preproinsuliinina., Tämä on yksi pitkä proteiini ketju, jossa on A-ja B-ketjuja ei ole vielä erotettu, osa lähi yhdistää ketjut yhteen ja signaalin järjestyksessä toisessa päässä kertoo proteiinia, kun alkaa erittää solun ulkopuolelle. Kun preproinsulin, ketju kehittyy proinsulin, vielä yksi ketju, mutta ilman signalointi järjestyksessä. Sitten tulee aktiivinen proteiini-insuliini, proteiini ilman A-ja B-ketjuja yhdistävää osiota. Jokaisessa vaiheessa proteiini tarvitsee erityisiä entsyymejä (proteiineja, jotka suorittavat kemiallisia reaktioita) seuraavan insuliinimuodon tuottamiseksi.,

ALKAEN JA B

• 3 Yksi valmistusmenetelmä insuliini on kasvaa kaksi insuliinin ketjut erikseen. Näin vältetään kunkin tarvittavan entsyymin valmistus. Valmistajat tarvitsevat kaksi minigeeniä: yhden, joka tuottaa A-ketjun ja yhden B-ketjun. Koska kunkin ketjun tarkka DNA-sekvenssi on tiedossa, ne syntetisoivat jokaisen minigeenin DNA: n aminohapposekvenssikoneessa.
• 4 Nämä kaksi DNA-molekyylejä, joita sitten työnnetään plasmideja, pieni pyöreä paloja DNA: ta, jotka ovat helpommin tarttunut isännän DNA: han.,
• 5 valmistajaa lisää ensin plasmidit E. coli-bakteerin vaarattomaan tyyppiin. Se laitetaan lacZ-geenin viereen. Bensley koodaa 8-galaktosidaasi, geeni laajalti käytetty yhdistelmä-DNA-menettelyjä, koska se on helppo löytää ja leikata, jolloin insuliini voidaan helposti poistaa niin, että se ei eksy bakteerin DNA: ta. Tämän geenin vieressä on aminohappo metioniini, joka aloittaa proteiinin muodostumisen.
• 6 rekombinantti, vastamuodostunut, plasmidit sekoitetaan bakteerisoluihin. Plasmidit pääsevät bakteereihin transfektioksi kutsutussa prosessissa., Valmistajat voivat lisätä soluihin DNA-ligaasia, entsyymiä, joka toimii liiman tavoin auttaakseen plasmidia tarttumaan bakteerin DNA: han.
• 7 insuliinia syntetisoivat bakteerit käyvät läpi käymisprosessin. Niitä kasvatetaan optimaalisissa lämpötiloissa suurissa säiliöissä tuotantolaitoksissa. Miljoonat bakteerit lisääntyvät noin 20 minuutin välein solumitoosin kautta, ja jokainen ilmaisee insuliinigeenin.
• 8 Jälkeen kertomalla, solut otetaan pois säiliöt ja rikki auki poimia DNA: ta., Yksi yleinen tapa tämän on tehnyt, on ensin lisäämällä seos, lysozome, että sulattaa uloin kerros solun seinän, sitten lisäämällä pesuaineen seosta, joka erottaa rasva soluseinän kalvo. Tämän jälkeen bakteerin DNA: ta hoidetaan syanogeenibromidilla, reagenssilla, joka pilkkoo proteiiniketjuja metioniinijäämiin. Tämä erottaa insuliiniketjut muusta DNA: sta.
• 9 nämä kaksi ketjua sekoitetaan keskenään ja niihin liitetään disulfidisidoksia pelkistysreoksidaatioreaktiolla. Hapettava aine (aine, joka aiheuttaa hapettumista tai siirtää elektronin) on lisätty., Erä asetetaan sentrifugiin, mekaaniseen laitteeseen, joka pyörii nopeasti kennokomponenttien erottamiseksi koon ja tiheyden mukaan.
• 10 Tämän jälkeen DNA-seos puhdistetaan niin, että jäljelle jäävät vain insuliiniketjut. Valmistajat voivat puhdistaa seoksesta läpi useita kromatografia, tai erottaminen, tekniikoita, jotka hyödyntävät eroja molekyyli on vastuussa, koko, ja affiniteetti vettä. Menettelyjä, joita käytetään ovat ioni-vaihto sarakkeessa, reverse-phase korkean suorituskyvyn nestekromatografia, ja geeli, suodatus, kromatografia sarakkeen., Valmistajat voivat testata insuliinieriä, jotta mikään bakteerien E. coli-proteiineista ei sekoittuisi insuliiniin. He käyttävät merkkiproteiinia, jonka avulla he voivat havaita E. coli-DNA: n. Ne voivat sitten määrittää, että puhdistusprosessi poistaa E. coli-bakteerit.

