Kto odkrył insulinę?
Insulina ma kluczowe znaczenie w leczeniu cukrzycy, ponieważ wszystkie typy cukrzycy występują z powodu niezdolności organizmu do efektywnego wykorzystania cukru we krwi, wynikającej z niewystarczających, nieskutecznych lub nieistniejących zapasów insuliny.
Innowacyjni naukowcy, którzy odkryli insulinę, otrzymali nagrodę Nobla, ale odkrycie to również wywołało kontrowersje.
Odkrycie insuliny nastąpiło w 1921 roku w następstwie pomysłów kanadyjskiego ortopedy Fredericka G. Bantinga, umiejętności chemicznych jego asystenta Charlesa Besta i Johna MacLeoda z University of Toronto w Kanadzie.
Przez lata krążyło kilka sprzecznych relacji o odkryciu insuliny, a po latach zakwestionowano nawet Nagrodę Nobla przyznaną za jej odkrycie w 1923 roku.
W tym artykule przyjrzymy się osobom odpowiedzialnym za to przełomowe leczenie cukrzycy.
Historia insuliny
Zrozumienie cukrzycy rozwija się od tysięcy lat; nawet starożytni Grecy wiedzieli o tym i diagnozowali cukrzycę na podstawie degustacji moczu.
Świadomość, że pewne stany moczu i poziomy pragnienia związane z poziomem cukru we krwi wzrosła na przestrzeni wieków.
Podczas gdy XIX-wieczni fizjolodzy rozumieli, że trzustka odgrywa kluczową rolę w przetwarzaniu energii w całym organizmie, nie rozumieli bezpośredniej roli trzustki w cukrzycy, dopóki dwóch fizjologów nie usunęło trzustki psom w 1890 roku.
Ci dwaj naukowcy obserwowali rozwój ciężkiej cukrzycy w ciągu 3 tygodni, w tym objawy, które będą dziś znane osobom z tą chorobą, w tym:
- wysoki poziom cukru we krwi
- silnie rozcieńczony mocz, co obserwuje się w moczówce prostej
- śpiączka cukrzycowa
- śmierć z powodu ketozy
Pierwszym fizjologiem, który zasugerował, że wysepki trzustkowe lub wysepki Langerhansa mogą wpływać na wpływ trzustki na kontrolę poziomu cukru we krwi, był Sir Edward Albert Sharpey-Schäfer, który po raz pierwszy sformułował te twierdzenia około 1894 roku.
Chociaż nie wyodrębnił substancji, którą teraz rozumiemy jako insulinę, użył terminu „insulina” do opisania tej jeszcze nieodkrytej substancji i wskazał zarówno na jej istnienie, jak i znaczenie w 1913 roku.
W 1901 roku naukowcy odkryli, że podwiązanie lub związanie przewodu trzustkowego u psów, kotów i królików niszczy wiele komórek trzustki wytwarzających hormony.
Jednak wysepki Langerhansa, o których współcześni naukowcy wiedzą, że produkują insulinę, były nadal nienaruszone. Co ważne, w moczu nie było śladów cukru we krwi, co jest częstym objawem cukrzycy. To była pierwsza wyraźna wskazówka, że komórki wysp trzustkowych odegrały rolę w rozwoju cukrzycy.
Odkrycie
W 1921 roku dr Frederick G. Banting jako pierwszy osobnik wyizolował wydzielinę z komórek wysp trzustkowych i reklamował ją jako potencjalną metodę leczenia cukrzycy.
Zauważył, że inni naukowcy mogli nie znaleźć insuliny, ponieważ enzymy trawienne zniszczyły insulinę, zanim ktokolwiek mógł ją wyodrębnić.
Plan Bantinga polegał na związaniu przewodów trzustkowych u psów laboratoryjnych, aż komórki wytwarzające enzymy zdegenerują się, pozostawiając przy życiu mocne komórki wysp trzustkowych. Następnie wyekstrahował pozostałość.
Banting nie miał wystarczającej wiedzy na temat nowych osiągnięć w badaniu poziomu cukru we krwi w celu dokładnego sprawdzenia cukrzycy, więc sprawdził mocz, który był mniej wiarygodny.
Jednak pomysł nie był nowy - inni naukowcy również próbowali wyprodukować ekstrakty z trzustki, które obniżają poziom cukru we krwi - ani nie był on szczególnie przydatny, ponieważ Banting mógł izolować tylko niewielkie ilości tego hormonu.
