Инсулин является основным лекарственным средством, используемым для лечения пациентов с диабетом типа 1. Иногда его также используют для стабилизации состояния пациента и улучшения самочувствия пациента при диабете типа 2. Это гормон, который в низких дозах может влиять на углеводный обмен.
В норме поджелудочная железа вырабатывает достаточно инсулина, чтобы поддерживать физиологический уровень сахара в крови. Однако при тяжелых эндокринных нарушениях инъекции инсулина зачастую являются единственным способом помочь пациенту. К сожалению, его нельзя принимать внутрь (таблетки), так как он полностью разрушается в пищеварительном тракте и теряет свою биологическую ценность.
Варианты получения инсулина для использования в медицинской практике
Многим диабетикам хотя бы раз приходилось задаваться вопросом, из чего состоит инсулин, когда он используется в медицинских целях. В настоящее время этот препарат чаще всего производят методами генной инженерии и биотехнологии, но иногда получают из животного сырья.
Препараты, получаемые из сырья животного происхождения
Извлечение этого гормона из поджелудочной железы свиней и крупного рогатого скота — старая технология, которая сегодня редко используется. Это связано с низким качеством препарата, его склонностью вызывать аллергические реакции и недостаточным очищением. Дело в том, что поскольку гормон является белковым веществом, он состоит из определенного набора аминокислот.
Свиной инсулин отличается по своему аминокислотному составу от человеческого инсулина на 1 аминокислоту, а бычий инсулин на 3 аминокислоты.
В начале и середине ХХ века, когда подобных препаратов не существовало, даже этот инсулин стал прорывом в медицине и вывел лечение диабетиков на новый уровень. Гормоны, вырабатываемые этим методом, снижали уровень сахара в крови, хотя часто вызывали побочные эффекты и аллергию. Различия в аминокислотном составе и примесях в препаратах сказывались на пациентах, особенно на более чувствительных категориях пациентов (дети и пожилые люди). Другой причиной плохой переносимости такого инсулина было наличие в препарате его неактивного предшественника (проинсулина), который не мог быть элиминирован в этом варианте препарата.
В настоящее время существуют улучшенные свиные инсулины, которые не страдают этими недостатками. Их получают из поджелудочной железы свиней, но затем подвергают дальнейшей обработке и очистке. Они многокомпонентные и содержат вспомогательные вещества.
Модифицированный свиной инсулин практически неотличим от человеческого инсулина и поэтому до сих пор используется на практике.
Такие препараты гораздо лучше переносятся больными, почти не имеют побочных эффектов, не подавляют иммунитет и эффективно снижают уровень сахара в крови. Бычий инсулин в настоящее время не используется в медицине, так как его инородная структура отрицательно влияет на иммунную систему и другие системы организма человека.
Генноинженерный инсулин
Человеческий инсулин, используемый диабетиками, производится в промышленных масштабах двумя способами:
- путем ферментативной обработки свиного инсулина;
- Использование генетически модифицированных штаммов кишечной палочки или дрожжей.
Молекулы свиного инсулина физико-химически изменяются специальными ферментами, чтобы сделать их идентичными человеческому инсулину. Аминокислотный состав полученного препарата не отличается от аминокислотного состава природного гормона человека. Препарат проходит высокую очистку в процессе производства, поэтому не вызывает аллергических реакций или других нежелательных симптомов.
Однако чаще всего инсулин производят с помощью модифицированных (генетически измененных) микроорганизмов. Бактерии или дрожжи подвергаются биотехнологическим манипуляциям, чтобы они могли самостоятельно производить инсулин.
Помимо выработки самого инсулина, важную роль играет его очищение. Чтобы препарат не вызывал аллергических и воспалительных реакций, на каждом этапе следует контролировать чистоту штаммов микроорганизмов и всех растворов, а также используемых ингредиентов.
Существует 2 метода получения инсулина таким образом. Первый основан на использовании двух разных штаммов (видов) одного микроорганизма. Каждый из них синтезирует только одну нить молекулы ДНК гормона (всего цепей две и они закручены по спирали друг с другом). Затем эти цепочки соединяются, и в полученном растворе уже можно отделить активные формы инсулина от тех, которые не являются биологически важными.
Второй способ изготовления лекарства с использованием кишечной палочки или дрожжей заключается в том, что микроорганизм сначала вырабатывает неактивный инсулин (то есть его предшественник, проинсулин). Эта форма затем активируется ферментативной обработкой и используется в медицине.
