Для производства инсулина что необходимо

Современные технологии получения инсулина для лечения сахарного диабета

Сахарный диабет (СД) – одно из самых грозных и распространенных заболеваний обменного характера. По данным статистики, через каждые 10-15 лет числом больным диабетом в мире удваивается.

Болезнь негативно отражается на качестве жизни. Больной постоянно испытывает сухость во рту и жажду, поэтому вынужден употреблять большое количество жидкости. В результате развивается частое и обильное мочеиспускание. Человек испытывает повышенный аппетит. Кожа становится сухой, на ней появляются гнойнички. Часто наблюдаются судороги икроножных мышц.

Со временем происходит поражение сердца и сосудов, периферических нервов, сетчатки глаз, почек, образование трофических язв (диабетическая стопа), резко возрастает риск впадения в диабетическую кому.

Типы заболевания и их причины

СД бывает двух основных типов:

  • первого,
  • второго.

Первый тип развивается чаще всего в молодом возрасте (до 30 лет). Связан он с недостаточной секрецией гормона инсулина, который вырабатывается поджелудочной железой (ПЖ). Снижение производства гормона происходит из-за повреждения β-клеток островков Лангерганса ПЖ. Они повреждаются в результате аутоиммунной реакции организма на некоторые вирусные инфекции (гепатит, краснуха, паротит) или токсического действия пестицидов, нитрозаминов, лекарственных препаратов и т.д.

Диабет второго типа обычно начинается после сорока лет. Уровень гормона в крови в этом случае может быть нормальным или даже превышать норму, однако клетки организма оказываются невосприимчивыми к нему. Причин СД 2-го типа много (наследственная предрасположенность, ожирение, хронический стресс, систематические нарушения в питании и т.д.).

При диабете обоих типов в крови диагностируется повышенное содержание глюкозы.

Лечение

Современная медицина не умеет излечивать СД, поэтому лечиться от этого хронического заболевания придется всю оставшуюся жизнь. Поддерживающая терапия проводится по двум ключевым направлениям:

  • соблюдение диеты, направленной на повышение сахара в крови,
  • прием гормона или сахаропонижающих препаратов для регулирования углеводного обмена.

При СД 1-го типа, его называют инсулинзависимым, без инсулинотерапии не обойтись.

Во втором случае (инсулиннезависимый СД) основной упор делается на диету и прием лекарств, снижающих сахар. Инсулинотерапия прописывается при неэффективности применения лекарств, понижающих уровень сахара, развитии кетоацидоза и прекоматозного состояния. Инсулинотерапия проводится также при наличии сопутствующих патологий (печеночная и почечная недостаточность, туберкулез, хронический пиелонефрит).

Получение инсулина

Представляет собой инсулин гормон пептидной природы. Молекулу формируют две полипептидные цепи. Первая из них (А) включается в себя 21 аминокислотный остаток, вторая (В) – 30 остатков. Соединены цепи между собой двумя дисульфидными мостиками.

Главная роль гормона заключается в регулировке обмена углеводов. Гормон усиливает переход глюкозы через клеточные мембраны и утилизацию ее тканями, содействует трансформации в гликоген в печени. Он также подавляет расщепление гликогена до глюкозы и ее синтез из аминокислот и жирных кислот.

Помимо углеводного, гормон участвует в белковом и жировом обмене.

Впервые в истории человечества СД попробовали лечить в 1922 году гормоном, выделенным из ПЖ телят. Эксперимент удался со второй попытки.

В настоящее время используются два способа промышленного производства препаратов для диабетиков:

  • ферментативная обработка свиного инсулина,
  • генно-инженерный.

Гормон у свиней отличается от человеческого всего на одну аминокислоту – вместо треонина присутствует аланин. Поэтому чтобы придать ему структуру человеческого, производят химическую модификацию животного сырья. В процессе химической реакции отщепляют аланин и присоединяют треонин.

