ИНСУЛИН: ЗАБЕГ ДЛИНОЙ В 100 ЛЕТ

Сто лет назад, в мае 1921 года, произошло великое событие – был открыт инсулин. Все эти сто лет исследователи непрерывно работали над усовершенствованием препарата. Цель была одна – с помощью введенного извне лекарства смоделировать работу нормально функционирующей поджелудочной железы, приблизив тем самым качество жизни людей с диабетом к качеству жизни здоровых людей. И сегодня можно смело утверждать – современные инсулины (прандиальные, базальные, смешанные) в сочетании с инновационными средствами их введения и контроля гликемии обеспечивают людям с диабетом достойное качество жизни. В крупных исследованиях показано, что адекватный профиль гликемии, которого позволяет добиться использования современных инсулинов, минимизирует риск осложнений сахарного диабета, приближая продолжительность жизни пациента с СД к среднепопуляционному уровню.

Автор Татьяна ШЕМШУР

Плоды упорства

Ф. БАНТИНГ

Инсулин получил свое название до того, как был открыт. В 1889 г. в Германии Оскар Минковский и Джозеф фон Меринг, увидев, что тотальная панкреатэктомия у экспериментальных животных приводит к развитию тяжелого сахарного диабета, сделали вывод, что загадочное вещество, вырабатываемое поджелудочной железой, отвечает за метаболический контроль. Минковский был первым из исследователей и врачей, кто вводил растворы поджелудочной железы перорально и парентерально в надежде восполнить недостающее вещество. Однако его результаты сопровождались настолько серьезными, опасными для жизни реакциями, что сотрудники лаборатории Минковского отвергли его работу как безрезультатную и опасную. Тем не менее, веря в существование внутреннего секрета поджелудочной железы, в 1909 г. бельгийский исследователь Дж. де Мейер, а затем в 1916 г. Шафер из Великобритании предложили назвать это вещество «инсулин». Выделению и идентификации инсулина во втором десятилетии двадцатого века помешала Первая мировая война.

В 1920 г. Фредерик Грант Бантинг, 22‑летний врач и хирург, прочитал передовицу ноябрьского номера журнала Surgery, Gynecology and Obstetrics «Связь островков Лангерганса с диабетом с особым упором на случаи литиаза поджелудочной железы», автором которой был Мозес Бэррон. Под впечатлением статьи Бантинг записал: «Это идея. Перевяжите протоки поджелудочной железы собаки. Поддерживайте жизнь собак до тех пор, пока ацинусы не выйдут из островков. Попытайтесь изолировать их внутреннюю секрецию, чтобы избавиться от глюкозурии».

В тот момент Ф. Бантинг еще работал врачом в маленьком городке штата Онтарио – Лондоне (Канада). Трудолюбивый, честный и принципиальный, он отличался неуживчивым характером, поэтому его карьера не складывалась. Чтобы заработать себе на жизнь, Бантинг подрабатывал чтением лекций местным студентам. Готовясь к занятиям, молодой врач и наткнулся на заметку Мозеса Бэррона. Загоревшись идеей проверить свою гипотезу о способах выделения инсулина, Бантинг уволился из больницы и отправился в Торонто.

В университете Торонто Ф. Бантинг обратился к профессору физиологии Дж. Маклауду с предложением проверить в каникулярное время свою идею происхождения диабета. Маклауд, в то время известный эксперт по углеводному обмену, сомневался в возможностях новичка добиться успеха там, где не удалось мастеру, но все же разрешил эксперименты. Бантингу были предоставлены лаборатория и, конечно, собаки для исследований. В помощники Бантингу был назначен студент Чарльз Бест. Исследования начались 17 мая 1921 г., и уже в конце июля ученые отметили гипогликемический эффект при внутривенных инъекциях солевых экстрактов охлажденной атрофированной поджелудочной железы у лишенных поджелудочной железы животных. К декабрю были получены новые доказательства того, что этот экстракт часто снижает уровень глюкозы в крови собак с диабетом. Можно было праздновать победу – роль гормона поджелудочной железы в метаболизме глюкозы не вызывала сомнения! Так был открыт инсулин.

Первые пациенты

Следующим шагом стала очистка инсулина от примесей, которую смог провести Дж. Коллип. Кстати, он также заметил, что инсулин понижает не только глюкозу крови, но и содержание кетонов в моче.

