Insulin: apa itu dan apa saja jenisnya? Insulin untuk penderita diabetes terbuat dari apa: produksi modern dan metode produksinya?

Produksi insulin bioteknologi modern adalah proses kompleks yang didasarkan pada modifikasi genetik mikroorganisme. Metode ini relatif baru dan mulai diproduksi pada tahun delapan puluhan abad terakhir. Dengan bantuannya, diperoleh obat yang sepenuhnya sesuai dengan apa yang diproduksi di tubuh manusia. Oleh karena itu dinamakan “insulin manusia”.

Perlu dicatat bahwa istilah “insulin manusia” ini terkadang menimbulkan reaksi dan asumsi yang agak salah bahwa obat tersebut diperoleh dari tubuh manusia. Karena alasan inilah pertanyaan yang sering diajukan: “Bagaimana insulin diproduksi?” - dan dari mana definisi ini berasal?

Memang, hingga saat ini, teknologi produksi insulin sangat berbeda. Itu diekstraksi dari tubuh babi atau sapi dan disebut demikian, misalnya babi atau sapi. Namun teknologi produksi ini sudah ketinggalan zaman dan memiliki sejumlah kelemahan serius, di antaranya yang pertama adalah ketidakmungkinan memperoleh zat murni tanpa pengotor proinsulin, yang menyebabkan berbagai reaksi alergi dan produksi antibodi pada manusia.

Selain itu, karena jumlah penderita diabetes yang terus meningkat, tidak terdapat cukup bahan baku hewani untuk produksi insulin, yang menjadi dorongan lain untuk mencari metode baru yang modern untuk memproduksinya secara artifisial.

Saat ini, obat manusia atau rekombinan diperoleh dari strain ragi atau E. coli. Zat-zat ini tidak dipilih secara kebetulan: selama pertumbuhannya di media nutrisi, mereka menghasilkan sejumlah besar hormon yang diperlukan. Artinya prosesnya tidak hanya bersifat teknologi, tetapi juga biologis, karena zat yang diinginkan diproduksi oleh organisme hidup dan kemudian diubah, bukan disintesis secara kimia.

Perlu dicatat bahwa ilmu pengetahuan telah menempuh jalan yang rumit dan sulit sebelum metode bioteknologi untuk memproduksi obat bagi penderita diabetes ditemukan dan diproduksi. Untuk pertama kalinya, komposisi pasti insulin yang diproduksi manusia diketahui pada tahun enam puluhan abad terakhir. Ternyata molekulnya memiliki komposisi asam amino yang berbeda, berbeda dengan asam amino hewani. Belakangan, upaya dilakukan untuk mengganti satu asam amino dengan asam amino lainnya, cukup berhasil, tetapi sangat mahal. Cara ini dianggap tidak menguntungkan dan tidak menjanjikan tidak hanya di negara kita, tetapi juga di luar negeri.

Dan hanya setelah dua dekade kerja keras, dimungkinkan untuk mendapatkan obat yang benar-benar murni, sepenuhnya konsisten dengan apa yang diproduksi dalam tubuh orang sehat, dan tidak menyebabkan penolakan atau reaksi alergi.

Produksi insulin manusia didasarkan pada metode rekayasa genetika, di mana sebuah gen dimasukkan ke dalam molekul DNA ragi yang menentukan produksi hormon yang sangat mirip dengan yang diproduksi oleh manusia. Metode ini banyak digunakan di semua negara maju di dunia dan memungkinkan diperolehnya obat-obatan untuk pengobatan diabetes dengan kualitas yang sangat baik dan jumlah yang tepat.

Produksi insulin sendiri di Rusia direncanakan dalam waktu dekat. Pembangunan bengkel di Ural sudah berlangsung. Namun, saat ini obat-obatan untuk pengobatan pasien diabetes dibeli di luar negeri, yang menghabiskan anggaran negara dalam jumlah besar.

Perlu dicatat bahwa teknologi produksinya telah diuji secara eksperimental di Rusia dan hasil yang sangat baik telah diperoleh. Obat dalam negeri kita ternyata lebih efektif dan murni. Yang tersisa hanyalah menetapkan proses produksi.

Ulasan dan komentar

Tinggalkan ulasan atau komentar

Materi yang tidak kalah bermanfaat tentang topik ini:

Surat pembebasan

Insulin merupakan obat yang memiliki kemampuan untuk menurunkan kadar glukosa yang menyimpang dari normalnya dan mengatur proses penyerapan karbohidrat oleh tubuh. Hal ini sangat diperlukan dalam pengobatan diabetes, dan dengan dosis yang tepat serta permulaan terapi yang tepat waktu, hal ini memungkinkan orang yang sakit untuk menjalani kehidupan yang utuh....

Kartrid

Insulin dalam kartrid dimaksudkan untuk pemberian menggunakan apa yang disebut jarum suntik pena, yang mendapatkan namanya karena kemiripan luarnya dengan pulpen otomatis. Pena jarum suntik memungkinkan Anda memberi dosis sesuai jumlah obat yang disuntikkan, yang sangat menyederhanakan kehidupan pasien diabetes. Dalam hal ini, tidak perlu...

Dalam ampul

Insulin adalah hormon pankreas. Untuk memproduksi obat berdasarkan itu, digunakan organ hewan, serta bioteknologi yang memungkinkan diperolehnya zat yang mirip dengan hormon manusia. Ciri khas insulin adalah ketidakstabilannya terhadap efek enzim yang terkandung dalam saluran pencernaan. Artinya, insulin...

Pil sebagai pengganti insulin

Insulin adalah hormon. Ini diproduksi di pankreas yang sehat. Diabetes terjadi ketika pankreas sakit atau tidak dapat menjalankan fungsinya. Saat ini, pengobatan diabetes didasarkan pada pengenalan hormon yang diperoleh secara artifisial ke dalam tubuh pasien...

Siapa penemu insulin?

Penemuan insulin terjadi pada tahun 1922. Saat itulah bocah lelaki yang menderita diabetes parah itu disuntik dengan obat yang diperoleh dari pankreas sapi jantan. Hasilnya, tidak hanya menyelamatkan nyawa, tetapi juga menghentikan perkembangan penyakit. Sejarah insulin sendiri bukannya tanpa keajaiban...

Formula dan struktur insulin

Struktur insulin telah menarik perhatian para ilmuwan sejak penemuannya. Banyak eksperimen ke arah ini dimulai oleh penemunya Frederick Banting dan Charles Best. Pada saat yang sama, para ilmuwan mencoba menetapkan rumus kimia yang tepat dari hormon yang diisolasi, yang memungkinkan untuk mensintesisnya secara kimia. Berlari...

Insulin merupakan pengatur metabolisme karbohidrat. Di dalam tubuh manusia, insulin disintesis di sel beta pulau Langerhans di pankreas. Dengan tidak adanya atau kekurangan sintesisnya, penyakit seperti diabetes mellitus (diabetes yang bergantung pada insulin - tipe 1) berkembang. Pada diabetes melitus, kadar glukosa darah meningkat dan proses patologis berkembang. Diabetes tipe II (ketergantungan insulin) terjadi ketika ada cacat pada struktur reseptor yang bertanggung jawab untuk penetrasi glukosa ke dalam sel. Semua informasi ini berkaitan dengan etiologi suatu penyakit seperti diabetes.

Insulin adalah hormon peptida yang terdiri dari dua rantai peptida: Rantai A terdiri dari 21 residu asam amino. Rantai B terdiri dari 30 residu asam amino. Kedua rantai ini dihubungkan oleh ikatan SS bisulfida, yang menyediakan struktur spasial protein insulin. Ketika insulin disintesis di pankreas, prekursor insulin, yang disebut proinsulin, pertama kali terbentuk. Proinsulin ini terdiri dari rantai A, rantai B, dan peptida C yang terdiri dari 35 residu asam amino. C-peptida dibelah oleh karboksipeptidase dan trypsin dan proinsulin diubah menjadi insulin aktif.

Ada berbagai cara untuk mendapatkan insulin. Kami akan fokus pada produksi insulin secara biosintesis, dari sudut pandang keuntungan metode ini.

Sebelum memperoleh insulin rekombinan, obat tersebut diperoleh dari pankreas babi dan sapi. Namun, metode produksi insulin ini memiliki sejumlah kelemahan:

− kekurangan ternak;

− kesulitan dalam penyimpanan dan pengangkutan bahan mentah;

− kesulitan dalam mengisolasi dan memurnikan hormon;

− kemungkinan timbulnya reaksi alergi.

Insulin tersebut, sebagai protein asing, juga dapat dinonaktifkan di dalam darah oleh antibodi yang terbentuk. Selain itu, untuk memperoleh 1 kilogram insulin dibutuhkan 35 ribu ekor babi (bila diketahui kebutuhan insulin per tahun adalah 1 ton obat). Sebaliknya, jumlah insulin yang sama dapat diperoleh secara biosintesis dengan melakukan biosintesis dalam fermentor 25 pot menggunakan mikroorganisme rekombinan Escherichia coli. Metode biosintetik untuk memproduksi insulin mulai digunakan pada awal tahun 80an.