При генно-инженерном способе для выпуска средства используются генетически измененные микроорганизмы (бактерии, дрожжи). Имеются два варианта производства подобного инсулина.

  1. Первый вариант предполагает применение двух штаммов какого-то микроорганизма. Каждый из штаммов синтезирует одну цепь молекулы ДНК. Потом две цепи соединяются, после чего из раствора выделяются активные формы инсулина.
  2. Суть второго варианта состоит в том, что микроорганизм сначала производит проинсулин. После обработки ферментами проинсулин превращается в активный гормон.

В инсулиновых препаратах, если они не прошли надлежащую очистку, могут присутствовать различные примеси, способные вызывать нежелательные побочные эффекты.

К таким примесям относятся проинсулин, белки, глюкагон и т.д. Современные технологии очистки, при их соблюдении, позволяют производить очищенные (монопиковые) и высокоочищенные (монокомпонентные, кристаллизованные) инсулины.

Классификация по длительности воздействия

По этому критерию различают инсулиновые препараты:

ультракороткого действия (УКД),

  • короткого КД),
  • среднего (СД),
  • длительного (ДД),
  • комбинированного действия.

Как известно, секреция инсулина в норме варьируется, т.е. в течение суток он вырабатывается неравномерно. Различают фоновую (базальную) и стимулированную выработку гормона. Базальной является та, которая существует в организме без влияния внешних стимулов для выделения гормона, например, приема глюкозы. Ее роль заключается в том, что она снижает:

  • базальный выпуск глюкозы печенью,
  • уровень сахара натощак,
  • уровень свободных жирных кислот.

Препараты КД и УКД заменяют инсулин, который секретирует ПЖ в ответ на внешний стимул. Препараты СД и ДД создают фоновую секрецию. Препараты комбинированного вида совмещают оба действия.

Инсулины УКД

При подкожном введении (п/к) препарата УКД эффект снижения сахара проявляется быстро , в среднем через четверть часа. Своего пика содержание гормона достигает в течение одного-трех часов. Длительность действия не превышает пяти часов. К таким лекарствам относятся инсулины лизпро, аспарт, глулизин.

Лизпро представляет собой ДНК-рекомбинантный аналог человеческого гормона, полученный путем перестановки двух аминокислот в молекуле. Реализуется под торговой маркой «Хумалог».

Для получения аспарта убирают аминокислоту пролин и вставляют вместо нее аспаргиновую кислоту. Продается лекарство под названиями «НовоРапид Пенфилл» и т.д.

При производстве глулизина аспаргин (аминокислота) заменяется аминокислотой лизин, а лизин в другой позиции на глутаминовую кислоту. Торговая марка – «Апидра».

Применять инсулины УКД можно непосредственно перед едой.

Инсулины КД

Эти инсулины также называют растворимыми, поскольку они являются буферными растворами с нейтральным рН (6,6- 8). Как правило, их используют в условиях стационара, когда требуется быстро снизить содержание глюкозы при диабетической коме и прекоме, а также при установлении оптимальной дозы для пациента.

Результат при подкожной инъекции наступает через 30 мин., эффект максимальной величины достигает через 120 мин., длится около шести часов. Вводят препараты КД также внутривенно и внутримышечно. Растворимые инсулины производятся следующих видов:

человеческий генно-инженерный,

  • человеческий полусинтетический,
  • свиной монокомпонентный.
  • К первому виду относятся «Хумулин Регуляр» и т.д.

К полусинтетическим средствам принадлежат «Биосулин Р» и т.д.

В список монокомпонентных свиных препаратов входят «Актрапид МС» и т.д.

Инсулины СД

Они медленнее всасываются, чем предыдущие препараты, поэтому обладают более длительным воздействием. Терапевтический эффект после приема проявляется приблизительно через 90-120 минут, продолжается он от восьми до двенадцати часов.

