Insuline (Français)

Contexte

L’insuline est une hormone qui régule la quantité de glucose (sucre) dans le sang et est nécessaire pour que le corps fonctionne normalement. L’insuline est produite par les cellules du pancréas, appelées îlots de Langerhans. Ces cellules libèrent continuellement une petite quantité d’insuline dans le corps, mais elles libèrent des surtensions de l’hormone en réponse à une augmentation du taux de glucose dans le sang.,

Certaines cellules du corps transforment les aliments ingérés en énergie, ou en glucose sanguin, que les cellules peuvent utiliser. Chaque fois qu’une personne mange, la glycémie augmente. Hypoglycémiant déclenche les cellules des îlots de Langerhans pour la libération de la quantité nécessaire d’insuline. L’insuline permet au glucose sanguin d’être transporté du sang dans les cellules. Les cellules ont une paroi externe, appelée membrane, qui contrôle ce qui entre et sort de la cellule. Les chercheurs ne savent pas encore exactement comment fonctionne l’insuline, mais ils savent que l’insuline se lie aux récepteurs de la membrane cellulaire., Cela active un ensemble de molécules de transport afin que le glucose et les protéines puissent entrer dans la cellule. Les cellules peuvent alors utiliser le glucose comme énergie pour remplir ses fonctions. Une fois transporté dans la cellule, le taux de glucose sanguin revient à la normale en quelques heures.

Sans insuline, la glycémie s’accumule dans le sang et les cellules sont privées de leur source d’énergie. Certains des symptômes pouvant survenir comprennent la fatigue, des infections constantes, une vue floue, un engourdissement, des picotements dans les mains ou les jambes, une soif accrue et un ralentissement de la guérison des ecchymoses ou des coupures., Les cellules vont commencer à utiliser la graisse, la source d’énergie stockée pour les urgences. Lorsque cela se produit trop longtemps, le corps produit des cétones, des substances chimiques produites par le foie. Les cétones peuvent empoisonner et tuer les cellules si elles s’accumulent dans le corps sur une longue période de temps. Cela peut entraîner une maladie grave et un coma.

Les personnes qui ne produisent pas la quantité nécessaire d’insuline sont diabétiques. Il existe deux types généraux de diabète. Le type le plus grave, connu sous le nom de diabète de type I ou de début juvénile, est lorsque le corps ne produit aucune insuline., Les diabétiques de type I s’injectent généralement différents types d’insuline trois à quatre fois par jour. La posologie est prise en fonction de la lecture de la glycémie de la personne, prise à partir d’un glucomètre. Les diabétiques de type II produisent de l’insuline, mais ce n’est pas suffisant ou leurs cellules ne répondent pas normalement à l’insuline. Cela se produit généralement chez les personnes obèses ou d’âge moyen et les personnes âgées. Les diabétiques de type II n’ont pas nécessairement besoin de prendre de l’insuline, mais ils peuvent s’injecter de l’insuline une ou deux fois par jour.,

Il existe quatre principaux types d’insuline fabriqués en fonction de la rapidité avec laquelle l’insuline commence à fonctionner, de son pic et de sa durée dans le corps. Selon l’American Diabetes Association, l’insuline à action rapide atteint le sang en 15 minutes, culmine à 30-90 minutes et peut durer cinq heures. L’insuline à action courte atteint le sang dans les 30 minutes, elle culmine environ deux à quatre heures plus tard et reste dans le sang pendant quatre à huit heures., L’insuline à action intermédiaire atteint le sang deux à six heures après l’injection, culmine quatre à 14 heures plus tard et peut durer dans le sang pendant 14 à 20 heures. Et l’insuline à action prolongée prend six à 14 heures pour commencer à travailler, elle a un petit pic peu après et reste dans le sang pendant 20 à 24 heures. Les diabétiques ont chacun des réponses et des besoins différents en insuline, de sorte qu’il n’y a pas un type qui fonctionne le mieux pour tout le monde. Certaines insulines sont vendues avec deux types mélangés dans un seul flacon.,

Histoire

Si le corps ne produit pas ou assez d’insuline, les gens doivent prendre une version fabriquée de celui-ci. L’utilisation principale de la production d’insuline est pour les diabétiques qui ne font pas assez ou n’importe quelle insuline naturellement.

