Инсулин. Это сладкое слово «жизнь»
Инсулин. Это сладкое слово «жизнь»
Инсулин называют самым революционным препаратом, который в начале ХХ века подарил больным сахарным диабетом жизнь. Истории инсулина более 90 лет. С ней связаны три нобелевские премии.
По данным ВОЗ, сейчас в мире около 382 млн человек с сахарным диабетом. Каждый год от диабета и его последствий умирает около 5 млн человек. Каждые 10–15 лет количество больных увеличивается вдвое. По прогнозам Международной федерации диабета (IDF), при таких темпах в 2035 году страдающих диабетом будет уже почти 600 млн. Столь массовое распространение заболевания ВОЗ уже назвал настоящей пандемией. Еще в начале ХХ столетия пациенты умирали от сахарного диабета. Сейчас эта болезнь считается хронической: соблюдая все назначения, люди живут практически нормальной жизнью десятки лет. Международное сообщество даже придумало медаль, которую выдают тем, кто прожил с этим диагнозом более 50 лет. Уже существует множество препаратов для терапии сахарного диабета, сейчас в разработке компаний, по данным Ассоциации исследователей и производителей фармацевтической продукции США (PhRMA), находится около 180 новых лекарств. Рынок препаратов для лечения сахарного диабета к 2018 году, по прогнозам экспертов, может составить $58 млрд.
Упоминания о болезни, которую сейчас называют сахарным диабетом, появилось, по мнению историков, более 2000 лет назад. Римские и греческие врачи отмечали сочетание таких признаков, как большая потеря жидкости, жажда и снижение веса. Уже позже врачи отметили сладкий запах мочи, а один из них, попробовав, и сладкий вкус. Естественно, возникла мысль о том, что в организме накапливается сахар или глюкоза, которая обычно потребляется клетками для выработки энергии.
В норме это происходит примерно так: глюкоза поступает в организм с пищей. Но для того, чтобы она попала в клетки, ей необходим помощник – гормон инсулин. Действует эта схема довольно хитро: инсулин садится на определенные рецепторы клетки, после чего в ее мембране открываются каналы, через которые глюкоза проникает внутрь клетки. Если по каким-то причинам инсулина не хватает, глюкоза начинает накапливаться в крови и моче. Но для того, чтобы все это выяснилось, понадобились время и научное любопытство.
В 1869 году немецкий патологоанатом Пауль Лангерганс, исследуя поджелудочную железу под микроскопом, обнаружил маленькие скопления клеток, которые позже были названы в его честь островками Лангерганса. Их роль тогда осталась невыясненной. В 1889 году немецкие физиологи Йозеф фон Меринг и Оскар Минковски обнаружили, что при удалении поджелудочной железы у собак в их крови резко повышается концентрация сахара. Эти сведения были связаны с симптомами болезни у людей, и возникло предположение, что сахарный диабет вызывают нарушения работы поджелудочной железы.
В 1900–1901 годах важные исследования провел российский врач Леонид Соболев. При перевязке протоков поджелудочной железы у собак он отметил, что атрофируется та часть, которая отвечает за пищеварение, но не островки Лангерганса. Он предположил, что островки отвечают за внутреннюю секрецию, и даже высказал мысль, что перевязку протоков поджелудочной, например, у новорожденных телят, можно использовать для получения вещества, годного как противодиабетический препарат. К сожалению, Соболев умер в молодом возрасте и работы свои не продолжил. А его имя, но не след его работы, надолго затерялось в истории создания великого лекарства.
Пока ученые все еще не были уверены в механизме развития сахарного диабета, в Германии уже пробовали лечить людей экстрактом из поджелудочной железы. В Берлине этим занимался доктор Георг Зульцер. Но многочисленные побочные эффекты заставили его прекратить работу. Заинтересовавшаяся работами Зульцера немецкая компания Hoechst пробовала заключать контракты на получение экстракта с несколькими учеными, но тех преследовали неудачи. В 1914 году контракты были расторгнуты.
В 1916 году английский физиолог Эдвард Шарпи-Шефер предположил, что веществом, которое производится островками Лангерганса, является гормон, который он назвал инсулином (от лат. insula – остров). И тогда все усилия были направлены на то, чтобы выделить этот гормон из поджелудочной и попытаться лечить им диабет. Решающую роль в этом сыграл будущий нобелевский лауреат – канадский врач Фредерик Бантинг. В 1920 году он собирался стать частным хирургом, но потерпел финансовое фиаско, после чего устроился на должность ассистента профессора медицинской школы университета Западного Онтарио. Библиографы Бантинга полагают, что он обратился к теме сахарного диабета после того, как от этой болезни умер друг его детства. Среди прочей научной литературы Бантинг прочитал статью о попытках получения гормона из поджелудочной железы. Однако гормон в процессе выделения быстро разрушался пищеварительным ферментом трипсином. И Бантинг пришел к тому же выводу, что двадцатью годами ранее и Леонид Соболев: нужно разделить эндокринную часть поджелудочной и экзокринную. Он записал в своем дневнике: «Перевязать протоки поджелудочной у собак. Подождать шесть – восемь недель. Удалить и экстрагировать». Таким образом он надеялся получить экстракт клеток островков Лангерганса, не разрушенный трипсином.