Эти препараты содержат пролонгатор – протамин (белок, полученный из молок рыб) или цинк. НПХ-инсулин (изофан, нейтральный протамин Хагедорна) является суспензией из протамина и инсулина.

Инсулин-изофан бывает человеческим полусинтетическим и полученным методами генной инженерии, а также свиным. Реализуются препараты под такими марками: «Монодар Б», «Гансулин Н», «Биосулин Н» и т.д.

Инсулин-цинк суспензию составную можно приобрести под названием «Монотард МС».

Инсулины ДД

К ним относятся гларгин («Лантус») и детемир («Левемир Пенфилл» и т.д.).

Гларгин получают при помощи двух преобразований молекулы гормона. В А-цепи аспаргин в позиции 21 заменяется глицином, в В-цепи остатки аргинина присоединяются к С-концу.

Детемир производится методом биотехнологии рекомбинантной ДНК при использовании одноклеточных микроскопических грибков из класса сахаромицетов.

Длительность воздействия этих препаратов может достигать 36 часов. Начинается эффект после применения через четыре-восемь часов.

Эти препараты не имеют выраженного пика действия, т.е. промежутка времени, когда в крови пациента наблюдается максимальная концентрация гормона. Подобный эффект достигается за счет высвобождения в кровь действующего вещества с постоянной скоростью.

Подобные препараты удобные тем, что позволяют обеспечить гликемический контроль в течение суток за счет одного укола. Выпускаются лекарства в виде суспензий, которые вводятся внутримышечно или подкожно.

Препараты ДД не используют, когда больной находится в прекоме или коме. Они имеют кислый рН, поэтому их нельзя применять вместе с лекарствами КД, у которых нейтральная кислотность.

Препараты комбинированные

Препараты являются суспензиями, которые состоят из инсулина КД и СД. Это сочетание позволяет обойтись одной инъекцией, если есть необходимость применения двух типов лекарств.

Бифазные препараты дают гипогликемический эффект минут через тридцать после укола под кожу. Длительность эффекта достигает двадцати часов. Эти лекарства продаются под названиями «Биогулин 70/30» и т.д.

Вспомогательные компоненты

Помимо активного вещества, препараты инсулина содержат различные вспомогательные элементы. Они имеют не терапевтическое, а технологическое значение.

К ним относятся:

  • пролонгаторы,
  • антимикробные компоненты,
  • стабилизаторы.

Первые предназначены для увеличения длительности действия активного компонента.

Антимикробные вещества продлевают срок службы препарата, предотвращая развитие микроорганизмов.

Стабилизаторы сохраняют постоянным уровень кислотности препарата.

Комплекс применяемых дополнительных веществ не одинаков в различных препаратах.

Инсулин оказывает неоценимую помощь диабетикам. Но его необходимо правильно применять. Дозировка лекарства проводится врачом с учетом индивидуальных особенностей состояния пациента (уровня глюкозы, физической активности человека, калорийности рациона, реакции организма на инсулин и т.д.). Передозировка препарата опасна тем, что может резко снизиться содержание глюкозы в кровяном русле, в результате чего человек рискует впасть в гипогликемическую кому.

Дополнительную информацию о производстве инсулина можно получить из видеоматериала.

Узнать, как правильно делать инсулиновые инъекции, можно из видео.

Источник статьи: http://rvdku.ru/diabet/sovremennye-tehnologii-polucheniya-insulina-dlya-lecheniya-saharnogo-diabeta

Из чего производят инсулин

Инсулин – это основное лекарство для лечения больных сахарным диабетом 1 типа. Иногда он также используется для стабилизации состояния пациента и улучшения его самочувствия при втором типе заболевания. Это вещество по своей природе является гормоном, который способен в малых дозах влиять на обмен углеводов.

В норме поджелудочная железа вырабатывает достаточное количество инсулина, который помогает поддерживать физиологический уровень сахара в крови. Но при серьезных эндокринных нарушениях единственным шансом помочь больному часто становятся именно инъекции инсулина. Принимать его перорально (в виде таблеток), к сожалению, нельзя, поскольку он полностью разрушается в пищеварительном тракте и утрачивает биологическую ценность.