Avant que les chercheurs découvrent comment produire de l’insuline, les personnes atteintes de diabète de type I n’avaient aucune chance de mener une vie saine. Puis, en 1921, les scientifiques canadiens Frederick G. Banting et Charles H. Best ont purifié avec succès l’insuline du pancréas d’un chien. Au fil des ans, les scientifiques ont continuellement amélioré la production d’insuline., En 1936, des chercheurs ont trouvé un moyen de fabriquer de l’insuline avec une libération plus lente dans le sang. Ils ont ajouté une protéine trouvée dans le sperme de poisson, la protamine, que le corps décompose lentement. Une injection a duré 36 heures. Une autre percée est survenue en 1950 lorsque les chercheurs ont produit un type d’insuline qui agissait légèrement plus rapidement et ne restait pas aussi longtemps dans la circulation sanguine. Dans les années 1970, les chercheurs ont commencé à essayer de produire une insuline qui imitait davantage le fonctionnement de l’insuline naturelle du corps: libérant une petite quantité d’insuline toute la journée avec des surtensions survenant au moment des repas.,

Les chercheurs ont continué à améliorer l’insuline, mais la méthode de production de base est restée la même pendant des décennies. L’insuline a été extraite du pancréas des bovins et des porcs et purifiée. La structure chimique de l’insuline chez ces animaux est seulement légèrement différente de celle de l’insuline humaine, c’est pourquoi il fonctionne si bien dans le corps humain. (Bien que certaines personnes aient eu un système immunitaire négatif ou des réactions allergiques.) Puis, au début des années 1980, la biotechnologie a révolutionné la synthèse de l’insuline. Les chercheurs avaient déjà décodé la structure chimique de l’insuline au milieu des années 1950., Ils ont rapidement déterminé l’emplacement exact du gène de l’insuline au sommet du chromosome 11. En 1977, une équipe de recherche avait épissé un gène d’insuline de rat en une bactérie qui produisait ensuite de l’insuline.

Dans les années 1980, les chercheurs ont utilisé le génie génétique pour fabriquer une insuline humaine. En 1982, Eli Lilly Corporation a produit une insuline humaine qui est devenue le premier produit pharmaceutique génétiquement modifié approuvé., Sans avoir besoin de dépendre des animaux, les chercheurs pourraient produire de l’insuline génétiquement modifiée en quantités illimitées. Il ne contenait également aucun des contaminants animaux. L’utilisation de l’insuline humaine a également éliminé toute préoccupation concernant le transfert de maladies animales potentielles dans l’insuline. Alors que les entreprises vendent encore une petite quantité d’insuline produite à partir d’animaux—principalement porcins—à partir des années 1980, les utilisateurs d’insuline se sont de plus en plus tournés vers une forme d’insuline humaine créée par la technologie de l’ADN recombinant., Selon la société Eli Lilly, en 2001, 95% des utilisateurs d’insuline dans la plupart des régions du monde prennent une forme ou une autre d’insuline humaine. Certaines entreprises ont complètement cessé de produire de l’insuline animale. Les entreprises se focalisent sur la synthèse de l’insuline humaine et des analogues de l’insuline, une modification de la molécule d’insuline, d’une certaine façon.

Matières premières

L’insuline humaine est cultivée en laboratoire à l’intérieur de bactéries communes. Escherichia coli est de loin le type de bactérie le plus utilisé, mais la levure est également utilisée.

Les chercheurs ont besoin de la protéine humaine qui produit l’insuline., Les fabricants obtiennent cela grâce à une machine de séquençage d’acides aminés qui synthétise l’ADN. Les fabricants connaissent l’ordre exact des acides aminés de l’insuline (les molécules à base d’azote qui composent les protéines). Il y a 20 acides aminés communs. Les fabricants entrent les acides aminés de l’insuline, et la machine de séquençage relie les acides aminés ensemble. Également nécessaire pour synthétiser l’insuline sont de grands réservoirs pour cultiver les bactéries, et les nutriments sont nécessaires pour que les bactéries se développent., Plusieurs instruments sont nécessaires pour séparer et purifier l’ADN, tels qu’une centrifugeuse, ainsi que divers instruments de chromatographie et de cristallographie aux rayons X.

Le processus de fabrication

La synthèse de l’insuline humaine est un processus biochimique en plusieurs étapes qui dépend des techniques de base de l’ADN recombinant et de la compréhension du gène de l’insuline. L’ADN porte les instructions sur le fonctionnement du corps et un petit segment de l’ADN, le gène de l’insuline, code pour la protéine insuline. Les fabricants manipulent le précurseur biologique de l’insuline afin qu’il se développe à l’intérieur de bactéries simples., Alors que les fabricants ont chacun leurs propres variations, il existe deux méthodes de base pour fabriquer de l’insuline humaine.