PROINSULIN PROSESSI

• 11 Alkaen vuonna 1986, valmistajat alkoivat käyttää toista menetelmää syntetisoida ihmisen insuliinia. Ne alkoivat insuliinigeenin, proinsuliinin, suorasta esiasteesta., Monet vaiheet ovat samat kuin A-ja B-ketjuilla tuotettaessa insuliinia, paitsi tässä menetelmässä aminohappokone syntetisoi proinsuliinigeenin.
• 12 proinsuliinia koodaava sekvenssi lisätään ei-patogeenisiin E. coli-bakteereihin. Bakteerit käyvät läpi käymisprosessin, jossa se lisääntyy ja tuottaa proinsuliinia. Sen jälkeen A-ja B-ketjujen välinen yhdysjärjestys liitetään entsyymillä pois ja tuloksena oleva insuliini puhdistetaan.,
• 13 valmistusprosessin lopussa insuliiniin lisätään ainesosia bakteerien ehkäisemiseksi ja happojen ja emästen välisen neutraalin tasapainon säilyttämiseksi. Ainekset lisätään myös väli-ja pitkävaikutteinen insuliini tuottaa haluttu kesto insuliinia. Tämä on perinteinen tapa tuottaa pitkävaikutteista insuliinia. Valmistajat lisäävät puhdistettuun insuliiniin ainesosia, jotka pidentävät niiden vaikutusta, kuten sinkkioksidia. Nämä lisäaineet viivästyttävät imeytymistä kehossa. Lisäaineet vaihtelevat samantyyppisen insuliinin eri merkkien välillä.,

Analoginen insuliinia

1990-luvun puolivälissä tutkijat alkoivat parantaa ihmisen insuliini toimii elimistössä muuttamalla sen aminohappojärjestys ja luoda analoginen, kemiallinen aine, joka jäljittelee toista ainetta tarpeeksi hyvin, että se saa solun. Analoginen insuliinin möhkäleitä vähemmän ja hajoaa helpommin osaksi veressä, jolloin insuliinia alkaa työstää kehon minuuttia injektion jälkeen. Analogista insuliinia on useita erilaisia. Humuliini-insuliinilla ei ole vahvoja sidoksia muuhun insuliiniin, joten se imeytyy nopeasti., Toinen insuliinia analoginen, nimeltään Glargininsuliinin, muutokset kemiallinen rakenne proteiinia, jotta se on suhteellisen vakio vapauttaa yli 24 tuntia ilman lausutaan huiput.

sen Sijaan, että syntetisointi tarkka DNA-sekvenssi insuliinin valmistajat koota insuliinin geeni, jossa järjestys on hieman muuttunut. Muutos aiheuttaa tuloksena

proteiinit hylkivät toisiaan, mikä aiheuttaa vähemmän paakkuuntumista., Tämän muuttuneen DNA-sekvenssin avulla valmistusprosessi on samanlainen kuin kuvattu yhdistelmä-DNA-prosessi.

laadunvalvonta

Kun syntetisointi ihmisen insuliinia, rakenteen ja puhtauden insuliini-erät on testattu läpi useita eri menetelmiä. Korkean erotuskyvyn nestekromatografiaa käytetään määrittämään, onko insuliinissa epäpuhtauksia. Myös muita erotustekniikoita, kuten röntgensädekristallografia, geelisuodatus ja aminohapposekvensointi, suoritetaan. Valmistajat testaavat myös injektiopullon pakkauksen varmistaakseen, että se on suljettu asianmukaisesti.,

ihmisinsuliinin valmistuksen on oltava laajamittaisissa operaatioissa kansallisten Terveysinstituuttien mukaista. Yhdysvaltain elintarvike-ja lääkeviraston on hyväksyttävä kaikki valmistettu insuliini.