Персонал, имеющий доступ к определенным производственным зонам, должен всегда носить стерильный защитный костюм, исключающий контакт препарата с жидкостями организма.
Все эти процессы, как правило, автоматизированы, воздух и все поверхности, контактирующие с ампулами и флаконами, стерильны, линии с приборами герметичны.
Методы биотехнологии позволяют ученым думать об альтернативных решениях проблемы диабета. Например, в настоящее время проводятся доклинические исследования по созданию искусственных бета-клеток поджелудочной железы, которые можно было бы генетически сконструировать. Не исключено, что в будущем их можно будет использовать для улучшения работы этого органа у больного человека.
Производство современных препаратов инсулина — сложный технологический процесс, требующий автоматизации и минимального вмешательства человека.
Дополнительные компоненты
Производство инсулина без вспомогательных веществ практически немыслимо в современном мире, ведь они позволяют улучшить его химические свойства, продлить продолжительность действия и добиться высокой степени чистоты.
По своим свойствам все вспомогательные компоненты можно разделить на следующие классы
- пролонгаторы (вещества, которые используются для продления действия лекарства);
- дезинфицирующие средства;
- стабилизаторы, благодаря которым поддерживается оптимальная кислотность раствора препарата.
Пролонгирующие добавки
Существуют инсулины длительного действия с продолжительностью биологической активности от 8 до 42 часов (в зависимости от группы препаратов). Такой эффект достигается добавлением в раствор для инъекций специальных веществ – пол. Для этой цели чаще всего используют одно из следующих соединений.
- белки;
- Хлористые соли цинка.
Белки, пролонгирующие действие препарата, прошли тщательную очистку и являются малоаллергенными (например, протамин). Соли цинка также не оказывают отрицательного влияния на активность инсулина или здоровье человека.
Антимикробные составляющие
Инсулиновые дезинфицирующие средства необходимы для предотвращения размножения бактериальной флоры в инсулине во время хранения и использования. Эти вещества являются консервантами и обеспечивают сохранение биологической активности препарата. Кроме того, если пациент вводит себе гормон только из одного флакона, его может хватить ему на несколько дней. Благодаря качеству антибактериальных ингредиентов нет необходимости выбрасывать неиспользованные препараты из-за теоретической возможности размножения микробов в растворе.
Следующие вещества могут быть использованы в качестве дезинфицирующих средств при производстве инсулина.
- метакрезол;
- фенол;
- парабены.
Если раствор содержит ионы цинка, они дополнительно действуют как консервант благодаря своим антибактериальным свойствам.
Некоторые дезинфицирующие средства подходят для производства любого типа инсулина. Их взаимодействие с гормоном всегда исследуется на доклинической стадии, так как консервант не должен мешать биологической активности инсулина или иным образом отрицательно влиять на его свойства.
Использование консервантов в большинстве случаев позволяет вводить гормон под кожу без предварительной обработки спиртом или другими антисептиками (об этом обычно упоминает производитель в инструкции). Это упрощает введение препарата и сокращает количество подготовительных манипуляций перед самой инъекцией. Однако эта рекомендация работает только в том случае, если раствор вводится с помощью индивидуального инсулинового шприца с тонкой иглой.
Стабилизаторы
Стабилизаторы необходимы для поддержания pH раствора на заданном уровне. Поведение препарата, его активность и стабильность химических свойств зависят от уровня кислотности. При производстве инъекционного гормона для диабетиков чаще всего для этой цели используют фосфаты.
Стабилизаторы раствора не всегда нужны с инсулином цинка, поскольку ионы металлов помогают поддерживать необходимый баланс. Если применимо, вместо фосфатов используются другие химические вещества, поскольку комбинация этих химических веществ приводит к осаждению и непригодности препарата. Важным свойством всех стабилизаторов является то, что они безопасны и не могут никак реагировать с инсулином.
Грамотный эндокринолог должен подбирать инъекционные противодиабетические препараты для каждого пациента. Задача инсулина не только поддерживать нормальный уровень сахара в крови, но и не повреждать другие органы и системы. Препарат должен быть химически индифферентным, малоаллергенным и желательно доступным по цене. Также достаточно удобно, что выбранный инсулин можно смешивать с другими вариантами в зависимости от длительности его действия.
