Ινσουλίνη: Μια ανακάλυψη-σταθμός, μια πρωτεΐνη-ελπίδα για πολλούς

Της Ελένης Σακκά, 

Η κακή ποιότητα ζωής και ύστερα ο θάνατος, πριν την ανακάλυψη της ινσουλίνης, αποτελούσαν αναπόφευκτες  καταστάσεις για χιλιάδες διαβητικούς.

H έλλειψή της επέφερε συχνά διαβητικό κώμα συνήθως εξαιτίας μίας μεταβολικής δυσλειτουργίας, η οποία είναι γνωστή και ως κετοξέωση (DKA), η οποία σχετίζεται με υψηλές συγκεντρώσεις κετονών στο αίμα και έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση του pH του. Είχε, όμως, παρατηρηθεί πως η μείωση της πρόσληψης ζάχαρης από τους διαβητικούς, επέκτεινε το προσδόκιμο ζωής για περίπου έναν χρόνο χωρίς, όμως, να υπόσχεται κάποια καλύτερη εξέλιξη σε σχέση με τη νόσο.

Όλα αυτά, μέχρι το 1920, όταν ο Frederick Banting μαζί με τους συνεργάτες του, Charles H. Best και John Macleod, προτείνουν την ινσουλίνη, σαν πιθανό αντιδιαβητικό παράγοντα. Η ινσουλίνη (“insula” στα λατινικά που σημαίνει «νησί») αποτελεί ορμόνη, πρωτεΐνη, δηλαδή, που εκκρίνεται στο αίμα, η οποία παράγεται από β-κύτταρα των παγκρεατικών νησιδίων των γνωστών και ως «νησίδια του Langerhans» και είναι υπεύθυνη για τον έλεγχο του μεταβολισμού των υδατανθράκων. Το 1922, ο Banting υλοποίησε το πείραμα που, επί δύο έτη, προετοίμαζε. Εισήγαγε ποσότητα ινσουλίνης, που απομόνωσε από σκύλο, στον 14χρονο Leonard Thompson, ο οποίος έπασχε από διαβήτη τύπου 1 και ήταν έτοιμος να καταλήξει. Ο ασθενής ξύπνησε από το κώμα στο οποίο βρισκόταν, όμως, παρουσίασε μία αρκετά σοβαρή αλλεργική αντίδραση, εφόσον η πρωτεΐνη που του χορηγήθηκε διαφέρει λίγο από την ανθρώπινη.

Μέσα σε περίπου δώδεκα ημέρες η πρωτεΐνη υπέστη αρκετές τροποποιήσεις από τον James B. Collip, ώστε να μειωθεί η πιθανότητα εμφάνισης άλλης αλλεργικής αντίδρασης από κάποιον ασθενή. Όταν η διαδικασία είχε ολοκληρωθεί, ο Banting και οι συνεργάτες του επισκέφτηκαν ένα νοσοκομείο του Toronto στον Καναδά, όπου πολλά διαβητικά παιδιά βρίσκονταν σε κώμα, με τους γονείς τους στο πλάι τους και πολύ κοντά στον θάνατο. Η ινσουλίνη χορηγούνταν από κρεβάτι σε κρεβάτι, και μόλις είχε γίνει ένεση και στο τελευταίο παιδί, τα πρώτα είχαν ήδη αρχίσει να ξυπνούν.

Η μέρα αυτή ήταν μία από τις σημαντικότερες στην ιστορία της Ιατρικής και της Βιοχημείας. Για αρκετά χρόνια μετά χρησιμοποιούνταν ινσουλίνη από χοίρους και βοοειδή. Είναι ξεκάθαρο, όμως, ότι αυτή δε θα μπορούσε να αποτελεί μια μόνιμη λύση. Η διαδικασία της απομόνωσης από ζώα, εξάλλου, είναι επίπονη, εφόσον απαιτεί την εξαγωγή του παγκρέατος τους. Για χρόνια η επιστήμη προσπαθούσε να βρει έναν τρόπο να παράγει μαζικά την ανθρώπινη ινσουλίνη και τα κατάφερε.

Από το 1978 μέχρι και σήμερα χρησιμοποιείται ευρέως σε ενέσεις, ινσουλίνη, η οποία παράγεται από βακτηριακά κύτταρα. Η τεχνική αυτή βασίζεται στην καθολικότητα του γενετικού κώδικα, που πρακτικά είναι η ικανότητα των κυττάρων να εκφράζουν με τον ίδιο τρόπο (με ελάχιστες εξαιρέσεις) το ίδιο γονίδιο, ακόμη και αν αυτά ανήκουν σε διαφορετικούς οργανισμούς. Αυτό πρακτικά σημαίνει, πως, αν με κάποιον τρόπο το γονίδιο της ανθρώπινης ινσουλίνης εισαχθεί σε βακτήρια, η πρωτεΐνη θα παραχθεί από αυτά.