Tulevaisuus

tulevaisuus insuliini on monia mahdollisuuksia. Koska insuliini syntetisoitiin ensimmäisen kerran, diabeetikkojen oli pistettävä nestemäinen insuliini säännöllisesti ruiskulla suoraan verenkiertoon. Näin insuliini pääsee heti vereen. Se oli monien vuosien ajan ainoa tapa, jolla ehjä insuliiniproteiini voitiin siirtää kehoon., 1990-luvulla tutkijat alkoivat tehdä tuloaan syntetisointi eri laitteita ja muodostaa insuliinia, että diabeetikot voivat käyttää vaihtoehtoinen huumeiden toimitus järjestelmä.

valmistajat valmistavat parhaillaan useita suhteellisen uusia lääkejakelulaitteita. Insuliinikynät näyttävät kirjoituskyniltä. Sylinteriampulli pitää insuliinia ja kärki on neula. Käyttäjä asettaa annoksen, työntää neulan ihoon ja painaa nappia insuliinin pistämiseksi. Kynien kanssa ei tarvitse käyttää injektiopulloa insuliinia. Kynät vaativat kuitenkin erillisen kärjen asettamista ennen jokaista pistosta., Toinen haittapuoli on, että kynä ei salli käyttäjien sekoittaa insuliinityyppejä, eikä kaikki insuliini ole saatavilla.

ihmiset, jotka vihaavat neuloja vaihtoehtoinen kynä on jet-suutin. Etsii samanlaisia kyniä, jet-suuttimet, käytä paineen kuljettamaan a tiny stream insuliinia ihon läpi. Näitä laitteita ei käytetä yhtä laajasti kuin kynää, ja ne voivat aiheuttaa mustelmia syöttöpisteessä.

insuliinipumppu mahdollistaa kontrolloidun vapautumisen elimistöön. Kyseessä on noin piipparin kokoinen tietokoneavusteinen pumppu, jota diabeetikot voivat käyttää vyöllään tai taskussaan., Pumpussa on pieni joustava putki, joka työnnetään juuri diabeetikon ihon alle. Diabeetikko asettaa pumpun toimittaa tasainen, mitattu annos insuliinia koko päivän, määrä kasvaa juuri ennen syömistä. Tämä jäljittelee elimistön normaalia insuliinin vapautumista. Valmistajat ovat tuotettu insuliini pumput 1980-luvulta lähtien, mutta kehitys 1990-luvun lopulla ja alussa vuosisadalla on tehnyt ne entistä helpompi käyttää ja enemmän suosittuja. Tutkijat selvittävät implantoitavien insuliinipumppujen mahdollisuutta., Diabeetikot ohjaisivat näitä laitteita ulkoisen kaukosäätimen kautta.

tutkijat tutkivat muita lääkejakeluvaihtoehtoja. Insuliinin nauttiminen pillereiden avulla on yksi mahdollisuus. Haaste syötävä insuliinia on, että vatsa on korkea happamassa ympäristössä tuhoaa proteiinia, ennen kuin se voi liikkua vereen. Tutkijat työstävät insuliinin päällystämistä muovilla, joka on muutaman ihmisen karvojen levyinen. Päällysteet suojaisivat lääkkeet mahan hapolta.,

Vuonna 2001 lupaava testit tapahtuvat inhaloitavaa insuliinia laitteet ja valmistajat voisivat alkaa tuottaa tuotteita lähivuosina. Koska insuliini on suhteellisen suuri proteiini, se ei tunkeutua keuhkoihin. Inhaloitavan insuliinin tutkijat pyrkivät luomaan riittävän pieniä insuliinihiukkasia, jotka pääsevät syvälle keuhkoihin. Tällöin hiukkaset voivat kulkeutua verenkiertoon. Tutkijat testaavat useita inhalaatiolaitteita, jotka muistuttavat paljolti astmapiipparin laitteita.

muu testattava aerosolimuoto annostelee insuliinia sisä-poskeen., Bukkaali – (cheek) insuliinina tunnettu diabeetikko suihkuttaa insuliinin poskensa sisäpuolelle. Sen jälkeen se imeytyy posken sisäseinän läpi.

insuliinilaastarit ovat toinen kehittyvä lääkeannostelujärjestelmä. Laastarit vapauttaisivat insuliinia jatkuvasti verenkiertoon. Käyttäjät vetäisivät laastarista välilehteä, joka vapauttaisi enemmän insuliinia ennen ateriaa. Haasteena on saada insuliini kulkemaan ihon läpi. Ultraääni on yksi menetelmä, jota tutkijat tutkivat. Nämä matalataajuiset ääniaallot voivat muuttaa ihon läpäisevyyttä ja antaa insuliinin kulkea.,

muu tutkimus saattaa lopettaa valmistajien tarpeen syntetisoida insuliinia. Tutkijat pyrkivät luomaan laboratoriossa insuliinia tuottavia soluja. Ajatus on, että lääkärit voivat jonain päivänä korvata työelämän haiman solujen insuliinia tuottavia soluja. Toinen toivo diabeetikoille on geeniterapia. Tutkijat pyrkivät korjaamaan insuliinigeenin mutaatiota, jotta diabeetikot pystyisivät tuottamaan insuliinia itse.