Travailler avec de l’insuline humaine

• 1 Le gène de l’insuline est une protéine constituée de deux chaînes d’acides aminés, l’Un au-dessus d’une chaîne B, qui sont maintenues ensemble avec des obligations. Les acides aminés sont les unités de base qui construisent toutes les protéines. La chaîne de l’insuline A se compose de 21 acides aminés et la chaîne B en a 30.
• 2 Avant de devenir une protéine d’insuline active, l’insuline est d’abord produite sous forme de préproinsuline., Il s’agit d’une seule longue chaîne protéique avec les chaînes A et B non encore séparées, une section au milieu reliant les chaînes ensemble et une séquence de signaux à une extrémité indiquant à la protéine quand commencer à sécréter à l’extérieur de la cellule. Après la préproinsuline, la chaîne évolue en proinsuline, toujours une seule chaîne mais sans séquence de signalisation. Puis vient la protéine active insuline, la protéine sans la section reliant les chaînes A et B. À chaque étape, la protéine a besoin d’enzymes spécifiques (protéines qui effectuent des réactions chimiques) pour produire la forme suivante d’insuline.,

EN COMMENÇANT PAR A ET B

• 3 Une méthode de fabrication de l’insuline consiste à cultiver les deux chaînes d’insuline séparément. Cela évitera de fabriquer chacune des enzymes spécifiques nécessaires. Les fabricants ont besoin des deux mini-gènes: un qui produit la chaîne A et un pour la chaîne B. Étant donné que la séquence d’ADN exacte de chaque chaîne est connue, ils synthétisent l’ADN de chaque mini-gène dans une machine de séquençage d’acides aminés.
• 4 Ces deux molécules d’ADN sont ensuite insérées dans des plasmides, de petits morceaux circulaires d’ADN qui sont plus facilement absorbés par l’ADN de l’hôte.,
• 5 Les fabricants insèrent d’abord les plasmides dans un type non nocif de la bactérie E. coli. Ils l’insèrent à côté du gène lacZ. LacZ code pour la 8-galactosidase, un gène largement utilisé dans les procédures d’ADN recombinant car il est facile à trouver et à couper, permettant à l’insuline d’être facilement éliminée afin qu’elle ne se perde pas dans l’ADN de la bactérie. À côté de ce gène se trouve l’acide aminé méthionine, qui commence la formation de protéines.
• 6 Les plasmides recombinants nouvellement formés sont mélangés aux cellules bactériennes. Les plasmides pénètrent dans les bactéries dans un processus appelé transfection., Les fabricants peuvent ajouter aux cellules de l’ADN ligase, une enzyme qui agit comme de la colle pour aider le plasmide à coller à l’ADN de la bactérie.
• 7 Les bactéries synthétisant l’insuline subissent ensuite un processus de fermentation. Ils sont cultivés à des températures optimales dans de grands réservoirs dans des usines de fabrication. Les millions de bactéries se répliquent à peu près toutes les 20 minutes par mitose cellulaire, et chacune exprime le gène de l’insuline.
• 8 Après la multiplication, les cellules sont extraites des réservoirs et brisées pour extraire l’ADN., Une façon courante de le faire consiste à ajouter d’abord un mélange de lysozome qui digère la couche externe de la paroi cellulaire, puis à ajouter un mélange détergent qui sépare la membrane de la paroi cellulaire grasse. L’ADN de la bactérie est ensuite traité avec du bromure de cyanogène, un réactif qui divise les chaînes protéiques au niveau des résidus de méthionine. Cela sépare les chaînes d’insuline du reste de l’ADN.
• 9 Les deux chaînes sont ensuite mélangées et reliées par des liaisons disulfures par la réaction de réduction-réoxydation. Un agent oxydant (un matériau qui provoque l’oxydation ou le transfert d’un électron) est ajouté., Le lot est ensuite placé dans une centrifugeuse, un dispositif mécanique qui tourne rapidement pour séparer les composants cellulaires par taille et densité.
• 10 Le mélange d’ADN est ensuite purifié de sorte qu’il ne reste que les chaînes d’insuline. Les fabricants peuvent purifier le mélange grâce à plusieurs techniques de chromatographie ou de séparation qui exploitent les différences de charge, de taille et d’affinité de la molécule avec l’eau. Les procédures utilisées comprennent une colonne échangeuse d’ions, une chromatographie liquide haute performance en phase inverse et une colonne de chromatographie par filtration sur gel., Les fabricants peuvent tester des lots d’insuline pour s’assurer qu’aucune des protéines E. coli de la bactérie n’est mélangée à l’insuline. Ils utilisent une protéine marqueur qui leur permet de détecter l’ADN d’E. coli. Ils peuvent alors déterminer que le processus de purification élimine la bactérie E. coli.