Saat ini, insulin manusia diperoleh terutama melalui dua cara:

1) modifikasi insulin babi dengan metode sintetik-enzimatik;

Metode ini didasarkan pada fakta bahwa insulin babi berbeda dari insulin manusia dengan satu substitusi pada ujung C rantai B, Ala30Thr. Penggantian alanin dengan treonin dilakukan dengan pembelahan alanin yang dikatalisis oleh enzim dan penambahan residu treonin yang dilindungi oleh gugus karboksil, yang terdapat dalam campuran reaksi dalam jumlah berlebihan. Setelah pembelahan gugus pelindung O-tert-butil, insulin manusia diperoleh.

2) melalui rekayasa genetika;

Ada dua pendekatan utama untuk mendapatkan insulin manusia yang direkayasa secara genetik.

Dalam kasus pertama (2.1), kedua rantai diperoleh secara terpisah (dari strain produsen yang berbeda), diikuti dengan pelipatan molekul (pembentukan jembatan disulfida) dan pemisahan isoform.

Yang kedua (2.2) - produksi dalam bentuk prekursor (proinsulin) diikuti dengan pembelahan enzimatik oleh trypsin dan karboksipeptidase B menjadi bentuk aktif hormon.

Metode yang paling disukai saat ini adalah memperoleh insulin dalam bentuk prekursor, memastikan penutupan jembatan disulfida yang benar (dalam kasus produksi rantai terpisah, siklus denaturasi, pemisahan isoform, dan renaturasi yang berurutan dilakukan).

Metode 2.1. Sintesis terpisah rantai A dan B diikuti dengan pembentukan ikatan disulfida di antara keduanya

1. Melalui sintesis kimia, terciptalah rangkaian nukleotida yang mengkode pembentukan rantai A dan B (penciptaan gen sintetik).

2. Masing-masing gen sintetik dimasukkan ke dalam plasmid (gen yang mensintesis rantai A dimasukkan ke dalam satu plasmid, gen yang mensintesis rantai B dimasukkan ke dalam plasmid lain).

3. Gen yang mengkode pembentukan enzim betagalaktosidase diperkenalkan. Gen ini disertakan dalam setiap plasmid untuk mencapai replikasi aktif plasmid.

4. Plasmid dimasukkan ke dalam sel E. coli dan diperoleh dua kultur produsen, satu kultur mensintesis rantai A, yang kedua - rantai B.

5. Tempatkan dua budaya dalam fermentor. Galaktosa ditambahkan ke media, yang menginduksi pembentukan enzim betagalaktosidase. Dalam hal ini, plasmid secara aktif bereplikasi, membentuk banyak salinan plasmid dan, akibatnya, banyak gen yang mensintesis rantai A dan B.

6. Sel dilisiskan dan rantai A dan B, yang berhubungan dengan betagalaktosidase, diisolasi. Semua ini diolah dengan sianogen bromida dan rantai A dan B dibelah dari betagalaktosidase. Kemudian dilakukan pemurnian dan isolasi lebih lanjut terhadap rantai A dan B.

7. Residu sistein dioksidasi, diikat dan diperoleh insulin.

Kerugian dari metode ini: perlu untuk mendapatkan dua strain produsen yang terpisah, melakukan dua fermentasi, dua prosedur isolasi dan pemurnian, dan yang paling penting, sulit untuk memastikan penutupan ikatan disulfida yang benar, yaitu untuk mendapatkan insulin aktif. .

Metode 2.2. Sintesis proinsulin diikuti dengan pelepasan C-peptida.

Pada saat yang sama, konformasi proinsulin memastikan penutupan ikatan disulfida yang benar, yang membuat metode sintesis mikrobiologis kedua lebih menjanjikan.

Di Institut Kimia Bioorganik Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, insulin rekombinan (insuran) diperoleh dengan menggunakan strain E. coli yang direkayasa secara genetik. Dari biomassa yang tumbuh, suatu prekursor diisolasi, suatu protein hibrida yang dinyatakan dalam jumlah 40% dari total protein seluler, yang mengandung preproinsulin. Konversinya menjadi insulin in vitro dilakukan dalam urutan yang sama seperti in vivo - polipeptida utama dibelah, preproinsulin diubah menjadi insulin melalui tahap sulfitolisis oksidatif, diikuti dengan penutupan reduktif tiga ikatan disulfida dan isolasi enzimatik dari senyawa tersebut. mengikat C-peptida. Setelah serangkaian pemurnian kromatografi, termasuk pertukaran ion, gel dan HPLC, diperoleh insulin manusia dengan kemurnian tinggi dan potensi alami.

Tidak seperti insulin, rangkaian asam amino c-peptida sangat bervariasi antar spesies mamalia, sehingga tidak mungkin diperoleh dari sumber hewani. Metode produksi c-peptida yang ada dapat dibagi menjadi tiga kategori:

1) Pembuatan c-peptida melalui sintesis kimia. Cara ini digunakan untuk memperoleh sebagian besar obat yang ada di pasaran saat ini.

2) Pembuatan c-peptida dengan metode biosintetik sebagai bagian dari fusi protein. Untuk memperoleh c-peptida dengan metode ini, protein chimeric dibuat di mana fragmen pemimpin diikuti oleh beberapa urutan c-peptida yang dipisahkan oleh asam amino yang memastikan hidrolisis oleh protease spesifik. Pada tahap pertama, mikroorganisme dibudidayakan dalam fermentor, kemudian sintesis polipeptida rekombinan diinduksi di dalamnya; sel dihancurkan dan protein rekombinan dimurnikan dan diproses oleh protease spesifik, menghasilkan c-peptida. Pada tahap akhir, c-peptida dimurnikan dari kotoran. Metode ini dapat menghasilkan produksi dalam jumlah besar, tetapi memerlukan penciptaan strain produsen, pengembangan kondisi untuk budidaya mikroorganisme, metode pemurnian protein rekombinan, serta pembuatan dan validasi metode pengendalian kualitas.

3) Pembuatan c-peptida dengan metode biosintetik bersama dengan insulin. Metode produksi ini melibatkan pengenalan beberapa modifikasi pada teknologi produksi insulin rekombinan untuk mengoptimalkan produksi c-peptida yang terbentuk pada tahap produksi tertentu, yang didasarkan pada produksi proinsulin yang tidak mengalami modifikasi. Metode ini memiliki sejumlah keunggulan. Untuk memperoleh c-peptida dengan metode ini, tidak perlu membuat strain produsen baru, mengembangkan teknologi pemurnian dan pelipatan protein, atau menciptakan metode instrumental baru untuk mengendalikan proses produksi.

Insulin adalah hormon yang memainkan peran penting dalam memastikan fungsi normal tubuh manusia. Ini diproduksi oleh sel pankreas dan meningkatkan penyerapan glukosa, yang merupakan sumber energi utama dan nutrisi utama bagi otak.

Namun terkadang, karena satu dan lain hal, sekresi insulin dalam tubuh menurun drastis atau berhenti sama sekali, apa yang harus dilakukan dan bagaimana cara membantu. Hal ini menyebabkan gangguan parah pada metabolisme karbohidrat dan berkembangnya penyakit berbahaya seperti diabetes.

Tanpa pengobatan yang tepat waktu dan memadai, penyakit ini dapat menimbulkan akibat yang serius, termasuk hilangnya penglihatan dan anggota tubuh. Satu-satunya cara untuk mencegah perkembangan komplikasi adalah suntikan insulin buatan secara teratur.

Tapi insulin untuk penderita diabetes terbuat dari apa dan bagaimana pengaruhnya terhadap tubuh pasien? Pertanyaan-pertanyaan ini menarik minat banyak orang yang didiagnosis menderita diabetes. Untuk memahami hal ini, perlu mempertimbangkan semua metode memperoleh insulin.

Varietas

Persiapan insulin modern berbeda dalam hal berikut:

• Sumber asal;
• Durasi tindakan;
• pH larutan (asam atau netral);
• Adanya bahan pengawet (fenol, kresol, fenol-kresol, methylparaben);
• Konsentrasi insulin - 40, 80, 100, 200, 500 U/ml.

Tanda-tanda ini mempengaruhi kualitas obat, biaya dan tingkat dampaknya terhadap tubuh.

Sumber

Kadar gula

Tergantung pada sumber produksinya, sediaan insulin dibagi menjadi dua kelompok utama:

Hewan. Mereka diperoleh dari pankreas sapi dan babi. Obat-obatan tersebut mungkin tidak aman karena sering kali menyebabkan reaksi alergi yang serius. Hal ini terutama berlaku untuk insulin sapi, yang mengandung tiga asam amino yang tidak ditemukan pada manusia. Insulin babi lebih aman karena hanya berbeda satu asam amino. Oleh karena itu, lebih sering digunakan dalam pengobatan diabetes.

Manusia. Mereka datang dalam dua jenis: mirip dengan manusia atau semi-sintetik, diperoleh dari insulin babi melalui transformasi enzimatik, dan rekombinan manusia atau DNA, yang diproduksi oleh bakteri E. coli berkat pencapaian rekayasa genetika. Sediaan insulin ini benar-benar identik dengan hormon yang diproduksi pankreas manusia.

Saat ini, insulin yang berasal dari manusia dan hewan banyak digunakan dalam pengobatan diabetes melitus. Produksi insulin hewan modern memerlukan tingkat pemurnian obat tertinggi.