По совету своего научного руководителя Бантинг обсудил тему с профессором Торонтского университета Джоном Маклеодом. Бантинг вспоминал, что Маклеод сначала скептически отнесся к его идее. Однако Бантинг был настойчив. В конце концов Маклеод выделил Бантингу лабораторию, нескольких собак и помощника – студента Чарльза Беста на время, пока он сам уедет в отпуск. Пока Маклеод отдыхал, Бантинг и Бест провели ряд экспериментов: у одной собаки перевязали протоки поджелудочной, получили экстракт из островковых клеток и ввели его собаке с гипергликемией. Животное поправилось. Бантинг и Бест сообщили о результатах своего исследования в клубе «Физиологического журнала». Вернувшийся из отпуска Маклеод тоже ухватился за эту тему, но в компании с биохимиком Джеймсом Коллипом. Бантинг и Бест стали получать экстракт из поджелудочной нерожденных телят. Еще Соболев писал, что у плодов островки Лангерганса развиваются быстрее, чем пищеварительные ферменты: таким образом можно получать больше экстракта. Джеймс Коллип разработал технологию очистки экстракта. Многочисленные успешные эксперименты на собаках позволили ученым задуматься об испытаниях на людях.
Первым пациентом исследователей стал 14-летний Леонард Томпсон, страдавший так называемым ювенильным диабетом (диабетом 1-го типа). Врачи описывали его как совершенно истощенного, умирающего мальчика, от которого остались кожа да кости. В январе 1922 года ему сделали первую инъекцию экстракта, содержащего инсулин. Первая инъекция вызвала у мальчика жуткую аллергию. Почти две недели Джеймс Коллип очищал экстракт, и 23 января Леонарду сделали вторую инъекцию. После нее Томпсон быстро пошел на поправку. Все ликовали. Известие о спасенном мальчике вызвало международную сенсацию и поток пациентов в Торонто. Университетские ученые и врачи делали сотни инъекций. Рассказывают историю, как в Торонто привезли поездом десятилетнюю девочку, которая по пути впала в кетоацидотическую кому. Приехавший прямо на вокзал Бантинг сделал ей спасительную инъекцию. После этого девочка прожила 61 год, все время принимая инсулин.
История успеха в короткое время успела опутаться интригами. Маклеод сделал доклад на заседании Общества американских врачей, где представил открытие инсулина практически своей заслугой. Бантинг был возмущен. Даже объявление Нобелевского комитета в 1923 году лауреатами как Бантинга, так и Маклеода не примирило бывших соратников. Бантинг заявлял, что премию он должен был бы разделить с Бестом. Тем не менее решение Нобелевского комитета не меняется. Свою премию Бантинг все же поделил с Бестом. Маклеод же в ответ поделился с Коллипом. Но вместе они уже больше не работали.
Бантинг не стал патентовать свое открытие, а отдал права на него университету Торонто, который тут же стал продавать лицензии на технологию фармкомпаниям. Первой лицензию получила американская компания Eli Lilly, следом на рынок вышли в 1923 году датская Novo Nordisk и немецкая Hoechst.
Компании выпускали говяжий и свиной инсулин, которые очень похожи на человеческий (свиной отличался одной аминокислотой, говяжий – тремя). Тем не менее они все же не были совершенными для лечения людей. В 1926 году ученому из американского университета Джона Хопкинса Джону Абелю, занимавшемуся гормонами, первому удалось получить инсулин в кристаллическом виде. Поскольку инсулин лучше переносится в кристаллизованной форме, компания Hoechst первой приступила к выпуску инсулина в этой форме в промышленном масштабе. Ученые и фармкомпании работали над усовершенствованием препарата, и после создания в 1936 году ученым Хагедорном вместе с сотрудниками Novo Nordisk инсулина пролонгированного действия компании стали выпускать новый вид препарата.
Компании выпускали говяжий и свиной инсулин, которые очень похожи на человеческий (свиной отличался одной аминокислотой, говяжий – тремя). Тем не менее они все же не были совершенными для лечения людей.