Наконец, в начале января 1922 г. врачи из больницы общего профиля Торонто ввели 14‑летнему мальчику с тяжелым диабетом, Леонарду Томпсону, 15 мл экстракта поджелудочной железы. Инъекция способствовала лишь небольшому снижению гликемии и глюкозурии, не повлияв на кетоацидоз и клиническую картину, кроме того, вызвала образование стерильного абсцесса. «Эти результаты не были такими обнадеживающими, как полученные Цуэльцером в 1908 году», – писал позже Бантинг. Лечение немедленно прекратили. Ф. Бантинг и Ч. Бест продолжили свои исследования, в то время как Дж. Б. Коллип усовершенствовал экстракт, сделав его более
концентрированным. 23 января Леонарду сделали еще одну инъекцию. Результаты не заставили себя ждать. Уровень глюкозы в крови упал до нормы, а кетонурия исчезла. Леонарду продолжили делать инъекции – ежедневно с 23 января по 4 февраля, и, согласно записям Бантинга, «мальчик стал ярче, активнее, выглядел лучше и сказал, что чувствует себя сильнее». Леонард Томпсон прожил на инсулине еще тринадцать лет. Он умер 20 апреля 1935 года в возрасте 27 лет от бронхо­пневмонии и других осложнений диабета. В литературе можно найти истории других пациентов Бантинга, например, Джозефа Гилкриста, друга и одноклассника Бантинга, Джеймса Хэвенса из США, который стал известным художником и гравером, и многих других. Успех в лечении этих пациентов доказал, что функцию поджелудочной железы, нарушенную при диабете, можно успешно заменить.

В 1960-  и 1970‑х гг. были сделаны научные открытия, которые позволили ученым использовать основной принцип молекулярной биологии (ДНК – РНК – белок) для производства любых белков. Мини‑фабриками для получения рекомбинантных ДНК стали бактерии. В 1977 г. Бойер и его коллеги получили рекомбинантный соматостатин, а в 1978 г. Genentech стала первой компанией, производящей человеческий инсулин

Бантингу и Маклауду была присуждена Нобелевская премия 1923 года по физиологии и медицине. Бантинг разделил свои призовые поровну с Бестом, Маклауд – с Коллипом, потому что считали, что их помощники также достойны награждения.

Гонка производителей

Дж. Б. КОЛЛИП

Первый производитель инсулина Eli Lilly уже к концу июня 1923 г. получил сильнодействующие препараты свиного инсулина, которые были отправлены в Торонто для тестирования. Осенью того же года химики Eli Lilly совершили еще один важный прорыв в разработке инсулина, открыв метод получения чистого гормона путем изоэлектрического осаждения. Чтобы укрепить контроль над открытием, исследователи передали патенты на свои методы Университету Торонто, который лицензировал производителей в других странах. Затем производство инсулина в Копенгагене организовал Август Крог в своей лаборатории инсулина Nordisk. Таким образом, мировое господство в производстве инсулина завоевали два основных производителя – Lilly в Соединенных Штатах и Novo в Дании, которые и в настоящее время по‑прежнему входят в число лидеров. Потребности в инсулине увеличивались, что требовало поиска способов синтезировать этот препарат в лаборатории. Аминокислотная последовательность человеческого инсулина была разработана Фредериком Сэнгером в 1951 г., и в 1958 г. он получил за свое открытие Нобелевскую премию.

А в 1960 г. человеческий инсулин был синтезирован несколькими академическими группами – из университетов Питтсбурга (США) и Ахена (Германия). Процесс производства был очень сложным, дорогим и требовал много времени. Компания Novo Nordisk использовала иной метод – исследователи очистили свиной инсулин и заменили одну из его цепей на человеческую аминокислоту. Тем самым был получен аналог человеческого инсулина, названный «полусинтетическим» человеческим инсулином.

В 1889 г. Германии Оскар Минковский и Джозеф фон Меринг, увидев, что тотальная панкреатэктомия у экспериментальных животных приводит к развитию тяжелого сахарного диабета, сделали вывод, что загадочное вещество, вырабатываемое поджелудочной железой, отвечает за метаболический контроль

В 1960- и 1970‑х гг. были сделаны научные открытия, которые позволили ученым использовать основной принцип молекулярной биологии (ДНК → РНК → белок) для производства любых белков. Мини‑фабриками для получения рекомбинантных ДНК стали бактерии. В 1977 г. Бойер и его коллеги получили рекомбинантный соматостатин, а в 1978 г. Genentech стала первой компанией, производящей человеческий инсулин.

Genentech передала лицензию на производство Eli Lilly and Company, после чего родился первый в мире рекомбинантный терапевтический препарат – хумулин. На сегодняшний день этот лекарственный продукт практически полностью заменил бычий инсулин в качестве основного средства лечения сахарного диабета (да‑да, из‑за дешевизны производства бычий инсулин еще используется для терапии диабета в бедных странах).