Ini membantu menghilangkan kotoran yang tidak diinginkan seperti proinsulin, glukagon, somatostatin, protein, polipeptida, yang dapat menyebabkan efek samping yang serius.

Obat terbaik yang berasal dari hewan adalah insulin monopeak modern, yaitu diproduksi dengan pelepasan “puncak” insulin.

Durasi tindakan

Produksi insulin dilakukan dengan menggunakan teknologi yang berbeda-beda, sehingga memungkinkan diperoleh obat dengan durasi kerja yang bervariasi, yaitu:

• tindakan ultra-pendek;
• akting pendek;
• tindakan berkepanjangan;
• durasi aksi rata-rata;
• jangka panjang;
• tindakan gabungan.

Insulin kerja ultra pendek. Sediaan insulin ini berbeda karena mulai bekerja segera setelah penyuntikan dan mencapai puncaknya setelah 60-90 menit. Total durasi aksinya tidak lebih dari 3-4 jam.

Ada dua jenis utama insulin kerja ultra pendek - Lispro dan Aspart. Insulin Lispro diproduksi dengan menata ulang dua residu asam amino dalam molekul hormon, yaitu lisin dan prolin.

Berkat modifikasi molekul ini, pembentukan heksamer dapat dihindari dan pemecahannya menjadi monomer dapat dipercepat, yang berarti penyerapan insulin ditingkatkan. Hal ini memungkinkan diperolehnya sediaan insulin yang masuk ke dalam darah pasien tiga kali lebih cepat dibandingkan insulin alami manusia.

Insulin kerja ultra pendek lainnya adalah Aspart. Metode produksi insulin Aspart dalam banyak hal mirip dengan produksi Lispro, hanya dalam hal ini prolin diganti dengan asam aspartat bermuatan negatif.

Sama seperti Lispro, Aspart dengan cepat terurai menjadi monomer dan karenanya hampir seketika diserap ke dalam darah. Semua sediaan insulin kerja ultra pendek dapat diberikan segera sebelum atau segera setelah makan.

Insulin kerja pendek. Insulin ini merupakan larutan buffer dengan pH netral (6,6 hingga 8,0). Mereka dianjurkan untuk diberikan sebagai, tetapi jika perlu, diperbolehkan menggunakan suntikan atau penetes intramuskular.

Obat insulin ini mulai bekerja dalam waktu 20 menit setelah masuk ke dalam tubuh. Efeknya berlangsung relatif singkat - tidak lebih dari 6 jam, dan mencapai maksimum setelah 2 jam.

Insulin kerja pendek terutama diproduksi untuk pengobatan pasien diabetes melitus di rumah sakit. Mereka secara efektif membantu pasien dengan koma dan koma diabetes. Selain itu, mereka memungkinkan Anda menentukan dosis insulin yang dibutuhkan pasien dengan paling akurat.

Insulin kerja menengah. Obat-obatan ini kurang larut dibandingkan insulin kerja pendek. Oleh karena itu, mereka mengalirkan darah lebih lambat, yang secara signifikan meningkatkan efek hipoglikemiknya.

Memperoleh insulin dengan durasi kerja rata-rata dicapai dengan memasukkan ke dalam komposisinya pemanjang khusus - seng atau protamine (isophane, protafane, basal).

Sediaan insulin tersebut tersedia dalam bentuk suspensi, dengan sejumlah seng atau kristal protamine (paling sering Hagedorn protamine dan isophane). Prolongator secara signifikan meningkatkan waktu penyerapan obat dari jaringan subkutan, yang secara signifikan meningkatkan waktu masuknya insulin ke dalam darah.

Insulin kerja panjang. Ini adalah insulin paling modern, yang produksinya dimungkinkan berkat perkembangan teknologi rekombinan DNA. Obat insulin kerja panjang yang pertama adalah Glargine, yang merupakan analogi yang tepat dari hormon yang diproduksi oleh pankreas manusia.

Untuk memperolehnya, modifikasi kompleks molekul insulin dilakukan, yang melibatkan penggantian asparagin dengan glisin dan selanjutnya penambahan dua residu arginin.

Glargine tersedia dalam bentuk larutan bening dengan karakteristik pH asam 4. pH ini membuat heksamer insulin lebih stabil sehingga memastikan penyerapan obat dalam jangka panjang dan dapat diprediksi ke dalam darah pasien. Namun, karena pH Glargine yang asam, tidak disarankan untuk menggabungkannya dengan insulin kerja pendek, yang biasanya memiliki pH netral.

Kebanyakan obat insulin memiliki apa yang disebut “aksi puncak”, di mana konsentrasi insulin tertinggi diamati dalam darah pasien. Namun, ciri utama Glargine adalah tidak memiliki puncak aksi yang jelas.

Hanya satu suntikan obat per hari sudah cukup untuk memberikan pasien kontrol glikemik bebas puncak yang andal selama 24 jam berikutnya. Hal ini dicapai karena Glargine diserap dari jaringan subkutan dengan kecepatan yang sama sepanjang periode kerja.

Sediaan insulin kerja panjang tersedia dalam berbagai bentuk dan dapat memberikan efek hipoglikemik kepada pasien hingga 36 jam berturut-turut. Hal ini membantu mengurangi secara signifikan jumlah suntikan insulin per hari dan dengan demikian membuat hidup lebih mudah bagi penderita diabetes.

Obat kombinasi. Obat ini tersedia dalam bentuk suspensi, yang meliputi larutan netral insulin kerja pendek dan insulin kerja menengah dengan isofan.

Obat-obatan tersebut memungkinkan pasien untuk memasukkan insulin dengan durasi kerja yang berbeda-beda ke dalam tubuhnya hanya dengan satu suntikan, yang berarti menghindari suntikan tambahan.

Disinfeksi sediaan insulin sangat penting untuk keselamatan pasien, karena sediaan tersebut disuntikkan ke dalam tubuhnya dan menyebar melalui aliran darah ke seluruh organ dan jaringan internal.

Beberapa zat yang ditambahkan ke insulin tidak hanya sebagai desinfektan, tetapi juga sebagai pengawet, memiliki efek bakterisidal tertentu. Ini termasuk kresol, fenol dan metil parabenzoat. Selain itu, efek antimikroba yang nyata juga merupakan karakteristik ion seng, yang merupakan bagian dari beberapa larutan insulin.

Perlindungan bertingkat terhadap infeksi bakteri, yang dicapai dengan menambahkan bahan pengawet dan antiseptik lainnya, membantu mencegah berkembangnya banyak komplikasi serius. Lagi pula, penyisipan jarum suntik berulang kali ke dalam botol insulin dapat menyebabkan kontaminasi obat dengan bakteri patogen.

Namun, sifat bakterisidal dari larutan membantu menghancurkan mikroorganisme berbahaya dan menjaga keamanannya bagi pasien. Oleh karena itu, pasien diabetes dapat menggunakan jarum suntik yang sama untuk melakukan suntikan insulin subkutan hingga 7 kali berturut-turut.

Keuntungan lain dari adanya bahan pengawet dalam insulin adalah tidak perlunya mendisinfeksi kulit sebelum penyuntikan. Namun hal ini hanya dapat dilakukan dengan menggunakan alat suntik insulin khusus yang dilengkapi dengan jarum yang sangat tipis.

Harus ditekankan bahwa keberadaan bahan pengawet dalam insulin tidak berdampak buruk pada khasiat obat dan sepenuhnya aman bagi pasien.

Kesimpulan

Saat ini, insulin, yang diproduksi menggunakan pankreas hewan dan metode rekayasa genetika modern, banyak digunakan untuk membuat sejumlah besar obat.

Yang paling disukai untuk terapi insulin harian adalah insulin manusia rekombinan DNA yang sangat murni, yang ditandai dengan antigenisitas terendah, dan oleh karena itu praktis tidak menyebabkan reaksi alergi. Selain itu, obat-obatan yang dibuat berdasarkan analog insulin manusia memiliki kualitas dan keamanan yang tinggi.

Sediaan insulin dijual dalam botol kaca dengan berbagai kapasitas, ditutup rapat dengan sumbat karet dan ditutup dengan lapisan aluminium. Selain itu, alat ini dapat dibeli dalam bentuk jarum suntik insulin khusus, serta pena jarum suntik, yang sangat nyaman untuk anak-anak.

Saat ini, bentuk-bentuk sediaan insulin baru yang mendasar sedang dikembangkan, yang akan dimasukkan ke dalam tubuh secara intranasal, yaitu melalui mukosa hidung.

Telah ditemukan bahwa dengan menggabungkan insulin dengan deterjen, dimungkinkan untuk membuat sediaan aerosol yang akan mencapai konsentrasi yang diperlukan dalam darah pasien secepat dengan suntikan intravena. Selain itu, sedang dibuat sediaan insulin oral baru yang dapat diminum.

Hingga saat ini, jenis insulin ini masih dalam tahap pengembangan atau menjalani uji klinis yang diperlukan. Namun yang jelas dalam waktu dekat akan ada sediaan insulin yang tidak perlu diberikan menggunakan jarum suntik.

Produk insulin terbaru akan diproduksi dalam bentuk semprotan, yang hanya perlu disemprotkan ke permukaan mukosa hidung atau mulut untuk memenuhi kebutuhan insulin dalam tubuh.