Новым этапом в истории инсулина стало открытие в 1955 году английским биохимиком Фредериком Сенгером природы и структуры белка инсулина. Это стало фундаментальной основой для возможного получения синтетического гормона. В кембриджском университете, где работал Сенгер, смогли синтезировать белок только в лабораторных условиях. В 1958 году Сенгер за эту работу был удостоен Нобелевской премии. В 1964 году Нобелевскую премию за определение пространственных структур биологически активных веществ, в том числе и инсулина, получила английский биохимик Дороти Кроуфут-Ходжкинс.
Но прошло еще долгих 26 лет, прежде чем исследователи Гарвардского университета Вальтер Жильбер и Петер Ломедико создали технологию синтеза инсулина. Чуть позже инсулин был создан методом генной инженерии, которая только начала прокладывать путь от теории к практике.
Это была захватывающая гонка. По словам ученого Дэвида Геддла, работавшего в американской биотехнологической компании Genentech, над созданием человеческого рекомбинантного инсулина работали три группы: в Университете Калифорнии в Сан-Франциско, в Гарвардском университете и в компании Genentech. По словам Геддла, именно конкуренция подгоняла его и коллег: «Я понимал, что Уолтер Гилберт из Гарварда – очень успешный ученый, и каждый новый день я боялся услышать новость, что его группа добилась успеха». Перед группой стояла непростая задача. Во-первых, нужно было химически синтезировать человеческий ген инсулина, во-вторых, клонировать его, в-третьих, вставить его в геном бактерии, чтобы белок мог производиться в неограниченном количестве. В 1978 году рекомбинантный инсулин был получен в компании Genentech. В 1982 году этот инсулин был одобрен FDA. Этому в значительной мере способствовала заинтересованная в новом продукте компания Eli Lilly, первой получившая лицензию на препарат и первой выведшая его на рынок в том же 1982 году. Компания Novo Nordisk выпустила рекомбинантный инсулин в 1985 году, а компания Hoechst – в 1999-м. До сих пор эти три компании (в 2004 года бывшая компания Hoechst вошла в состав Sanofi) – лидеры мирового рынка, они выпускают 99 % мирового инсулина, который по большей части используется при сахарном диабете 1-го типа.
Если еще в XIX веке полагали, что это одно заболевание, то сейчас ясно, что это группа заболеваний. Наиболее широко известен диабет 1-го и 2-го типа, встречается гестационный диабет (возникающий во время беременности) и некоторые другие типы.
Диабет 1-го типа возникает из-за гибели бета-клеток поджелудочной железы, продуцирующих инсулин. Их атакует собственная иммунная система. Это приводит к дефициту инсулина и повышению уровня глюкозы в организме. Заболевание, как правило, поражает людей в детском и юношеском возрасте. Развивается оно быстро и без лечения протекает тяжело.
Диабет 2-го типа в самом начале не связан с инсулиновой недостаточностью. Чаще всего он связан с инсулинорезистентностью: клетки не воспринимают инсулин, гормон не связывается со своими рецепторами в достаточном количестве, вследствие чего в клетку проникает мало глюкозы. И это, в свою очередь, приводит к повышению уровня глюкозы в крови.
По данным ВОЗ, сахарным диабетом 1-го типа страдает примерно 5 % всех больных диабетом. Почему же усилия общества и фармкомпаний по большей части были направлены на инсулин? Во-первых, без инсулина эти больные просто не могут жить. Во-вторых, это болезнь в основном детская, так что это становится вопросом социальным. В-третьих, даже при диабете 2-го типа, когда инсулин вроде бы продуцируется в организме на должном уровне, в течение болезни он истощается, и тогда больных СД2 переводят с других сахароснижающих препаратов на инсулин.
«В норме, когда инсулина достаточно, уровень глюкозы в крови может колебаться от 3,5 до 8 ммоль/л, – рассказывает директор Института диабета ФГУ «Эндокринологический научный центр» профессор Марина Шестакова. – У больных диабетом уровень глюкозы натощак – выше 7–8 ммоль/л. Организм нуждается в постоянном уровне глюкозы, потому что в первую очередь мозг и затем мышцы потребляют ее 24 часа в сутки. Причем этот уровень в течение суток колеблется. Это происходит в основном во время приема пищи – в организм сразу попадает много глюкозы. В связи с этим и поджелудочная корректирует свою работу».
Есть постоянный или базальный уровень производства поджелудочной инсулина, а есть пищевой (болюсный). Производители инсулина учитывают эту особенность. Они выпускают так называемый «длинный» инсулин, который призван поддерживать базальный уровень, и «короткий», принимаемый до или во время еды. Есть еще и смешанные виды.