Poza tym ekstrakt okazał się mieć właściwości toksyczne i powodował u zwierząt poważne skutki uboczne, w tym ból i gorączkę.
Rozwój
Banting nie był ekspertem w dziedzinie metabolizmu węglowodanów, więc kiedy poprosił profesora Johna Jamesa Rickarda Macleoda, dyrektora fizjologii na University of Toronto o przestrzeń laboratoryjną i wyposażenie, początkowo szanowany fizjolog był niechętny.
Jednak wytrwałość Bantinga i możliwość uzyskania bardziej wiarygodnych wyników przekonały MacLeod do przekazania powierzchni laboratoryjnej. Chociaż wiązanie trzustki w celu jej pęknięcia nie było nowym narzędziem badawczym, pomysł izolowania wysepek z powodu ich wolniejszej degeneracji był bardzo interesujący dla Macleoda.
Nikt nie próbował wydobywać wysepek z całkowicie zdegenerowanej trzustki.
Banting zatrudnił asystenta, Charlesa Herberta Besta, do pomocy w izolacji insuliny. Macleod pomógł w ogólnej strukturze badań, a Best specjalizował się w chemicznym badaniu krwi w celu sprawdzenia poziomu glukozy.
Badania rozpoczęto 17 maja 1921 r.
Celem było podwiązanie trzustki psa, aż się zepsuje i zacznie produkować ekstrakt z wysepek. Wyciąg ten byłby następnie podawany innym psom bez trzustki, aby ocenić jego wpływ na cukrzycę.
Początkowo postęp był powolny. Banting zmagał się z operacją na zwierzętach, a 7 z 10 psów związanych z przewodami elektrycznymi zmarło. Banting i Best musieli uciekać się do kupowania na ulicy psów potencjalnie czarnorynkowych za kilka dolarów kanadyjskich.
27 lipca w końcu przygotowali psa z pomyślnie usuniętą trzustką i psa z zawiązanymi przewodami trzustkowymi. Trzy dni później naukowcy zamrozili zdegenerowaną trzustkę, zmielili ją na pastę i przefiltrowali, po czym ogrzali do temperatury pokojowej i wstrzyknęli 5 mililitrów (ml) psu bez trzustki.
Naukowcy pobierali próbki krwi od psa co 30 minut i zauważyli tymczasowy spadek poziomu cukru we krwi z 0,2% do 0,12%. Pies zmarł następnego ranka z powodu infekcji, ale naukowcy zauważyli pierwsze oznaki działania przeciwcukrzycowego ekstraktu, który nazwali isletin.
Podczas gdy wiele ich eksperymentów zakończyło się niepowodzeniem, co doprowadziło do śmierci psów laboratoryjnych, Banting i zespół zaobserwowali na tyle regularne spadki poziomu cukru we krwi w wyniku ekstraktu, że byli przekonani o przeciwcukrzycowych właściwościach wysepki, która później przekształciła się w insulinę. .
Następnie Banting i Best zdecydowali, że zamiast stopniowo rozbijać trzustkę, użyją hormonu zwanego sekretyną do przepracowania i wyczerpania trzustki, w nadziei, że zmniejszy to toksyczne efekty, jednocześnie dostarczając insulinę.
Procedura otrzymywania sekretyny była trudna i niepraktyczna, ale wykazała bezpieczniejszy sposób ekstrakcji insuliny z trzustki.
Stanęli także przed wyzwaniem polegającym na próbie zebrania ekstraktu z roztworu trzustki bez niszczenia substancji czynnej - substancji wywołującej efekt terapeutyczny w medycynie - w tym przypadku insuliny.
Następne kroki
Kolejnym wyzwaniem było znalezienie metody produkcji komórek wysp trzustkowych, a tym samym insuliny, na masową skalę, tak aby miała ona pewne zastosowanie jako lek na cukrzycę na szeroką skalę.
Zdając sobie sprawę, że podaż psów do podwiązania trzustki ograniczy postęp badań, Banting i Best przeszli do wykorzystania trzustki krów jako materiału źródłowego.
Dostosowując procesy ekstrakcji i zagęszczania roztworu, naukowcom udało się wyprodukować substancję, która zawierała większą ilość składnika aktywnego (insuliny). Następnie wstrzyknęli ten ekstrakt jednemu z psów laboratoryjnych, które nie miały trzustki.