Варианты получения инсулина для использования в медицинской практике

Многие диабетики наверняка хоть раз задавались вопросом, из чего делают инсулин, который применяется в медицинских целях? В настоящее время чаще всего это лекарство получают с помощью методов генной инженерии и биотехнологии, но иногда его извлекают из сырья животного происхождения.

Препараты, получаемые из сырья животного происхождения

Получение этого гормона из поджелудочной железы свиней и крупного рогатого скота – старая технология, которая сегодня используется довольно редко. Это связано с невысоким качеством получаемого лекарства, его склонностью вызывать аллергические реакции и недостаточной степенью очистки. Дело в том, что, поскольку гормон – это белковое вещество, оно состоит из определенного набора аминокислот.

В начале и середине 20 столетия, когда аналогичных препаратов не существовало, даже такой инсулин стал прорывом в медицине и позволил вывести лечение диабетиков на новый уровень. Гормоны, полученные таким методом, снижали сахар крови, правда, при этом они часто вызывали побочные эффекты и аллергию. Отличия в составе аминокислот и примеси в лекарстве сказывались на состоянии пациентов, особенно это проявлялось у более уязвимых категорий больных (детей и пожилых людей). Еще одна причина плохой переносимости такого инсулина – наличие его неактивного предшественника в лекарстве (проинсулина), избавиться от которого в данной вариации лекарства было невозможно.

В наше время существуют усовершенствованные свиные инсулины, которые лишены этих недостатков. Их получают из поджелудочной железы свиньи, но после этого поддают дополнительной обработке и очистке. Они являются многокомпонентными и содержат в своем составе вспомогательные вещества.

Такие лекарства переносятся пациентами гораздо лучше и практически не вызывают побочных реакций, они не угнетают иммунитет и эффективно снижают сахар в крови. Бычий инсулин на сегодняшний день в медицине не используется, так как из-за своей чужеродной структуры он отрицательно влияет на иммунную и другие системы организма человека.

Генноинженерный инсулин

Человеческий инсулин, который применяется для диабетиков, в промышленном масштабе получают двумя способами:

  • с помощью ферментативной обработки свиного инсулина;
  • с использованием генномодифицированных штаммов кишечной палочки или дрожжей.

При физико-химическом изменении молекулы свиного инсулина под действием специальных ферментов становятся идентичными инсулину человека. Аминокислотный состав полученного препарата ничем не отличается от состава натурального гормона, который вырабатывается в организме людей. В процессе производства лекарство проходит высокую очистку, поэтому не вызывает аллергических реакций и других нежелательных проявлений.

Но чаще всего инсулин получают с помощью модифицированных (генетически измененных) микроорганизмов. Бактерии или дрожжи с помощью биотехнологических методов изменены таким образом, что могут сами производить инсулин.

Существует 2 методики подобного получения инсулина. Первая из них основана на использовании двух разных штаммов (видов) какого-то одного микроорганизма. Каждый из них синтезирует только одну цепь молекулы ДНК гормона (всего их две, и они спирально закручены между собой). Затем эти цепи соединяются, и в полученном растворе уже можно отделить активные формы инсулина от тех, которые не несут никакого биологического значения.

Второй способ получения лекарства с помощью кишечной палочки или дрожжей основан на том, что микроб сначала производит неактивный инсулин (то есть его предшественник – проинсулин). Потом с помощью ферментативной обработки эту форму активируют и используют в медицине.

Все эти процессы обычно автоматизированы, воздух и все соприкасающиеся поверхности с ампулами и флаконами стерильны, а линии с оборудованием герметично закрыты.