Применение обычных человеческих инсулинов, среди которых вроде уже были и длинные, и короткие, все же полностью не воспроизводит физиологическую картину производства инсулина в организме человека. Например, короткие инсулины начинали действовать через 30–40 минут после введения, и уровень инсулина поддерживался часов пять. Это означало, что пациенты должны быть достаточно дисциплинированными и внимательными (принимать инсулин за 40 минут до еды). Во-вторых, действие короткого инсулина в течение нескольких часов накладывалось на действие длинного базального инсулина.
Ученые посчитали, что они могут подкорректировать или модифицировать человеческий инсулин, придав ему нужные свойства. Применив новые технологии, компании смогли создать так называемые аналоги инсулина. Сначала появились аналоги инсулина ультракороткого действия, которые действовали быстро и меньшее время и были более приближены к физиологии. Первый ультракороткий инсулин выпустила в 1996 году компания Eli Lilly. Затем со своими ультракороткими инсулинами вышли на рынок Novo Nordisk и Sanofi. Одновременно исследователи работали и над длинными базальными инсулинами, чтобы те действовали 24 часа в сутки и способствовали постоянному ровному уровню инсулина. Здесь первенствовала компания Sanofi: в 2001 году она вывела на рынок аналог базального инсулина «Лантус», который стал считаться золотым стандартом инсулина. У Novo Nordisk тоже появился базальный инсулин. Высокая конкуренция заставляет компании идти, как говорится, ноздря в ноздрю и постоянно придумывать что-то новое. В компаниях продолжают совершенствовать инсулин, потому что пока альтернативы ему нет.
Работают ученые и над созданием других форм препарата. Несмотря на то что были сделаны всевозможные усовершенствования для удобства пациентов, которые сами могут вводить себе инсулин с помощью одноразовых шприц-ручек, ясно, что инъекции – не самый удобный способ введения препарата. В свое время надежды возлагались на ингаляционную форму. В 2006 году был одобрен ингалятор компании Pfizer, но у него было немало недостатков, в связи с чем компания сняла его с производства. Отказались от этих проектов и в Novo Nordisk и Eli Lilly. Тем не менее свой ингалятор разработала компания MannKind Corp, который зарегистрирован в 2014 году, а права переданы Sanofi. Пытались создать и пластыри с инсулином, но пока о готовности таких продуктов ничего не сообщается. Еще одна попытка – таблетка. Естественно, о ней задумывались в первую очередь, поскольку она наиболее удобна для приема. Компании долго даже не брались за такие проекты. Как помним из истории создания инсулина, он быстро расщепляется пищевыми ферментами. Понятно, что, попав в желудочно-кишечный тракт в виде таблетки, он тоже будет подвергаться воздействию ферментов, и рассчитать его дозу и поддержание уровня будет чрезвычайно трудно. Однако компания Novo Nordisk недавно объявила о том, что работает над таким проектом и верит в его успех.
Конечно, есть замыслы и вовсе отказаться от инсулина. По мнению Марины Шестаковой, большие перспективы для больных с сахарным диабетом 1-го типа открывают клеточные технологии. Ученые уже могут заставить стволовую клетку превратиться в бета-клетку поджелудочной. Сейчас идут разработки, как научиться еще этими клетками грамотно управлять.
Более дальние перспективы связаны с генной терапией, когда ученые создадут воспроизводимые технологии замены дефектных генов на нормальные.
Исторически весь мировой рынок инсулина был поделен между тремя компаниями. Самая большая доля принадлежит Novo Nordisk, поменьше – Eli Lilly и Sanofi. (Над препаратами для сахарного диабета 2-го типа работает куда больше мировых фармкомпаний.) В России уже давно велись разработки собственного инсулина как одного из стратегических препаратов. История у них была сложная и до недавних пор не очень успешная. Небольшие объемы производились в Институте биоорганической химии им. Шемякина и Овчинникова, опытное производство построила компания «Национальные биотехнологии» в Оболенске, что-то выпускалось в Уфе и Новоуральске. Все это были капли в море. Российский инсулин плохо продвигался, в том числе из-за консервативности врачей, которые слишком уж привыкли к иностранным лекарствам и убеждали всех, что у нас – «не то». Не убеждали их и многочисленные исследования, уверявшие, что в России уже настолько отработали технологии, что способны производить качественный инсулин. Сейчас, одна из прогрессивных российских компаний «Герофарм» – купила компанию «Национальные биотехнологии» и готовится серьезно заняться производством инсулина.
Не дремлют и гранды. Sanofi купила завод в Орловской области, и теперь «Санофи-Авентис-Восток» производит инсулин «Лантус» по полному циклу, исключая субстанцию. Novo Nordisk готов к вводу своего завода в Калужской области, а Eli Lilly подписала договор с известной российской компанией «Р-Фарм» на выпуск всей линейки ее инсулинов. Так что скоро и они станут локальными российскими производителями.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.