PROCÉDÉ DE PROINSULINE

• 11 À partir de 1986, les fabricants ont commencé à utiliser une autre méthode pour synthétiser l’insuline humaine. Ils ont commencé avec le précurseur direct du gène de l’insuline, la proinsuline., La plupart des étapes sont les mêmes que lors de la production d’insuline avec les chaînes A et B, sauf que dans cette méthode, la machine à acides aminés synthétise le gène de la proinsuline.
• 12 La séquence codant la proinsuline est insérée dans la bactérie E. coli non pathogène. Les bactéries passent par le processus de fermentation où elles se reproduisent et produisent de la proinsuline. Ensuite, la séquence de connexion entre les chaînes A et B est épissée avec une enzyme et l’insuline résultante est purifiée.,
• 13 À la fin du processus de fabrication, des ingrédients sont ajoutés à l’insuline pour prévenir les bactéries et aider à maintenir un équilibre neutre entre les acides et les bases. Les ingrédients sont également ajoutés à l’insuline intermédiaire et à action prolongée pour produire le type d’insuline de durée souhaitée. C’est la méthode traditionnelle de production d’insuline à action plus longue. Les fabricants ajoutent à l’insuline purifiée des ingrédients qui prolongent leurs actions, tels que l’oxyde de zinc. Ces additifs retardent l’absorption dans le corps. Les additifs varient selon les différentes marques du même type d’insuline.,

Insuline analogique

Au milieu des années 1990, les chercheurs ont commencé à améliorer le fonctionnement de l’insuline humaine dans le corps en modifiant sa séquence d’acides aminés et en créant un analogue, une substance chimique qui imite suffisamment bien une autre substance pour tromper la cellule. L’insuline analogique s’agglutine moins et se disperse plus facilement dans le sang, permettant à l’insuline de commencer à fonctionner dans le corps quelques minutes après une injection. Il existe plusieurs insuline analogique différente. L’insuline humuline n’a pas de liens forts avec d’autres insulines et est donc absorbée rapidement., Un autre analogue de l’insuline, appelé Glargine, modifie la structure chimique de la protéine pour qu’elle ait une libération relativement constante sur 24 heures sans pics prononcés.

Au lieu de synthétiser la séquence d’ADN exacte de l’insuline, les fabricants synthétisent un gène de l’insuline dont la séquence est légèrement modifiée. Le changement provoque la résultante

protéines pour se repousser les unes les autres, ce qui provoque moins d’agglutination., En utilisant cette séquence d’ADN modifiée, le processus de fabrication est similaire au processus d’ADN recombinant décrit.

Contrôle de la qualité

Après la synthèse de l’insuline humaine, la structure et la pureté des lots d’insuline sont testées par plusieurs méthodes différentes. La chromatographie liquide haute performance est utilisée pour déterminer s’il y a des impuretés dans l’insuline. D’autres techniques de séparation, telles que la cristallographie aux rayons X, la filtration sur gel et le séquençage des acides aminés, sont également réalisées. Les fabricants testent également l’emballage du flacon pour s’assurer qu’il est bien scellé.,

La fabrication de l’insuline humaine doit être conforme aux procédures des National Institutes of Health pour les opérations à grande échelle. La Food and Drug Administration des États-Unis doit approuver toutes les insulines fabriquées.

L’Avenir

L’avenir de l’insuline détient de nombreuses possibilités. Depuis que l’insuline a été synthétisée pour la première fois, les diabétiques devaient injecter régulièrement l’insuline liquide avec une seringue directement dans leur circulation sanguine. Cela permet à l’insuline dans le sang immédiatement. Pendant de nombreuses années, c’était le seul moyen connu de déplacer la protéine d’insuline intacte dans le corps., Dans les années 1990, les chercheurs ont commencé à faire des percées dans la synthèse de divers dispositifs et formes d’insuline que les diabétiques peuvent utiliser dans un autre système d’administration de médicaments.