Методы биотехнологии дают возможность ученым думать об альтернативных решениях проблемы сахарного диабета. Например, на сегодняшний день проводятся доклинические исследования производства искусственных бета-клеток поджелудочной железы, которые могут быть получены с помощью методов генной инженерии. Возможно, в будущем их будут использовать для улучшения функционирования этого органа у больного человека.

Дополнительные компоненты

Производство инсулина без вспомогательных веществ в современном мире практически невозможно представить, ведь они позволяют улучшить его химические свойства, продлить время действия и достичь высокой степени чистоты.

По своим свойствам все дополнительные ингредиенты можно разделить на такие классы:

  • пролонгаторы (вещества, которые используются для обеспечения более длительного действия лекарства);
  • дезинфицирующие компоненты;
  • стабилизаторы, благодаря которым в растворе лекарства поддерживается оптимальная кислотность.

Пролонгирующие добавки

Существуют инсулины продленного действия, биологическая активность которых продолжается в течение 8 – 42 часов (в зависимости от группы препарата). Такой эффект достигается, благодаря добавлению в инъекционный раствор специальных веществ – пролонгаторов. Чаще всего с этой целью применяется одно из таких соединений:

  • белки;
  • хлористые соли цинка.

Белки, которые продлевают действие лекарства, проходят детальную очистку и являются низкоаллергенными (например, протамин). Соли цинка также не оказывают отрицательного влияния ни на активность инсулина, ни на самочувствие человека.

Антимикробные составляющие

Дезинфекторы в составе инсулина необходимы для того, чтобы при хранении и использовании в нем не размножалась микробная флора. Эти вещества являются консервантами и обеспечивают сохранность биологической активности лекарства. К тому же, если пациент вводит гормон из одного флакона только самому себе, то лекарства ему может хватить на несколько дней. За счет качественных антибактериальных компонентов у него не будет потребности выбрасывать неиспользованный препарат из-за теоретической возможности размножения в растворе микробов.

В качестве дезинфицирующих составляющих при производстве инсулина могут использоваться такие вещества:

  • метакрезол;
  • фенол;
  • парабены.

Для производства каждого вида инсулина подходят определенные дезинфицирующие компоненты. Их взаимодействие с гормоном обязательно исследуют на этапе доклинических испытаний, поскольку консервант не должен нарушать биологическую активность инсулина или как-то по-другому отрицательно влиять на его свойства.

Использование консервантов в большинстве случаев позволяет вводить гормон под кожу без ее предварительной обработки спиртом или другими антисептиками (производитель обычно упоминает об этом в инструкции). Это упрощает введение лекарства и сокращает количество подготовительных манипуляций перед самой инъекцией. Но данная рекомендация работает только в случае введения раствора с помощью индивидуального инсулинового шприца с тонкой иглой.

Стабилизаторы

Стабилизаторы необходимы для того, чтобы pH раствора поддерживался на заданном уровне. От уровня кислотности зависит сохранность лекарства, его активность и стабильность химических свойств. При производстве инъекционного гормона для больных диабетом с этой целью обычно используют фосфаты.

Для инсулинов с цинком стабилизаторы растворов нужны не всегда, поскольку ионы металла помогают поддерживать необходимый баланс. Если же они все-таки применяются, то вместо фосфатов используют другие химические соединения, так как комбинация этих веществ приводит к выпадению осадка и непригодности лекарства. Важное свойство, предъявляемое ко всем стабилизаторам – безопасность и отсутствие возможности вступать в любые реакции с инсулином.

Подбором инъекционных лекарств при диабете для каждого конкретного пациента должен заниматься компетентный эндокринолог. Задача инсулина – не только удерживать нормальный уровень сахара в крови, но и не вредить другим органам и системам. Препарат должен быть нейтральным в химическом плане, низкоаллергенным и желательно доступным по цене. Довольно удобно также, если подобранный инсулин можно будет смешивать с другими его версиями по длительности действия.

Источник статьи: http://sosudy.info/chego-proizvodyat-insulin

bezinsulina