Insulina: o que é e que tipos existem? De que é feita a insulina para diabéticos: produção moderna e métodos de produção?

A produção biotecnológica moderna de insulina é um processo complexo baseado na modificação genética de microrganismos. Este método é relativamente novo e foi introduzido na produção na década de oitenta do século passado. Com sua ajuda, obtém-se um medicamento que corresponde plenamente ao que é produzido no corpo humano. Daí o nome “insulina humana”.

Deve-se notar que este termo “insulina humana” às vezes causa reações e suposições um tanto incorretas de que a droga é obtida do corpo humano. É por esta razão que tantas vezes se pergunta: “Como é produzida a insulina?” - e de onde veio essa definição?

Na verdade, até recentemente, a tecnologia de produção de insulina era completamente diferente. Foi extraído do corpo de porcos ou bovinos e recebeu o nome, por exemplo, de porco ou bovino. No entanto, esta tecnologia de produção está desatualizada e apresenta uma série de graves desvantagens, entre as quais o primeiro lugar é a impossibilidade de obter uma substância pura sem impurezas de pró-insulina, que provoca diversas reações alérgicas e a produção de anticorpos em humanos.

Além disso, devido ao constante aumento do número de pessoas com diabetes, não há matéria-prima animal suficiente para a produção de insulina, o que se tornou mais um impulso para a busca por novos métodos modernos para produzi-la artificialmente.

Hoje, o medicamento humano ou recombinante é obtido a partir de cepas de levedura ou E. coli. Essas substâncias não foram escolhidas por acaso: durante seu crescimento em meio nutriente, produzem grandes quantidades do hormônio necessário. Isto significa que o processo não é apenas de natureza tecnológica, mas também biológico, porque a substância desejada é produzida por organismos vivos e depois transformada, em vez de sintetizada quimicamente.

Deve-se notar que a ciência percorreu um caminho complexo e difícil antes que um método biotecnológico para produzir medicamentos para diabéticos fosse encontrado e colocado em produção. Pela primeira vez, a composição exata da insulina produzida pelo homem foi estabelecida na década de sessenta do século passado. Descobriu-se que suas moléculas possuem uma composição de aminoácidos diferente, diferente dos aminoácidos de origem animal. Posteriormente, foram feitas tentativas de substituir um aminoácido por outro, aliás, com bastante sucesso, mas muito caro. Este método foi reconhecido como não lucrativo e pouco promissor não só no nosso país, mas também no estrangeiro.

E só depois de duas décadas de muito trabalho foi possível obter um medicamento absolutamente puro, totalmente compatível com o que se produz no corpo de uma pessoa sã, e que não causa rejeição ou reações alérgicas.

A produção da insulina humana baseia-se num método de engenharia genética, durante o qual é inserido um gene na molécula de ADN da levedura que determina a produção de uma hormona completamente semelhante à produzida pelos humanos. Este método é amplamente utilizado em todos os países desenvolvidos do mundo e permite obter medicamentos para o tratamento do diabetes de excelente qualidade e na quantidade certa.

A produção própria de insulina na Rússia está planejada para um futuro próximo. A construção de uma oficina nos Urais já está em andamento. Porém, atualmente, os medicamentos para o tratamento de pacientes com diabetes são adquiridos no exterior, com os quais são gastas enormes somas do orçamento do país.

Deve-se notar que sua tecnologia de produção já foi testada experimentalmente na Rússia e excelentes resultados foram obtidos. Nossos medicamentos domésticos revelaram-se mais eficazes e puros. Resta estabelecer o processo de produção.

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A insulina é um regulador do metabolismo dos carboidratos. No corpo humano, a insulina é sintetizada nas células beta das ilhotas de Langerhans no pâncreas. Na ausência ou deficiência de sua síntese, desenvolve-se uma doença como o diabetes mellitus (diabetes dependente de insulina - tipo 1). No diabetes mellitus, o nível de glicose no sangue aumenta e se desenvolvem processos patológicos. O diabetes tipo II (dependente de insulina) ocorre quando há defeitos na estrutura dos receptores responsáveis ​​pela penetração da glicose na célula. Todas essas informações estão relacionadas à etiologia de uma doença como o diabetes.