Η μέθοδος ξεκινά με την εισαγωγή της αλληλουχίας του ανθρώπινου γονιδίου της ινσουλίνης σε κυκλικά μόρια DNA, που ονομάζονται πλασμίδια και υπάρχουν φυσιολογικά στα βακτήρια. Έτσι, δημιουργείται ένα ανασυνδυασμένο κυκλικό μόριο DNA, το οποίο περιέχει κάποια γονίδια του βακτηρίου, αλλά και το δικό μας. Στη συνέχεια, το πλασμίδιο αυτό εισάγεται σε βακτήρια για τα οποία γνωρίζουμε τις κατάλληλες συνθήκες ανάπτυξής τους. Αυτά αναπτύσσονται σε μία μεγάλη δεξαμενή, τον βιοαντιδραστήρα, ο οποίος παρέχει τη δυνατότητα ελέγχου τόσο των θρεπτικών συστατικών όσο και της θερμοκρασίας και του pH για την καλύτερη δυνατή παραγωγή. Η πρωτεΐνη που απομονώνεται, καθαρίζεται και με μία γρήγορη σχετικά τροποποίηση, που φυσιολογικά τα βακτήρια δεν μπορούν να κάνουν, είναι έτοιμη για χρήση.

Τη δεκαετία του 2000, χρησιμοποιήθηκαν και αρκετά ανάλογα της ινσουλίνης, όπως το Lispro. Όταν αυξήθηκε το προσδόκιμο ζωής των διαβητικών, έγιναν περισσότερο εμφανείς χρόνιες επιπλοκές που σχετίζονται με τον διαβήτη. Έγινε γνωστό πως υπάρχει άμεση σχέση επιπλοκών και γλυκαιμικού ελέγχου. Τα ανάλογα έδιναν τη δυνατότητα για καλύτερο έλεγχο του διαβήτη με τις επιπλοκές να είναι μειωμένες ή να εμφανίζονται καθυστερημένα. Η ίδια η ινσουλίνη, πάντως, παραμένει εξίσου σημαντική, όπως πρώτα.

Ήδη εδώ και αρκετά χρόνια, οι περισσότεροι ασθενείς χρησιμοποιούν τα δικά τους προσωπικά kits που τους επιτρέπουν να ελέγχουν τα ποσοστά της γλυκόζης στο αίμα τους, ενώ, επίσης, και να λαμβάνουν την απαραίτητη για αυτούς ινσουλίνη οποιαδήποτε στιγμή τους είναι απαραίτητη. Η διάγνωση, εν τω μεταξύ, είναι πολύ πιο εύκολη και γίνεται με περισσότερο εξειδικευμένες μεθόδους από ότι στο παρελθόν. Το μέλλον είναι ακόμη πιο αισιόδοξο με τη συνεχή εργαστηριακή προσπάθεια να δίνει καρπούς και να υπόσχεται ακόμη καλύτερη ποιότητα ζωής  για εκατομμύρια διαβητικούς.

Βιβλιογραφία

• Lizzo JM, Goyal A, Gupta V. Adult Diabetic Ketoacidosis. [Updated 2020 Oct 5]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2020 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560723/
• Ghimire P, Dhamoon AS. Ketoacidosis. [Updated 2020 Nov 21]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearlsPublishing;2020Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK534848/
• Vecchio, Ignacio et al. “The Discovery of Insulin: An Important Milestone in the History of Medicine.” Frontiers in endocrinology vol.9613. 23 Oct. 2018, doi:10.3389/fendo.2018.00613
• Αναστασία Κοτοπούλη, «Κλωνοποίηση, μοριακός και λειτουργικός χαρακτηρισμός της υποθετικής φωσφατάσης φωσφοϊνοσιτιδίων, LdPIPh22, του παρασιτικού πρωτοζώου Leishmania donovani», Ερευνητική εργασία διπλώματος ειδίκευσης, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Χημείας, Αθήνα, 2014
• Remedi MS, Emfinger C. Pancreatic β-cell identity in diabetes. Diabetes Obes Metab. 2016;18 Suppl1(Suppl 1):110-116. doi:10.1111/dom.12727
• Baeshen, N.A., Baeshen, M.N., Sheikh, A.et al.Cell factories for insulin production.Microb Cell Fact13,141 (2014). https://doi.org/10.1186/s12934-014-0141-0
• Donner T, Sarkar S. Insulin – Pharmacology, Therapeutic Regimens, and Principles of Intensive Insulin Therapy. [Updated 2019 Feb 23]. In: Feingold KR, Anawalt B, Boyce A, et al., editors. Endotext [Internet]. South Dartmouth (MA): MDText.com, Inc.; 2000-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK278938/
• Quianzon CC, Cheikh I. History of insulin. J Community Hosp Intern Med Perspect. 2012 Jul 16;2(2). doi: 10.3402/jchimp.v2i2.18701. PMID: 23882369; PMCID: PMC3714061.
• Koonin, E. V., & Novozhilov, A. S. (2009). Origin and evolution of the genetic code: the universal enigma. IUBMB life,61(2), 99–111. https://doi.org/10.1002/iub.146
• Wilcox G. (2005). Insulin and insulin resistance. The Clinical biochemist. Reviews, 26(2), 19–39.
• Koonin, Eugene V, and Artem S Novozhilov. “Origin and evolution of the genetic code: the universal enigma.” IUBMB lifevol. 61,2 (2009): 99-111. doi:10.1002/iub.146