Insulin merupakan obat utama untuk mengobati pasien diabetes tipe 1. Kadang-kadang juga digunakan untuk menstabilkan kondisi pasien dan meningkatkan kesejahteraannya pada penyakit jenis kedua. Zat ini pada dasarnya merupakan hormon yang dapat mempengaruhi metabolisme karbohidrat dalam dosis kecil.

Biasanya, pankreas memproduksi insulin dalam jumlah yang cukup, yang membantu menjaga kadar gula darah fisiologis. Namun dalam kasus gangguan endokrin yang serius, satu-satunya kesempatan untuk membantu pasien seringkali adalah suntikan insulin. Sayangnya, tidak dapat dikonsumsi secara oral (dalam bentuk tablet), karena hancur total di saluran pencernaan dan kehilangan nilai biologisnya.

Pilihan untuk mendapatkan insulin untuk digunakan dalam praktik medis

Banyak penderita diabetes mungkin setidaknya pernah bertanya-tanya terbuat dari apa insulin, apa yang digunakan untuk tujuan medis? Saat ini obat ini paling sering diperoleh dengan menggunakan rekayasa genetika dan bioteknologi, namun terkadang diekstraksi dari bahan baku yang berasal dari hewan.

Olahan diperoleh dari bahan baku asal hewan

Mengekstraksi hormon ini dari pankreas babi dan sapi merupakan teknologi lama yang jarang digunakan saat ini. Hal ini disebabkan rendahnya kualitas obat yang dihasilkan, kecenderungannya menimbulkan reaksi alergi, dan tingkat pemurnian yang kurang memadai. Faktanya adalah karena hormon adalah zat protein, maka ia terdiri dari sekumpulan asam amino tertentu.

Insulin yang diproduksi dalam tubuh babi berbeda komposisi asam aminonya dengan insulin manusia sebanyak 1 asam amino, dan insulin sapi sebanyak 3 asam amino.

Pada awal dan pertengahan abad ke-20, ketika obat serupa belum ada, insulin semacam itu pun menjadi terobosan dalam dunia kedokteran dan memungkinkan pengobatan penderita diabetes ke tingkat yang baru. Hormon yang diperoleh dengan cara ini menurunkan gula darah, namun seringkali menimbulkan efek samping dan alergi. Perbedaan komposisi asam amino dan pengotor dalam obat mempengaruhi kondisi pasien, terutama pada pasien kategori lebih rentan (anak-anak dan orang tua). Alasan lain rendahnya tolerabilitas insulin tersebut adalah adanya prekursor tidak aktif (proinsulin) dalam obat, yang tidak mungkin dihilangkan dengan variasi obat ini.

Saat ini, ada insulin babi yang lebih baik yang tidak memiliki kelemahan ini. Mereka diperoleh dari pankreas babi, tetapi setelah itu harus melalui pemrosesan dan pemurnian tambahan. Mereka multikomponen dan mengandung eksipien.

Insulin babi yang dimodifikasi secara praktis tidak berbeda dengan hormon manusia, itulah sebabnya insulin ini masih digunakan dalam praktik

Obat-obatan tersebut jauh lebih baik ditoleransi oleh pasien dan praktis tidak menimbulkan reaksi merugikan, tidak menekan sistem kekebalan tubuh dan secara efektif menurunkan gula darah. Insulin sapi saat ini tidak digunakan dalam pengobatan, karena struktur asingnya, insulin ini berdampak negatif pada sistem kekebalan dan sistem tubuh manusia lainnya.

Insulin hasil rekayasa genetika

Insulin manusia, yang digunakan untuk penderita diabetes, diproduksi secara komersial dengan dua cara:

• menggunakan pengobatan enzimatik insulin babi;
• menggunakan strain E. coli atau ragi yang dimodifikasi secara genetik.

Dengan perubahan fisikokimia, molekul insulin babi di bawah pengaruh enzim khusus menjadi identik dengan insulin manusia. Komposisi asam amino obat yang dihasilkan tidak berbeda dengan komposisi hormon alami yang diproduksi dalam tubuh manusia. Selama proses produksi, obat ini sangat murni, sehingga tidak menimbulkan reaksi alergi atau manifestasi lain yang tidak diinginkan.

Namun paling sering, insulin diperoleh dengan menggunakan mikroorganisme yang dimodifikasi (diubah secara genetik). Bakteri atau ragi telah diubah secara bioteknologi sehingga mereka dapat memproduksi insulin sendiri.

Selain produksi insulin itu sendiri, pemurniannya juga memegang peranan penting. Untuk memastikan bahwa obat tersebut tidak menyebabkan reaksi alergi atau inflamasi, pada setiap tahap perlu dilakukan pemantauan kemurnian strain mikroorganisme dan semua larutan, serta bahan yang digunakan.

Ada 2 metode untuk memproduksi insulin dengan cara ini. Yang pertama didasarkan pada penggunaan dua strain (spesies) berbeda dari satu mikroorganisme. Masing-masing dari mereka hanya mensintesis satu rantai molekul hormon DNA (total ada dua, dan keduanya dipilin secara spiral). Kemudian rantai-rantai ini dihubungkan, dan dalam larutan yang dihasilkan sudah dimungkinkan untuk memisahkan bentuk aktif insulin dari bentuk-bentuk yang tidak memiliki signifikansi biologis.

Metode kedua dalam memproduksi obat dengan menggunakan E. coli atau ragi didasarkan pada fakta bahwa mikroba pertama-tama menghasilkan insulin yang tidak aktif (yaitu prekursornya - proinsulin). Kemudian, dengan menggunakan pengobatan enzimatik, bentuk ini diaktifkan dan digunakan dalam pengobatan.

Personil yang memiliki akses ke area produksi tertentu harus selalu mengenakan pakaian pelindung yang steril, sehingga mencegah kontak obat dengan cairan biologis manusia.

Semua proses ini biasanya dilakukan secara otomatis, udara dan semua permukaan yang bersentuhan dengan ampul dan vial steril, dan jalur peralatan tertutup rapat.

Teknik bioteknologi memungkinkan para ilmuwan memikirkan solusi alternatif terhadap masalah diabetes. Misalnya, penelitian praklinis saat ini sedang dilakukan pada produksi sel beta pankreas buatan, yang dapat diperoleh dengan menggunakan metode rekayasa genetika. Mungkin di masa depan mereka akan digunakan untuk meningkatkan fungsi organ ini pada orang yang sakit.

Produksi sediaan insulin modern adalah proses teknologi kompleks yang melibatkan otomatisasi dan intervensi manusia yang minimal

Komponen tambahan

Produksi insulin tanpa eksipien di dunia modern hampir mustahil dibayangkan, karena dapat meningkatkan sifat kimianya, memperpanjang waktu kerjanya, dan mencapai tingkat kemurnian yang tinggi.

Menurut sifatnya, semua bahan tambahan dapat dibagi menjadi beberapa kelas berikut:

• pemanjang (zat yang digunakan untuk memastikan efek obat yang lebih lama);
• komponen desinfektan;
• stabilisator, berkat keasaman optimal yang dipertahankan dalam larutan obat.

Memperpanjang aditif

Ada insulin kerja panjang, yang aktivitas biologisnya berlangsung selama 8 hingga 42 jam (tergantung pada kelompok obatnya). Efek ini dicapai dengan menambahkan zat khusus - pemanjang - ke dalam larutan injeksi. Paling sering, salah satu senyawa berikut digunakan untuk tujuan ini:

• protein;
• garam seng klorida.

Protein yang memperpanjang efek obat mengalami pemurnian terperinci dan rendah alergi (misalnya, protamine). Garam seng juga tidak berdampak negatif pada aktivitas insulin atau kesejahteraan seseorang.

Komponen antimikroba

Disinfektan dalam insulin diperlukan untuk memastikan flora mikroba tidak berkembang biak di dalamnya selama penyimpanan dan penggunaan. Zat-zat ini bersifat pengawet dan menjamin kelestarian aktivitas biologis obat. Selain itu, jika pasien memberikan hormon dari satu botol hanya untuk dirinya sendiri, maka obatnya bisa bertahan selama beberapa hari. Karena komponen antibakteri berkualitas tinggi, obat yang tidak terpakai tidak perlu dibuang karena kemungkinan teoritis mikroba berkembang biak dalam larutan.

Zat-zat berikut ini dapat digunakan sebagai komponen desinfektan dalam produksi insulin:

• metakresol;
• fenol;
• paraben.

Jika larutan mengandung ion seng, ion tersebut juga bertindak sebagai pengawet tambahan karena sifat antimikrobanya

Komponen disinfektan tertentu cocok untuk produksi setiap jenis insulin. Interaksinya dengan hormon harus dipelajari pada tahap uji praklinis, karena bahan pengawet tidak boleh mengganggu aktivitas biologis insulin atau berdampak negatif terhadap sifat-sifatnya.

Penggunaan bahan pengawet dalam banyak kasus memungkinkan hormon untuk disuntikkan di bawah kulit tanpa mengolahnya terlebih dahulu dengan alkohol atau antiseptik lainnya (produsen biasanya menyebutkan hal ini dalam petunjuk). Ini menyederhanakan pemberian obat dan mengurangi jumlah manipulasi persiapan sebelum penyuntikan itu sendiri. Namun rekomendasi ini hanya berhasil jika larutan diberikan menggunakan jarum suntik insulin individual dengan jarum tipis.