A insulina é um hormônio peptídico que consiste em duas cadeias peptídicas: A cadeia A consiste em 21 resíduos de aminoácidos. A cadeia B consiste em 30 resíduos de aminoácidos. Estas duas cadeias estão ligadas por ligações bissulfeto SS, que fornecem a estrutura espacial da proteína insulina. Quando a insulina é sintetizada no pâncreas, forma-se primeiro um precursor da insulina, a chamada pró-insulina. Esta pró-insulina consiste em uma cadeia A, uma cadeia B e um peptídeo C composto por 35 resíduos de aminoácidos. O peptídeo C é clivado pela carboxipeptidase e a tripsina e a pró-insulina são convertidas em insulina ativa.

Existem diferentes maneiras de obter insulina. Vamos nos concentrar na produção biossintética de insulina, do ponto de vista das vantagens deste método.

Antes da obtenção da insulina recombinante, o medicamento era obtido do pâncreas de suínos e bovinos. No entanto, este método de produção de insulina tinha uma série de desvantagens:

− falta de gado;

− dificuldades no armazenamento e transporte de matérias-primas;

− dificuldades no isolamento e purificação do hormônio;

− possibilidade de desenvolver reações alérgicas.

Essa insulina, como proteína estranha, também pode ser inativada no sangue pelos anticorpos que são formados. Além disso, para obter 1 quilo de insulina são necessárias 35 mil cabeças de porcos (se se sabe que a necessidade anual de insulina é de 1 tonelada do medicamento). Por outro lado, a mesma quantidade de insulina pode ser obtida biossinteticamente realizando a biossíntese num fermentador de 25 recipientes utilizando o microrganismo recombinante Escherichia coli. O método biossintético de produção de insulina começou a ser utilizado no início dos anos 80.

Atualmente, a insulina humana é obtida principalmente de duas formas:

1) modificação da insulina suína por método enzimático sintético;

O método baseia-se no fato de que a insulina suína difere da insulina humana por uma substituição no terminal C da cadeia B, Ala30Thr. A substituição da alanina por treonina é realizada pela clivagem da alanina catalisada por enzimas e pela adição em vez de um resíduo de treonina protegido pelo grupo carboxila, que está presente na mistura de reação em grande excesso. Após clivagem do grupo protector O-terc-butilo, obtém-se insulina humana.

2) por engenharia genética;

Existem duas abordagens principais para obter insulina humana geneticamente modificada.

No primeiro caso (2.1), ambas as cadeias são obtidas separadamente (de diferentes cepas produtoras), seguido de dobramento da molécula (formação de pontes dissulfeto) e separação das isoformas.

No segundo (2.2) - produção na forma de precursor (pró-insulina) seguida de clivagem enzimática pela tripsina e carboxipeptidase B na forma ativa do hormônio.

O método mais preferido atualmente é a obtenção de insulina na forma de um precursor, garantindo o correto fechamento das pontes dissulfeto (no caso de produção separada de cadeias, são realizados ciclos sucessivos de desnaturação, separação de isoformas e renaturação).

Método 2.1. Síntese separada de cadeias A e B seguida pela formação de ligações dissulfeto entre elas

1. Por síntese química, são criadas sequências de nucleotídeos que codificam a formação das cadeias A e B (criação de genes sintéticos).

2. Cada um dos genes sintéticos é introduzido em plasmídeos (uma cadeia de síntese de genes A é introduzida em um plasmídeo, uma cadeia de síntese de genes B é introduzida em outro plasmídeo).