Нет предела совершенству

Современные возможности генно‑инженерных технологий позволяют получать модифицированные инсулины с заданными фармакокинетическими и фармакодинамическими свойствами – сверхкоротким и сверхдлинным действием. Такое разнообразие позволяет максимально приблизить действие лекарств, вводимых извне, к функциям поджелудочной железы – базальное высвобождение инсулина и прандиальное – во время и сразу после приема пищи. Это соответствует принципам заместительной терапии – введения базального и болюсного инсулина. Аналоги инсулина быстрого и короткого действия используются в виде болюсных доз, а продукты промежуточного и длительного действия – в качестве базальных. Первый базальный инсулин в 1946 г. получил Ганс Христиан Хагедорн – основатель датской компании Nordisk. Его имя стало составной частью названия препарата – нейтральный протамин Хагедорна, или НПХ. Комплекс протамина и цинка снижал растворимость инсулина и продлевал его высвобождение до 12–18 часов с максимальным эффектом примерно через 4 часа. Однако у НПХ были и недостатки – высокая индивидуальная вариабельность, необходимость ресуспендирования перед инъекцией и длительность действия менее суток. Следующие аналоги инсулина – детемир и гларгин – обладали более низкой вариабельностью и замедленным высвобождением. Кроме того, их отличал более низкий риск гипогликемии, особенно ночной.

Последним представителем базальных инсулинов стал инсулин деглудек, обладающий сверхдлительным действием, уменьшенной вариабельностью и способностью стабильно снижать уровень глюкозы.

Болюсные инсулины, или быстродействующие, прандиальные инсулины были синтезированы с целью быстро минимизировать скачки уровня глюкозы после приема пищи. К настоящему времени разработаны три аналога инсулина быстрого действия –лизпро, аспарт и глулизин. При разработке этих препаратов были внесены изменения в B‑цепи инсулина, которые нарушают тенденцию к агрегации в виде димеров и гексамеров.

Поэтому они быстрее всасываются в кровоток после подкожной инъекции. Для максимального удобства пациента и уменьшения количества требуемых ежедневных инъекций за счет включения в один состав компонентов как быстрого, так и промежуточного действия были разработаны двухфазные инсулины. До недавнего времени такая идеальная комбинация на практике была невозможна, так как базальные аналоги нельзя смешивать с другими. Выход из этой ситуации нашли, протаминировав часть быстродействующего аналога, превратив его в инсулин промежуточного действия. Двухфазный человеческий инсулин содержит 30% обычного человеческого инсулина и 70% протаминированного инсулина. В настоящее время в число наиболее широко используемых составов вошли двухфазный инсулин аспарт (30%) и двухфазный инсулин лизпро. Они состоят, соответственно, из 70/75% суспензии протаминового аналога промежуточного действия и 30/25% раствора аналога быстрого действия. Проблемы комбинирования базального инсулина и инсулина быстрого действия в одном препарате недавно были преодолены при создании препарата, содержащего инсулин деглудек (70%) и инсулин аспарт (30%). Двухфазные инсулины, так же как и быстрые аналоги, можно вводить непосредственно перед приемом пищи, а их дозу легко интенсифицировать. Однако им присущи и недостатки, главный из которых заключается в невозможности регулировать дозы быстрого и промежуточного аналога индивидуально.

Взгляд в будущее

К числу перспективных направлений неинъекционного введения инсулина относится ингаляционный способ доставки препарата. Его преимуществами служат как простота требуемых для этого устройств, так и быстрое всасывание инсулина в кровь благодаря значительной поверхности легких и высокой проницаемости легочной ткани. Однако, наверное, самым большим достижением инсулинотерапии станет появление пероральной формы препарата, что положит конец ежедневной монотонной практике подкожных инъекций. Израильская компания Oramed Pharmaceuticals, которая специализируется на разработке пероральных систем доставки лекарственных средств, уже проводит испытания инсулиновой капсулы ORMD‑0801. Однако цена изобретения пока ставит под сомнение доступность этого препарата для большинства диабетиков. Кроме того, специалисты считают, что трудно подобрать состав инсулина, одинаковый для всех, из‑за сложностей режимов и контроля диеты, а также разнообразия пациентов и типов диабета. Так что, может быть, использование малоинвазивных устройств для введения инсулина и контроля сахара в крови обеспечит лучший метаболический контроль и возможность управлять режимом инсулинотерапии.