Stabilisator

Stabilisator diperlukan untuk memastikan bahwa pH larutan dipertahankan pada tingkat tertentu. Keamanan obat, aktivitasnya dan stabilitas sifat kimianya bergantung pada tingkat keasaman. Saat memproduksi hormon suntik untuk pasien diabetes, fosfat biasanya digunakan untuk tujuan ini.

Untuk insulin dengan seng, penstabil larutan tidak selalu diperlukan, karena ion logam membantu menjaga keseimbangan yang diperlukan. Jika masih digunakan, maka senyawa kimia lain digunakan sebagai pengganti fosfat, karena kombinasi zat-zat ini menyebabkan pengendapan dan ketidaksesuaian obat. Properti penting untuk semua stabilisator adalah keamanan dan kurangnya kemampuan untuk bereaksi dengan insulin.

Pemilihan obat suntik untuk diabetes untuk setiap pasien harus dilakukan oleh ahli endokrinologi yang kompeten. Tugas insulin tidak hanya menjaga kadar gula darah tetap normal, tetapi juga tidak membahayakan organ dan sistem lain. Obat tersebut harus netral secara kimia, rendah alergi dan sebaiknya terjangkau. Juga cukup nyaman jika insulin yang dipilih dapat dicampur dengan versi lain berdasarkan durasi kerjanya.

Mengirimkan karya bagus Anda ke basis pengetahuan itu sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Pelajar, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting pada http://www.allbest.ru/

Diposting pada http://www.allbest.ru/

Diposting pada http://www.allbest.ru/

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN ILMU PENGETAHUAN REPUBLIK KAZAKHSTAN

UNIVERSITAS AGROTEKNIK KAZAKH DInamai S.SEIFULLIN

Departemen Mikrobiologi dan Bioteknologi

PEKERJAAN KURSUS

Dalam disiplin "Bioteknologi mikroorganisme"

Pada topik: Teknologi produksi insulin

Diselesaikan oleh: Myrzabek M?ldir Kurbanbek?yzy

Diperiksa oleh: Akimbaeva AK (Ph.D.)

Astana - 2013

DEFINISI

SINGKATAN DAN NOTASI

PERKENALAN

1. Sejarah penemuan

2. Produksi insulin dalam bioteknologi

3. Metode memperoleh insulin manusia

4. Ekspresi proinsulin dalam sel E.coli

5. Pemurnian insulin

6. Cara pemberian dan dosis

KESIMPULAN

BIBLIOGRAFI

DEFINISI

Dalam tugas kursus ini definisi berikut digunakan:

Pembawa protein- memastikan pengangkutan protein hibrida ke dalam ruang periplasma sel atau media kultur;

Komponen afinitas secara signifikan memfasilitasi isolasi protein hibrida.

Insulin(dari lat. pulau terpencil- pulau) adalah hormon peptida yang diproduksi di sel beta pulau Langerhans di pankreas.

Interleukin- sekelompok sitokin yang disintesis terutama oleh leukosit (karena alasan inilah akhiran “-leukin” dipilih).

Proinsulin adalah prekursor insulin yang disintesis oleh sel B pada aparatus pulau pankreas.

Kromatografi A fiya(dari bahasa Yunani. Chroma, Chromatos - warna, cat) , metode fisikokimia untuk memisahkan dan menganalisis campuran, berdasarkan distribusi komponennya antara dua fase - diam dan bergerak (eluen) yang mengalir melalui fase diam.

Enkapsulasi

Protein hibrida(Bahasa inggris) protein fusi, juga chimeric, protein komposit) adalah protein yang diperoleh dengan menggabungkan dua atau lebih gen yang awalnya mengkodekan protein terpisah.

Buruk HAI kita(dari bahasa Yunani hormao - saya menggerakkan, mendorong), hormon, zat aktif biologis yang diproduksi oleh kelenjar endokrin, atau kelenjar endokrin, dan dilepaskan langsung ke dalam darah.

Guladiabetes- sekelompok penyakit endokrin yang berkembang sebagai akibat dari kekurangan hormon insulin secara absolut atau relatif.

Enkapsulasi- mekanisme bahasa pemrograman yang membatasi akses ke komponen yang membentuk suatu objek (metode dan properti), menjadikannya pribadi, yaitu hanya dapat diakses di dalam objek.

Somatostatin- hormon sel delta pulau Langerhans pankreas, serta salah satu hormon hipotalamus.

Uji radioimuno- metode penentuan kuantitatif zat aktif biologis (hormon, enzim, obat-obatan, dll.) dalam cairan biologis, berdasarkan pengikatan kompetitif zat berlabel radionuklida stabil dan serupa yang diinginkan dengan sistem pengikatan spesifik.

SINGKATAN DAN NOTASI

% - persentase konten

RP - fase terbalik

HPLC - kromatografi cair kinerja tinggi

IO - pertukaran ion

cDNA - asam deoksiribonukleat komplementer

MP monopuncak

MC - monokomponen

FITC - fenilisothiocyanate

PERKENALAN

Fungsi utama insulin adalah untuk memastikan permeabilitas membran sel terhadap molekul glukosa. Dalam bentuk yang disederhanakan, kita dapat mengatakan bahwa tidak hanya karbohidrat, tetapi juga nutrisi apa pun pada akhirnya dipecah menjadi glukosa, yang digunakan untuk sintesis molekul lain yang mengandung karbon, dan merupakan satu-satunya jenis bahan bakar untuk pembangkit energi seluler - mitokondria. . Tanpa insulin, permeabilitas membran sel terhadap glukosa turun 20 kali lipat, dan sel mati karena kelaparan, dan kelebihan gula yang larut dalam darah meracuni tubuh.

Gangguan sekresi insulin akibat rusaknya sel beta - defisiensi insulin absolut - merupakan elemen kunci dalam patogenesis diabetes melitus tipe 1. Gangguan kerja insulin pada jaringan - defisiensi insulin relatif - memainkan peran penting dalam perkembangan diabetes mellitus tipe 2.

Penggunaan kromatografi afinitas secara signifikan mengurangi kandungan protein kontaminasi dalam sediaan dengan massa molekul lebih tinggi daripada insulin. Protein ini termasuk proinsulin dan proinsulin yang dibelah sebagian, yang mampu menginduksi produksi antibodi anti-insulin.

Penggunaan insulin manusia sejak awal terapi meminimalkan terjadinya reaksi alergi. Insulin manusia diserap lebih cepat dan, apa pun formulasinya, durasi kerjanya lebih pendek dibandingkan insulin hewan. Insulin manusia kurang imunogenik dibandingkan insulin babi, terutama insulin campuran sapi dan babi.

Tujuan dari mata kuliah ini adalah untuk mempelajari teknologi produksi insulin. Untuk mencapai hal ini, tugas-tugas berikut ditetapkan:

1.produksi insulin dalam bioteknologi

2. cara memperoleh insulin

H. pemurnian insulin

1. Sejarah penemuan

Sejarah penemuan insulin dikaitkan dengan nama dokter Rusia I.M. Sobolev (paruh kedua abad ke-19), yang membuktikan bahwa kadar gula dalam darah manusia diatur oleh hormon khusus pankreas.

Pada tahun 1922, insulin yang diisolasi dari pankreas hewan pertama kali diberikan kepada anak laki-laki berusia sepuluh tahun yang menderita diabetes; hasilnya melebihi semua harapan, dan setahun kemudian perusahaan Amerika Eli Lily merilis persiapan insulin hewan pertama.

Setelah menerima insulin industri pertama, selama beberapa tahun berikutnya, jalan besar diambil dalam isolasi dan pemurniannya. Hasilnya, hormon tersebut tersedia untuk pasien diabetes tipe 1.

Pada tahun 1935, peneliti Denmark Hagedorn mengoptimalkan kerja insulin dalam tubuh dengan mengusulkan obat jangka panjang.

Kristal insulin pertama diperoleh pada tahun 1952, dan pada tahun 1954 ahli biokimia Inggris G. Sanger menguraikan struktur insulin. Perkembangan metode pemurnian hormon dari zat hormonal lain dan produk degradasi insulin telah memungkinkan diperolehnya insulin homogen, yang disebut insulin komponen tunggal.

Di awal tahun 70an. Ilmuwan Soviet A. Yudaev dan S. Shvachkin mengusulkan sintesis kimia insulin, tetapi penerapan sintesis ini dalam skala industri mahal dan tidak menguntungkan.

Selanjutnya terjadi peningkatan progresif dalam kemurnian insulin, yang mengurangi masalah yang disebabkan oleh alergi insulin, gangguan ginjal, gangguan penglihatan dan resistensi kekebalan terhadap insulin. Dibutuhkan hormon yang paling efektif untuk terapi penggantian diabetes mellitus - insulin homolog, yaitu insulin manusia.

Pada tahun 80-an, kemajuan dalam biologi molekuler memungkinkan sintesis menggunakan E.coli kedua rantai insulin manusia, yang kemudian digabungkan menjadi molekul hormon aktif biologis, dan insulin rekombinan diperoleh di Institut Kimia Bioorganik Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia menggunakan strain rekayasa genetika E.coli.