Poziom cukru we krwi psa spadł z 0,46% do 0,18% - to ogromna poprawa. Opłacalny i powszechnie dostępny, wierzyli, że krowia trzustka jest ich krokiem naprzód.
W tym momencie MacLeod skierował wszystkie inne środki na wsparcie tych badań. Jednak napięcie między Bantingiem i MacLeodem narastało, ponieważ Banting czuł, że MacLeod przypisuje sobie zasługę za jego pracę.
Z drugiej strony MacLeod był sfrustrowany postawą Bantinga i ciągłą podejrzliwością.
James Bertram Collip, uznany kanadyjski biochemik, przyszedł do pracy nad oczyszczaniem insuliny. Gdy osiągnął odpowiedni poziom czystości, przetestowali go najpierw na królikach, a następnie na ludziach.
Jednak insulina nie przeszła pierwszych badań klinicznych.
Pierwszy test obejmował 14-letniego chłopca z ciężką cukrzycą. Podczas gdy ekstrakt doprowadził do spadku poziomu cukru we krwi z 0,44% do 0,32% i niewielkiego zmniejszenia ilości wydalanej glukozy, ropień rozwinął się w miejscu wstrzyknięcia, a poziomy ketonów, kolejny wskaźnik cukrzycy, nie uległy zmianie.
Collip pracował nad dalszym oczyszczeniem ekstraktu, a drugie badanie kliniczne, które odbyło się 23 stycznia 1922 r., Przyniosło natychmiastowy i głęboki sukces. Poziom cukru we krwi u tego samego 14-letniego chłopca spadł z 0,52% do 0,12% w ciągu 24 godzin, a ketony zniknęły z moczu. Ilość wydalanej glukozy spadła z 71,1 g (g) do 8,7 g.
Kierownicy badania powtórzyli te znaczące ulepszenia u sześciu kolejnych pacjentów w ciągu następnego miesiąca.
Podczas gdy wszystkie te eksperymenty miały miejsce, Banting głównie przygotowywał psy do eksperymentów i znajdował nowe sposoby wytwarzania insuliny do masowej produkcji i miał niewielki udział w próbach lub wynikających z nich pracach.
Banting był zdesperowany, aby zyskać uznanie, a pod koniec 1922 roku jego gniew i rozczarowanie zaczęły powodować konflikt. W pewnym momencie Collip zagroził, że opuści grupę bez przechodzenia na proces oczyszczania. Podobno Banting bił z nim w korytarzach uniwersyteckich.
Chociaż wciąż krąży wiele różnych raportów o tym, komu należy przypisać zasługę za odkrycie insuliny, to Banting uruchomił koła w ruchu - pomimo swojego ograniczonego doświadczenia w tej dziedzinie - i stworzył zespół, który opracował najbardziej znaczący postęp w leczeniu cukrzycy.
Nagroda Nobla kontrowersje
W 1923 roku duński fizjolog August Kroch zaproponował wspólną nominację do Nagrody Nobla dla Bantinga i MacLeoda, w oparciu o pomysł Bantinga i wytyczne MacLeoda.
Banting był pierwszym kandydatem do nagrody Nobla z Kanady, w wyniku czego butelka insuliny zajmuje teraz honorowe miejsce na kanadyjskim 100-dolarowym rachunku.
Jednak komitet Nobla mógł przyznać upragnioną nagrodę tylko jednej do trzech osób. Banting był wściekły, słysząc o współnominacji MacLeoda, wierząc, że zamiast tego powinien otrzymać nominację Best, i prawie odmówił przyznania nagrody.
Jednak zmienił zdanie i zamiast tego podzielił się swoim kredytem i nagrodą pieniężną z Best. Kiedy MacLeod się dowiedział, zrobił to samo z Collipem.
Wiele lat później, długo po śmierci Bantinga w katastrofie lotniczej w 1941 roku, w oficjalnej historii Nagrody Nobla publicznie uznano wkład Besta w rozwój insuliny.
Podsumowanie
Zespół ludzi odkrył insulinę.
Frederick G. Banting wymyślił sposób ekstrakcji wyciągu z trzustki w 1921 roku; John MacLeod, szef fizjologii na Uniwersytecie w Toronto, nadzorował ten proces; Charles Best, asystent Bantinga, pomógł udoskonalić ten proces, a biochemik James Collip pomógł jeszcze bardziej oczyścić insulinę, aby uczynić ją użyteczną klinicznie.
