Dr n. med. Iwona Korzeniewska-Rybicka

Dzięki terapii insuliną od 1922 roku cukrzyca typu 1 przestała być wyrokiem śmierci. Stała się kontrolowalną chorobą. Historię tego przełomu opisałam w dwóch wcześniejszych odcinkach („Doktorzy Banting, Best, Macleod, Collip i insulina” część 1 w MT 2009;7:32 i część 2 w MT 2009;9:30.).

Jednak początki stosowania insuliny dobitnie unaoczniły mankamenty wczesnych preparatów pochodzących z ekstrakcji z trzustek wieprzowych i wołowych. Były one zanieczyszczone oraz zawierały insulinę specyficzną dla gatunku. Przez to obarczone były działaniami niepożądanymi, takimi jak reakcje alergiczne, tworzenie blokujących przeciwciał przeciwinsulinowych, ropnie w miejscu wstrzyknięcia i lipodystrofia. Występowały znaczące różnice w aktywności poszczególnych serii insuliny wytwarzanej przez pierwszego na świecie wytwórcę, firmę Eli Lilly, osiągające nawet do 25 proc. Przy okazji warto dodać, że w tamtych czasach igły przed wstrzyknięciem insuliny trzeba było samemu naostrzyć.

Z kolei wraz z ulepszonym oczyszczeniem insuliny zaobserwowano skracanie się czasu jej działania, co wiązało się z potrzebą zwiększania częstości podań leku. Skutkowało to albo brakiem przestrzegania zaleceń lekarskich i epizodami hiperglikemii, albo wręcz przeciwnie – nadmierną ekspozycją na szczycie stężenia we krwi wstrzykniętego hormonu i epizodami hipoglikemii.

Oczywista stała się konieczność udoskonalenia preparatów insuliny.

Cukrzyca Marii Krogh

W 1923 roku noblista, prof. August Krogh (1874-1949) z Uniwersytetu Kopenhaskiego, podróżujący po Kanadzie z cyklem wykładów, spotkał się z Frederickiem Bantingiem i Johnem Jamesem Rickardem Macleodem ze względu na osobiste zainteresowanie insuliną. Maria, żona Krogha, była chora na cukrzycę. Uzyskał wówczas zgodę University of Toronto na wytwarzanie insuliny w Skandynawii. W tym samym roku wraz z dr. Hansem Christianem Hagedornem (1988-1971) utworzyli fundację o charakterze non-profit o nazwie Nordisk Insulin Laboratorium i zaczęli wytwarzanie insuliny.

Co połączyło Krogha i Hagedorna? Była to cukrzyca pani Marii Krogh.

Hagedorn był lekarzem. W czasie studiów na Uniwersytecie Kopenhaskim zainteresował się pracą badawczą i uczył się jej od prof. Christiana Bohra, ojca noblisty Nielsa Bohra. Pracę lekarza rozpoczął w szpitalu w Hering, w zachodniej Danii, gdzie współpracował z miejscowym farmaceutą Birgerem Normanem Jensenem. W ramach tej współpracy wprowadzili innowacyjny sposób oznaczania stężenia glukozy we krwi. Metoda opracowana przez Hagedorna i Jensena została opisana i skorzystały z niej liczne laboratoria analityczne. Hagedorn przeniósł się w tym okresie życia do Kopenhagi, gdzie na tamtejszym uniwersytecie obronił doktorat o regulacji glikemii. Wtedy właśnie zainteresował się nim Krogh i poprosił Hagedorna, żeby został osobistym lekarzem jego żony. Kiedy Krogh uzyskał pozwolenie na wytwarzanie insuliny, Hagedorn stał się głównym motorem napędowym tego projektu w Danii.

Obojętna i protaminowa

Tymczasem marzono i prowadzono próby opracowania takiego preparatu insuliny, który miałby wydłużone działanie i byłby pozbawiony ostrego szczytu działania. Marzenie to spełnili jako pierwsi w 1936 roku Hagedorn ze współpracownikami Birgerem Normanem Jensenem i Ingerem Wodstrupem, opracowując insulinę protaminową. Protaminy to niskocząsteczkowe zasadowe białka występujące w spermie większości gatunków zwierząt, przez zespół Hagedorna wyizolowane z gonad ryb łososiowatych. Po zmieszaniu z insuliną protaminy zmniejszają jej rozpuszczalność, co powoduje spowalnianie początku działania i wydłużenie okresu działania.

Ta pierwotna insulina protaminowa musiała mieć obojętne pH i działała maksymalnie do 18-22 godzin, czyli wg dzisiejszych standardów była to insulina o pośrednim czasie działania. Nadano jej nazwę NPH od neutral (obojętna) protamin Hagedorn. Wkrótce potem na uniwersytecie w Toronto D.A. Scott i A.M. Fisher dokonali dalszego wydłużenia czasu działania insuliny do 36 godzin przez dodanie cynku do insuliny protaminowej. Tak powstała insulina protaminowo-cynkowa (PZI, protamine-zinc insulin).

W 1946 roku w firmie Nordisk otrzymano krystaliczną postać insuliny protaminowej, wprowadzono ją na rynek w roku 1950 i jest to ta postać insuliny NPH, która do dziś funkcjonuje w sprzedaży. Jej zaletą jest możliwość mieszania w dowolnej proporcji z insuliną szybko działającą i tworzenie preparatów dwufazowych.

Trylogia insulin lente

W 1951 roku opracowano nowe postaci insuliny o wydłużonym czasie trwania bez dodatku protaminy. Była to seria cynkowych insulin lente. Ich wytworzenie wynikało z obserwacji, że bezpostaciowe lub krystaliczne cząsteczki insuliny w obecności małych ilości soli cynku i przy nieobecności takich anionów jak fosforany lub cytryniany, są w pH obojętnym słabo rozpuszczalne. Tak więc można było sporządzić słabo rozpuszczalną zawiesinę insuliny w buforze octanowym, zapewniającym pH 7,1-7,5.

Wydłużenie działania hipoglikemizującego takiej zawiesiny wynika z jej małej rozpuszczalności. W zależności od stopnia nadmiaru cynku jako dodatku do insuliny podlegającej zawieszeniu w buforze octanowym, uzyskano farmakodynamiczne zróżnicowanie preparatów, które odpowiednio nazwano: semilente o pośrednim czasie działania oraz lente i ultralente, oba o długim czasie działania.

Insulinę w czystej krystalicznej postaci uzyskano w 1929 roku i było to jedno z pierwszych białek dostępnych w takiej formie do dalszych badań. W 1955 roku insulina była już związkiem o w pełni poznanej budowie i sekwencji aminokwasów: składa się z 21-aminokwasowego łańcucha A (od acidic, kwasowy) i 30-aminokwasowego łańcucha B (od basic, zasadowy) połączonych dwoma mostkami dwusiarczkowymi z udziałem siarki z aminokwasu cystyny. Łańcuch A ma jeszcze jeden wewnętrzny mostek dwusiarczkowy.

Zsekwencjonowanie insuliny przyniosło angielskiemu chemikowi Frederickowi Sangerowi Nagrodę Nobla w 1958 roku. Jako ciekawostkę można dodać, że była to jego pierwsza Nagroda Nobla. Jako jedyny naukowiec jak dotąd powtórzył ten sukces w dziedzinie chemii i w 1980 roku został ponownie nagrodzony za opracowanie enzymatycznej metody sekwencjonowania DNA.