2 . Produksi insulin dalam bioteknologi

Insulin, hormon peptida dari pulau Langerhans pankreas, merupakan pengobatan utama diabetes melitus. Penyakit ini disebabkan oleh kekurangan insulin dan dimanifestasikan oleh peningkatan kadar glukosa darah. Sampai saat ini, insulin diperoleh dari pankreas sapi dan babi. Obat ini berbeda dengan insulin manusia dalam substitusi 1-3 asam amino, sehingga terdapat risiko reaksi alergi, terutama pada anak-anak. Penggunaan insulin untuk terapi secara luas dibatasi oleh biaya tinggi dan sumber daya yang terbatas. Dengan modifikasi kimia, insulin dari hewan dibuat tidak dapat dibedakan dengan insulin manusia, namun hal ini berarti peningkatan tambahan pada harga produk.

Perusahaan Eli Lili sejak tahun 1982 telah memproduksi insulin rekayasa genetika berdasarkan sintesis terpisah E. coli Rantai A - dan B. Harga produk mengalami penurunan yang signifikan, insulin yang dihasilkan identik dengan insulin manusia. Sejak tahun 1980, terdapat laporan di media tentang kloning gen proinsulin, prekursor hormon yang berubah menjadi bentuk dewasa dengan proteolisis terbatas.

Teknologi enkapsulasi juga diterapkan pada pengobatan diabetes: sel pankreas dalam kapsul, dimasukkan sekali ke dalam tubuh pasien, memproduksi insulin sepanjang tahun.

Perusahaan Terintegrasi Genetika mulai memproduksi hormon perangsang folikel dan luteinisasi. Peptida ini terdiri dari dua subunit. Agendanya adalah masalah sintesis industri hormon oligopeptida sistem saraf - enkephalin, dibangun dari 5 residu asam amino, dan endorfin, analog morfin. Jika digunakan secara rasional, peptida ini menghilangkan rasa sakit, menciptakan suasana hati yang baik, meningkatkan kinerja, memusatkan perhatian, meningkatkan daya ingat, dan meningkatkan kualitas tidur dan terjaga. Contoh keberhasilan penerapan metode rekayasa genetika adalah sintesis p-endorfin menggunakan teknologi protein hibrida yang dijelaskan di atas untuk hormon peptida lain, somatostatin.

3 . Metode untuk memperoleh insulin manusia

Secara historis, cara pertama untuk mendapatkan insulin untuk tujuan terapeutik adalah dengan mengisolasi analog hormon ini dari sumber alami (pulau pankreas pada sapi dan babi). Pada tahun 20-an abad terakhir, ditemukan bahwa insulin sapi dan babi (yang paling dekat dengan insulin manusia dalam struktur dan urutan asam aminonya) menunjukkan aktivitas dalam tubuh manusia yang sebanding dengan insulin manusia. Setelah itu, insulin sapi atau babi telah lama digunakan untuk mengobati pasien yang menderita diabetes melitus tipe I. Namun, setelah beberapa waktu, terlihat bahwa dalam beberapa kasus, antibodi terhadap insulin sapi dan babi mulai menumpuk di tubuh manusia, sehingga mengurangi efeknya menjadi nol.

Di sisi lain, salah satu keunggulan metode produksi insulin ini adalah ketersediaan bahan baku (insulin sapi dan babi dapat dengan mudah diperoleh dalam jumlah besar), yang memainkan peran penting dalam pengembangan metode produksi manusia yang pertama. insulin. Cara ini disebut semi sintetik.

Dalam metode produksi insulin manusia ini, insulin babi digunakan sebagai bahan awal. Oktapeptida terminal-C dari rantai B dibelah dari insulin babi yang dimurnikan, setelah itu oktapeptida terminal-C dari insulin manusia disintesis. Kemudian ditambahkan secara kimia, gugus pelindung dihilangkan, dan insulin yang dihasilkan dimurnikan. Saat menguji metode produksi insulin ini, terlihat bahwa hormon yang dihasilkan benar-benar identik dengan insulin manusia. Kerugian utama dari metode ini adalah tingginya biaya insulin yang dihasilkan (bahkan sekarang sintesis kimia oktapeptida merupakan kesenangan yang mahal, terutama pada skala industri).

Saat ini, insulin manusia terutama diproduksi melalui dua cara: dengan memodifikasi insulin babi menggunakan metode enzimatik sintetik dan dengan rekayasa genetika.

Dalam kasus pertama, metode ini didasarkan pada fakta bahwa insulin babi berbeda dari insulin manusia dengan satu substitusi di ujung C rantai B. Ala30Thr. Penggantian alanin dengan treonin dilakukan dengan pembelahan alanin yang dikatalisis oleh enzim dan penambahan residu treonin yang dilindungi oleh gugus karboksil, yang terdapat dalam campuran reaksi dalam jumlah berlebihan. Setelah pembelahan gugus pelindung O-tert-butil, insulin manusia diperoleh. (gambar 1)

Gambar 1 - Skema metode memperoleh insulin manusia

Insulin adalah protein pertama yang diproduksi secara komersial menggunakan teknologi DNA rekombinan. Ada dua pendekatan utama untuk mendapatkan insulin manusia yang direkayasa secara genetik. Dalam kasus pertama, produksi kedua rantai dilakukan secara terpisah (strain produsen berbeda), diikuti dengan pelipatan molekul (pembentukan jembatan disulfida) dan pemisahan misoform. Yang kedua, diperoleh dalam bentuk prekursor (proinsulin) diikuti dengan pembelahan enzimatik oleh trypsin dan karboksipeptidase. B ke bentuk aktif hormon. Metode yang paling disukai saat ini adalah memperoleh insulin dalam bentuk prekursor, memastikan penutupan jembatan disulfida yang benar (dalam kasus produksi rantai terpisah, siklus denaturasi berturut-turut, pemisahan misoform dan renaturasi dilakukan.

Dengan kedua pendekatan tersebut, dimungkinkan untuk memperoleh komponen awal (rantai A dan B atau proinsulin) secara individu atau sebagai bagian dari protein hibrida. Selain rantai A dan B atau proinsulin, protein hibrida mungkin mengandung:

1) protein pembawa - memastikan pengangkutan protein hibrida ke ruang periplasma sel atau media kultur;

2) komponen afinitas - secara signifikan memfasilitasi isolasi protein hibrida.

Selain itu, kedua komponen ini dapat hadir secara bersamaan dalam protein hibrida. Selain itu, ketika membuat protein hibrida, prinsip multimerisme dapat digunakan (yaitu, beberapa salinan polipeptida target terdapat dalam protein hibrida), yang secara signifikan dapat meningkatkan hasil produk target.

4 . Ekspresi proinsulin dalam selE.coli

Strain yang digunakan dalam pekerjaan ini JM 109 N1864 dengan urutan nukleotida yang tertanam di dalam plasmid yang mengekspresikan protein hibrid yang terdiri dari proinsulin linier dan fragmen protein yang melekat pada ujung-N-nya melalui residu metionin AStafilokokus aureus. Budidaya biomassa jenuh sel dari strain rekombinan memastikan dimulainya produksi protein hibrida, isolasi dan transformasi selanjutnya intube menyebabkan insulin. Kelompok peneliti lain memperoleh protein fusi rekombinan dalam sistem ekspresi bakteri yang terdiri dari proinsulin manusia dan “ekor” polihistidin yang melekat padanya melalui residu metionin. Itu diisolasi menggunakan kromatografi khelat pada kolom Ni-agarosa dari badan inklusi dan dicerna dengan sianogen bromida. Para penulis menentukan bahwa protein yang diisolasi adalah S-sulfurisasi. Pemetaan dan analisis spektrometri massa dari proinsulin yang dihasilkan, dimurnikan dengan kromatografi penukar ion pada penukar anion dan HPLC RP (fase terbalik) (kromatografi cair kinerja tinggi), menunjukkan adanya jembatan disulfida yang sesuai dengan jembatan disulfida proinsulin asli manusia. Pengembangan metode baru yang lebih baik untuk memproduksi insulin manusia menggunakan metode rekayasa genetika pada sel prokariotik juga dilaporkan. Para penulis menemukan bahwa insulin yang dihasilkan identik dalam struktur dan aktivitas biologisnya dengan hormon yang diisolasi dari pankreas.

Baru-baru ini, perhatian telah diberikan untuk menyederhanakan prosedur memperoleh insulin rekombinan menggunakan metode rekayasa genetika. Ini adalah bagaimana protein fusi diperoleh, terdiri dari peptida pemimpin interleukin yang melekat pada ujung N proinsulin melalui residu lisin. Protein diekspresikan secara efisien dan dilokalisasi ke badan inklusi. Setelah diisolasi, protein tersebut dicerna oleh trypsin untuk menghasilkan insulin dan C-peptida. Kelompok peneliti lain melakukan hal serupa. Protein fusi yang terdiri dari proinsulin dan dua domain sintetik pengikatan protein A stafilokokus IgG, terlokalisasi di badan inklusi, tetapi memiliki tingkat ekspresi yang lebih tinggi. Protein diisolasi dengan menggunakan kromatografi afinitas IgG dan diobati dengan trypsin dan karboksipeptidase B. Insulin dan C-peptida yang dihasilkan dimurnikan dengan RP HPLC. Saat membuat konstruksi fusi, rasio massa protein pembawa dan polipeptida target sangat penting. Ini menggambarkan konstruksi konstruksi fusi, dimana protein yang mengikat albumin serum manusia digunakan sebagai polipeptida pembawa. Satu, tiga dan tujuh C-peptida melekat padanya. C-peptida dihubungkan berdasarkan prinsip “head-tail” menggunakan spacer asam amino yang membawa situs restriksi Sfi I dan dua residu arginin di awal dan akhir spacer untuk pencernaan protein selanjutnya oleh trypsin. HPLC produk pembelahan menunjukkan bahwa pembelahan C-peptida bersifat kuantitatif, dan ini memungkinkan penggunaan metode gen sintetik multimerik untuk produksi polipeptida target pada skala industri.