Les fabricants produisent actuellement plusieurs dispositifs d’administration de médicaments relativement nouveaux. Les stylos à insuline ressemblent à un stylo à écrire. Une cartouche contient l’insuline et la pointe est l’aiguille. L’utilisateur de définir une dose, insère l’aiguille dans la peau, et appuie sur un bouton pour injecter l’insuline. Avec un stylo, il n’est pas nécessaire d’utiliser un flacon d’insuline. Cependant, les stylos doivent insérer des conseils séparés avant chaque injection., Un autre inconvénient est que le stylo ne permet pas aux utilisateurs de mélanger des types d’insuline et que toute l’insuline n’est pas disponible.

Pour les personnes qui détestent les aiguilles, une alternative au stylo est le jet-injecteur. Ressemblant aux stylos, les injecteurs à jet utilisent la pression pour propulser un petit flux d’insuline à travers la peau. Ces appareils ne sont pas aussi largement utilisés que le stylo et peuvent provoquer des ecchymoses au point d’entrée.

La pompe à insuline permet une libération contrôlée dans le corps. Il s’agit d’une pompe informatisée, de la taille d’un beeper, que les diabétiques peuvent porter à leur ceinture ou dans leur poche., La pompe a un petit tube flexible qui est inséré juste sous la surface de la peau du diabétique. Le diabétique règle la pompe pour délivrer une dose régulière et mesurée d’insuline tout au long de la journée, en augmentant la quantité juste avant de manger. Cela imite la libération normale d’insuline par le corps. Les fabricants produisent des pompes à insuline depuis les années 1980, mais les progrès réalisés à la fin des années 1990 et au début du XXIe siècle les ont rendues de plus en plus faciles à utiliser et plus populaires. Les chercheurs explorent la possibilité de pompes à insuline implantables., Les diabétiques contrôleraient ces appareils via une télécommande externe.

Les chercheurs explorent d’autres options d’administration de médicaments. L’ingestion d’insuline par des pilules est une possibilité. Le défi avec l’insuline comestible est que l’environnement acide élevé de l’estomac détruit la protéine avant qu’elle ne puisse se déplacer dans le sang. Les chercheurs travaillent sur le revêtement de l’insuline avec plastique de la largeur de quelques cheveux. Les revêtements protégeraient les médicaments de l’acide gastrique.,

En 2001, des essais prometteurs sont en cours sur les dispositifs d’insuline inhalée et les fabricants pourraient commencer à produire les produits dans les prochaines années. Comme l’insuline est une protéine relativement importante, elle ne pénètre pas dans les poumons. Les chercheurs de l’insuline inhalée travaillent à créer des particules d’insuline suffisamment petites pour atteindre les poumons profonds. Les particules peuvent alors passer dans la circulation sanguine. Les chercheurs testent plusieurs dispositifs d’inhalation un peu comme celui d’un inhalateur d’asthme.

Une autre forme d’aérosol soumis à des tests administrera de l’insuline à la joue interne., Connue sous le nom d’insuline buccale (joue), les diabétiques pulvérisent l’insuline sur l’intérieur de leur joue. Il est ensuite absorbé par la paroi interne de la joue.

Les patchs d’insuline sont un autre système d’administration de médicaments en cours de développement. Les patchs libéreraient de l’insuline en continu dans la circulation sanguine. Les utilisateurs tireraient une languette sur le patch pour libérer plus d’insuline avant les repas. Le défi consiste à trouver un moyen de faire passer l’insuline à travers la peau. L’échographie est une méthode que les chercheurs étudient. Ces ondes sonores à basse fréquence pourraient modifier la perméabilité de la peau et permettre à l’insuline de passer.,

D’autres recherches pourraient mettre fin à la nécessité pour les fabricants de synthétiser de l’insuline. Les chercheurs travaillent sur la création des cellules qui produisent de l’insuline en laboratoire. La pensée est que les médecins peuvent un jour remplacer les cellules du pancréas qui ne fonctionnent pas par des cellules productrices d’insuline. Un autre espoir pour les diabétiques est la thérapie génique. Les scientifiques travaillent sur la correction de la mutation du gène de l’insuline afin que les diabétiques puissent produire de l’insuline par eux-mêmes.