3. É introduzido um gene que codifica a formação da enzima betagalactosidase. Este gene está incluído em cada plasmídeo para obter replicação ativa dos plasmídeos.

4. Os plasmídeos são introduzidos numa célula de E. coli e são obtidas duas culturas produtoras, uma cultura sintetiza a cadeia A e a segunda a cadeia B.

5. Coloque duas culturas no fermentador. A galactose é adicionada ao meio, o que induz a formação da enzima betagalactosidase. Neste caso, os plasmídeos replicam-se ativamente, formando muitas cópias de plasmídeos e, consequentemente, muitos genes que sintetizam as cadeias A e B.

6. As células são lisadas e as cadeias A e B, que estão associadas à betagalactosidase, são isoladas. Tudo isso é tratado com brometo de cianogênio e as cadeias A e B são clivadas da betagalactosidase. Em seguida, são realizadas purificações e isolamento adicionais das cadeias A e B.

7. Os resíduos de cisteína são oxidados, ligados e a insulina é obtida.

As desvantagens deste método: é necessário obter duas cepas produtoras separadas, realizar duas fermentações, dois procedimentos de isolamento e purificação e, o mais importante, é difícil garantir o correto fechamento das ligações dissulfeto, ou seja, obter insulina ativa .

Método 2.2. Síntese de pró-insulina seguida de liberação de peptídeo C.

Ao mesmo tempo, a conformação da pró-insulina garante o correto fechamento das ligações dissulfeto, o que torna o segundo método de síntese microbiológica mais promissor.

No Instituto de Química Bioorgânica da Academia Russa de Ciências, a insulina recombinante (insuran) foi obtida usando cepas de E. coli geneticamente modificadas. Da biomassa cultivada é isolado um precursor, uma proteína híbrida expressa na quantidade de 40% da proteína celular total, contendo pré-pró-insulina. Sua conversão em insulina in vitro é realizada na mesma sequência que in vivo - o polipeptídeo líder é clivado, a pré-pró-insulina é convertida em insulina através dos estágios de sulfitólise oxidativa, seguida pelo fechamento redutor de três ligações dissulfeto e isolamento enzimático do ligação ao peptídeo C. Após uma série de purificações cromatográficas, incluindo troca iônica, gel e HPLC, obtém-se insulina humana de alta pureza e potência natural.

Ao contrário da insulina, a sequência de aminoácidos do peptídeo C varia muito entre as diferentes espécies de mamíferos, tornando impossível obtê-lo de fontes animais. Os métodos existentes para a produção de peptídeo C podem ser divididos em três categorias:

1) Preparação do peptídeo C por síntese química. Este método é utilizado para obter a maior parte do medicamento atualmente disponível no mercado.

2) Preparação do peptídeo C por métodos biossintéticos como parte de proteínas de fusão. Para obter o peptídeo C por este método, é criada uma proteína quimérica na qual o fragmento líder é seguido por várias sequências de peptídeo C separadas por aminoácidos que garantem a hidrólise por proteases específicas. Na primeira etapa, os microrganismos são cultivados em fermentadores, depois neles é induzida a síntese de um polipeptídeo recombinante; as células são destruídas e a proteína recombinante é purificada e processada por proteases específicas, resultando no peptídeo c. Na fase final, o peptídeo C é purificado de impurezas. Este método pode proporcionar grandes volumes de produção, mas requer a criação de cepas produtoras, desenvolvimento de condições para cultivo de microrganismos, métodos de purificação de proteínas recombinantes, bem como a criação e validação de métodos de controle de qualidade.

3) Preparação do peptídeo C por métodos biossintéticos juntamente com insulina. Este método de produção envolve a introdução de algumas modificações na tecnologia de produção de insulina recombinante, a fim de otimizar a produção do peptídeo C formado em determinadas etapas da produção, que se baseia na produção de pró-insulina que não sofre modificações. Este método tem uma série de vantagens. Para obter o peptídeo C por este método, não é necessário criar novas cepas produtoras, desenvolver tecnologia para purificação e dobramento de proteínas ou criar novos métodos instrumentais para controlar o processo de produção.