Pembuatan mutan proinsulin yang mengandung substitusi Arg32Tyr. Ketika protein ini dicerna bersama oleh trypsin dan karboksipeptidase B, insulin asli dan C-peptida yang mengandung residu tirosin terbentuk. Yang terakhir, setelah diberi label dengan 125I, secara aktif digunakan dalam radioimmunoassay.

5 . Pemurnian insulin

Insulin yang dimaksudkan untuk pembuatan obat harus memiliki kemurnian yang tinggi. Oleh karena itu, pengendalian yang sangat efektif terhadap kemurnian produk yang dihasilkan diperlukan pada setiap tahap produksi. Sebelumnya, proinsulin-S-sulfonat, proinsulin, rantai A dan B individu serta S-sulfonatnya dikarakterisasi menggunakan HPLC RP dan IO (pertukaran ion). Juga, perhatian khusus diberikan pada turunan insulin fluoresen. Dalam karyanya, penulis menyelidiki penerapan dan keinformatifan metode kromatografi dalam analisis produk di semua tahap produksi insulin manusia dan menyusun peraturan untuk operasi kromatografi yang memungkinkan pemisahan dan karakterisasi produk yang dihasilkan secara efektif. Para penulis memisahkan turunan insulin menggunakan sorben bifungsional (RP HPLC hidrofobik dan pertukaran ion) dan menunjukkan kemungkinan mengendalikan selektivitas pemisahan dengan memvariasikan kontribusi setiap interaksi, sehingga mencapai efisiensi yang lebih besar dalam pemisahan analog protein dekat. Selain itu, pendekatan sedang dikembangkan untuk mengotomatisasi dan mempercepat proses penentuan kemurnian dan kuantitas insulin. Penelitian tentang kemungkinan penggunaan kromatografi cair RP dengan deteksi elektrokimia untuk penentuan insulin telah dilaporkan, dan metode untuk menentukan insulin yang diisolasi dari pulau Langerhans dengan kromatografi imunoafinitas dengan deteksi spektrometri telah dikembangkan. Pekerjaan tersebut menyelidiki kemungkinan penggunaan mikrodeterminasi insulin secara cepat menggunakan elektroforesis kapiler dengan deteksi fluoresensi laser. Pengujian dilakukan dengan menambahkan ke sampel sejumlah insulin berlabel fenilisothiocyanate (FITC) yang diketahui dan sebuah fragmen. Hebat antibodi monoklonal terhadap insulin. Insulin berlabel dan reguler bersaing untuk membentuk kompleks dengan hebat. Insulin berlabel FITC dan kompleksnya dengan hebat dipisahkan dalam waktu 30 detik.

Baru-baru ini, sejumlah besar penelitian telah dicurahkan untuk meningkatkan metode produksi insulin, serta menciptakan bentuk sediaan berdasarkan insulin tersebut. Misalnya, di AS, analog insulin hepatospesifik telah dipatenkan, yang secara struktural berbeda dari hormon alami karena masuknya residu asam amino lain ke posisi 13 - 15 dan 19 rantai A dan ke posisi 16 rantai B. -rantai. Analog yang diperoleh digunakan dalam berbagai bentuk sediaan parenteral (intravena, intramuskular, subkutan), intranasal atau implantasi dalam bentuk kapsul khusus dalam pengobatan diabetes mellitus. Yang paling relevan adalah pembuatan bentuk sediaan yang diberikan tanpa suntikan. Penciptaan sistem makromolekul untuk penggunaan oral dilaporkan, yaitu insulin yang diimobilisasi dalam hidrogel polimer yang dimodifikasi dengan inhibitor enzim proteolitik. Efektivitas obat tersebut adalah 70-80% dari efektivitas insulin asli yang diberikan secara subkutan. Dalam penelitian lain, obat tersebut diperoleh dengan inkubasi satu langkah insulin dengan sel darah merah yang diambil dengan perbandingan 1-4:100 dengan adanya zat pengikat. Para penulis melaporkan perolehan obat dengan aktivitas 1000 unit/g, retensi aktivitas lengkap pada pemberian oral dan penyimpanan selama beberapa tahun dalam bentuk terliofilisasi.

Selain penciptaan obat-obatan baru dan bentuk sediaan berbasis insulin, pendekatan baru untuk memecahkan masalah diabetes juga sedang dikembangkan. Dengan demikian, cDNA dari protein pengangkut glukosa ditransfusikan GLUT2 sel yang sebelumnya ditransfeksi secara stabil dengan cDNA insulin full-length HEP G2 masuk. Di klon yang dihasilkan HERP G2 Insgl glukosa menstimulasi sekresi insulin yang mendekati normal dan mempotensiasi respon sekretorik terhadap secretagogue lain. Mikroskop imunoelektron menunjukkan butiran yang mengandung insulin di dalam sel, secara morfologis mirip dengan butiran di sel b pulau Langerhans. Saat ini, kemungkinan penggunaan “sel b buatan” yang diperoleh melalui metode rekayasa genetika untuk pengobatan diabetes tipe 1 sedang dibahas secara serius.

Seiring dengan pemecahan masalah praktis, mekanisme kerja insulin, serta hubungan struktural-fungsional dalam molekul, juga dipelajari. Salah satu metode penelitiannya adalah pembuatan berbagai turunan insulin dan kajian sifat fisikokimia dan imunologinya. Seperti disebutkan di atas, sejumlah metode produksi insulin didasarkan pada perolehan hormon ini dalam bentuk prekursor (proinsulin), diikuti dengan pembelahan enzimatik menjadi insulin dan C-peptida. Saat ini, C-peptida telah terbukti memiliki aktivitas biologis, sehingga dapat digunakan untuk tujuan terapeutik bersama dengan insulin. Artikel berikut dalam seri ini akan membahas sifat fisikokimia dan biologi C-peptida, serta metode pembuatannya.

Kontribusi bioteknologi terhadap produksi industri hormon non-peptida, terutama steroid, juga signifikan. Metode transformasi mikrobiologis telah memungkinkan pengurangan tajam jumlah langkah dalam sintesis kimia kortison, hormon adrenal yang digunakan untuk mengobati rheumatoid arthritis. Dalam produksi hormon steroid, misalnya, sel mikroba yang diimobilisasi banyak digunakan Arthrobacterglobiformis, untuk sintesis prednisolon dari hidrokortison. Ada perkembangan untuk memperoleh hormon tiroid tiroksin dari mikroalga.

Berdasarkan tingkat pemurnian

· tradisional- diekstraksi dengan etanol asam, dan selama proses pemurnian disaring, diasinkan dan dikristalisasi berkali-kali (metode ini tidak memungkinkan sediaan dimurnikan dari kotoran hormon lain yang terkandung dalam pankreas)

· monopeak (MP) - setelah pemurnian tradisional, mereka disaring pada gel (selama kromatografi gel mereka hanya membentuk satu "puncak": kandungan pengotor di atas tidak lebih dari 1·10?3

· Monokomponen (MC) - menjalani pemurnian lebih dalam menggunakan saringan molekuler dan metode kromatografi penukar ion DEAE-selulosa, yang memungkinkan untuk mencapai tingkat kemurnian 99% (1·10?6) (Gambar 2)

Gambar 2 - Skema pemurnian insulin

bioteknologi insulin diabetes melitus

6 . Petunjuk penggunaan dan dosis

Ditentukan dan diatur secara ketat di bawah pengawasan medis sesuai kondisi pasien. Semua sediaan humulin dapat diberikan secara subkutan atau intravena; Humulin R dalam ampul diberikan secara intravena. Pemberian subkutan, yang disukai pasien, sebaiknya dilakukan di lengan atas, paha, bokong, atau area perut. Tempat suntikan harus diputar sehingga bagian tubuh yang sama digunakan tidak lebih dari sebulan sekali. Dalam hal ini, kapiler tidak boleh terpengaruh. Tempat suntikan tidak memerlukan pijatan. Kartrid humulin hanya digunakan untuk injeksi di Pena Becton Dickinson. Dalam hal ini, Anda harus hati-hati mematuhi instruksi pabrik yang tertera pada Busa saat mengisi ulang dan menggunakannya. Pasien harus selalu memiliki jarum suntik cadangan dan ampul Humulin jika alat suntik atau kartrid Pena hilang. Profil aksi humulin. Humulin R: permulaan aksi setelah 10 menit, aksi maksimum - antara 1 dan 3 jam, durasi aksi - dari 5 hingga 7 jam. Humulin N: permulaan aksi - setelah 30 menit, aksi maksimum - antara 2 dan 8 jam, durasi aksi - dari 18 hingga 20 jam. Humulin M1: permulaan aksi - setelah 30 menit, aksi maksimum - antara 2 dan 9 jam, durasi aksi - dari 16 hingga 18 jam. Humulin M2: permulaan aksi - setelah 30 menit, aksi maksimum antara 1,5 dan 9 jam, durasi aksi - dari 14 hingga 16 jam. Humulin M3: permulaan aksi - setelah 30 menit, aksi maksimum - antara 1 dan 8,5 jam, durasi aksi - dari 14 hingga 15 jam. Humulin M4: permulaan aksi - setelah 30 menit, aksi maksimum - antara 1 dan 8 jam, durasi aksi - dari 14 hingga 15 jam. Humulin L: permulaan aksi - setelah 2 jam, aksi maksimum - antara 4 dan 16 jam, durasi aksi - sekitar 24 jam. Humulin U: permulaan aksi - setelah 3 jam, aksi maksimum - antara 3 dan 18 jam, durasi aksi - dari 24 hingga 28 jam. Terapi obat tunggal. Humulin R dapat diberikan tanpa insulin jenis lain dengan menggunakan beberapa suntikan setiap hari. Humulin N, L dan U juga dapat diberikan secara mandiri 1-2 kali sehari. Terapi kombinasi. Untuk meningkatkan efek awal, beberapa pasien diberi resep humulin N, L dan U selain Humulin R. Penggunaan insulin hewan secara bersamaan yang diproduksi oleh perusahaan berbeda tidak dianjurkan. Humulin M tidak memerlukan terapi kombinasi, diberikan dua kali sehari (2/3 dari kebutuhan harian pada pagi hari, sisanya pada malam hari). Untuk pemberian apapun, dosisnya tidak boleh melebihi 50 unit. Pasien wajib memberitahu dokter tentang kehamilannya. Selama periode ini, pemantauan ketat terhadap status kesehatan pasien yang bergantung pada insulin diperlukan. Kebutuhan obat biasanya menurun pada trimester pertama dan meningkat pada trimester kedua dan ketiga. Penderita diabetes selama menyusui memerlukan penyesuaian dosis insulin (dan pola makan).

KESIMPULAN

Diabetes mellitus adalah penyakit kronis yang disebabkan oleh kekurangan insulin absolut atau relatif. Hal ini ditandai dengan gangguan metabolisme karbohidrat yang parah disertai hiperglikemia dan glikosuria, serta gangguan metabolisme lainnya akibat pengaruh sejumlah faktor genetik dan eksternal.

Insulin masih berfungsi secara radikal, dan dalam banyak kasus, satu-satunya cara untuk mempertahankan kehidupan dan kemampuan pasien diabetes. Sebelum masuknya dan diperkenalkannya insulin ke klinik pada tahun 1922-1923. Pasien dengan diabetes mellitus tipe I mengalami kematian dalam waktu satu sampai dua tahun sejak timbulnya penyakit, meskipun melakukan diet yang paling melelahkan. Penderita diabetes melitus tipe I memerlukan terapi penggantian seumur hidup dengan sediaan insulin. Penghentian pemberian insulin secara teratur karena satu dan lain alasan menyebabkan perkembangan komplikasi yang cepat dan kematian pasien yang cepat.

Saat ini diabetes melitus menempati urutan ketiga prevalensinya setelah penyakit kardiovaskular dan kanker. Menurut Organisasi Kesehatan Dunia, prevalensi diabetes di kalangan orang dewasa di sebagian besar wilayah di dunia adalah 2-5% dan jumlah penderitanya cenderung meningkat hampir dua kali lipat setiap 15 tahun. Meskipun ada kemajuan nyata di bidang perawatan kesehatan, jumlah pasien yang bergantung pada insulin meningkat setiap tahun dan saat ini berjumlah sekitar 2 juta orang di Rusia saja.

Penciptaan sediaan insulin manusia rekayasa genetika dalam negeri membuka peluang baru untuk memecahkan banyak masalah guna menyelamatkan nyawa jutaan orang yang menderita diabetes.

Diabetes mellitus menempati urutan ketiga di dunia setelah penyakit kardiovaskular dan kanker. Menurut berbagai sumber, terdapat 120 hingga 180 juta penderita diabetes di dunia, yaitu 2-3 persen dari total populasi dunia. Menurut para ilmuwan, jumlah pasien diperkirakan meningkat dua kali lipat setiap 15 tahun.

Menurut pendapat saya, insulin adalah salah satu hormon yang paling banyak dipelajari. Lebih dari 80 tahun telah berlalu sejak ditemukannya fakta bahwa insulin yang diproduksi oleh pankreas bertanggung jawab untuk menurunkan kadar gula darah. Meski demikian, hingga saat ini hormon ini sangat diminati.

BIBLIOGRAFI

1. Re, L. Optimalisasi produksi bioteknologi zat interferon rekombinan manusia; jalur dari Perancis - M.: Mir, 2002.-S. 140-143.

2. Shevelukha, V. S. Bioteknologi pertanian/V. S. Shevelukha, E. A. Kalashnikova, edisi ke-4 - M.: Higher School Publishing House, 2003. - 437 hal.

3. Smith, O. Daftar Obat Negara; jalur dari bahasa Inggris - M.: Mir, 2003.-P. 37-39.

4. Grishchenko, V.I. Bioteknologi molekuler interferon - 2008.-T. 11, terbitan 7.-Kharkov. 238.

5. Sadchenko, L. S. Prestasi modern bioteknologi dalam industri medis. -2008.-M. 31, terbitan 5.-L. 213.

6. Bioteknologi modern [Sumber daya elektronik]: situs bioteknologi. - Mode akses: http://www.bionews.ru/news/Bio.htm

7. Mariniva A.K. Produksi protein. Bioteknologi - 2007.-T. 51, terbitan 5.-SPb. 17.

8.http://ru.wikipedia.org/wiki/

9.http://www.medichelp.ru/

10.http://mikrobio.ho.ua/

Diposting di Allbest.ru

Dokumen serupa

Memastikan permeabilitas membran sel terhadap molekul glukosa oleh insulin, suatu hormon yang bersifat peptida. Reaksi terhadap obat insulin: resistensi insulin imunologis, alergi, lipodistrofi. Memperoleh insulin, berbagai sediaannya.

abstrak, ditambahkan 02/05/2010


Sejarah penciptaan dan mekanisme kerja insulin, yaitu hormon protein-peptida yang diproduksi oleh sel-sel pulau Langerhans di pankreas. Metode penerimaan. Kekurangan insulin hewan. Keuntungan insulin bioteknologi.

presentasi, ditambahkan 15/03/2016


Etiologi dan patogenesis, klasifikasi diabetes melitus, terapi insulin. Farmakokinetik sediaan insulin, interaksinya dengan obat lain. Transbuccal dan sublingual, rute pengiriman inhalasi ke tubuh manusia.

tesis, ditambahkan 16/10/2014


Meningkatkan kualitas hidup pasien diabetes. Perhitungan komposisi makanan. Meresepkan insulin, menghitung dosisnya, mendistribusikan insulin sepanjang hari. Proses biosintesis dan sekresi insulin. Penerapan arus termodulasi sinusoidal.

presentasi, ditambahkan 20/10/2014


Studi tentang struktur dan tindakan insulin. Sekresi dan sintesis glukogon. Studi tentang gejala dan diagnosis diabetes. Karakteristik penyakit pada sistem endokrin. Penggunaan obat-obatan dan bahan kimia dalam pengobatan penyakit.

presentasi, ditambahkan 12/10/2015


Konsep dan fungsi hormon. Transformasi mikrobiologis steroid dengan keperluan industri. Bahan baku untuk sintesis hormon steroid. Metode rekayasa genetika untuk memproduksi somatostatin. Penciptaan insulin berdasarkan teknologi DNA rekombinan.

presentasi, ditambahkan 22/12/2016


Fitur pengobatan diabetes mellitus tipe I. Penggunaan terapi diet, aktivitas fisik, terapi insulin. Kriteria kompensasi diabetes melitus. Rekomendasi untuk rejimen aktivitas fisik. Overdosis insulin kronis (sindrom Somogyi).

presentasi, ditambahkan 23/09/2016


Etiologi dan manifestasi klinis diabetes melitus. Jenis insulin, aturan penyimpanan. Konsep dan rejimen terapi insulin. Studi tentang komplikasi yang timbul setelah injeksi insulin. Peran perawat dalam edukasi pasien diabetes melitus.

tugas kursus, ditambahkan 01/06/2016


Pelanggaran sekresi internal pankreas. Ciri-ciri gejala diabetes melitus, kasus peningkatan kadar insulin dalam darah. Metode untuk mengenali berbagai jenis hipoglikemia. Hipotesis penyebab kerusakan pankreas.

abstrak, ditambahkan 28/04/2010


Menilai efektivitas pengobatan diabetes. Nilai klinis dan diagnostik glukosa dalam cairan serebrospinal. Fitur utama dari tes toleransi glukosa. Kurva setelah beban glukosa tunggal. Kurva sekresi insulin untuk diabetes derajat dua.