A insulina é um hormônio que desempenha um papel crítico para garantir o funcionamento normal do corpo humano. É produzido pelas células pancreáticas e promove a absorção da glicose, que é a principal fonte de energia e principal nutrição do cérebro.

Mas às vezes, por um motivo ou outro, a secreção de insulina no corpo diminui visivelmente ou para completamente, o que fazer a respeito e como ajudar. Isso leva a graves perturbações no metabolismo dos carboidratos e ao desenvolvimento de uma doença tão perigosa como o diabetes.

Sem tratamento oportuno e adequado, esta doença pode levar a consequências graves, incluindo perda de visão e de membros. A única maneira de prevenir o desenvolvimento de complicações são injeções regulares de insulina produzida artificialmente.

Mas de que é feita a insulina para diabéticos e como ela afeta o corpo do paciente? Essas questões interessam a muitas pessoas com diagnóstico de diabetes. Para entender isso, é necessário considerar todos os métodos de obtenção de insulina.

Variedades

As preparações modernas de insulina diferem das seguintes maneiras:

• Fonte de origem;
• Duração da ação;
• pH da solução (ácido ou neutro);
• A presença de conservantes (fenol, cresol, fenol-cresol, metilparabeno);
• Concentração de insulina - 40, 80, 100, 200, 500 U/ml.

Esses sinais influenciam a qualidade do medicamento, seu custo e o grau de impacto no organismo.

Fontes

Nível de açúcar

Dependendo da fonte de produção, as preparações de insulina são divididas em dois grupos principais:

Animais. Eles são obtidos do pâncreas de bovinos e suínos. Eles podem ser inseguros, pois costumam causar reações alérgicas graves. Isto é especialmente verdadeiro para a insulina bovina, que contém três aminoácidos não encontrados em humanos. A insulina suína é mais segura, pois difere em apenas um aminoácido. Portanto, é mais utilizado no tratamento do diabetes.

Humano. Eles vêm em dois tipos: semelhantes aos humanos ou semissintéticos, obtidos da insulina suína por transformação enzimática, e humanos ou DNA recombinantes, que são produzidos pela bactéria E. coli graças aos avanços da engenharia genética. Estas preparações de insulina são completamente idênticas ao hormônio produzido pelo pâncreas humano.

Hoje, a insulina de origem humana e animal é amplamente utilizada no tratamento do diabetes mellitus. A produção moderna de insulina animal requer o mais alto grau de purificação da droga.

Isso ajuda a livrar-se de impurezas indesejadas, como pró-insulina, glucagon, somatostatina, proteínas, polipeptídeos, que podem causar efeitos colaterais graves.

O melhor medicamento de origem animal é considerado a moderna insulina monopico, ou seja, produzida com a liberação de um “pico” de insulina.

Duração da ação

A produção de insulina é realizada através de diferentes tecnologias, o que permite obter medicamentos de duração de ação variável, nomeadamente:

• ação ultracurta;
• Curta atuação;
• ação prolongada;
• duração média de ação;
• ação prolongada;
• ação combinada.

Insulinas de ação ultracurta. Essas preparações de insulina se diferenciam pelo fato de começarem a agir imediatamente após a injeção e atingirem seu pico após 60-90 minutos. A duração total da ação não é superior a 3-4 horas.

Existem dois tipos principais de insulina de ação ultracurta - Lispro e Aspart. A insulina Lispro é produzida reorganizando dois resíduos de aminoácidos na molécula hormonal, nomeadamente lisina e prolina.

Graças a esta modificação da molécula, é possível evitar a formação de hexâmeros e acelerar a sua decomposição em monómeros, o que significa melhorar a absorção da insulina. Isto permite obter uma preparação de insulina que entra no sangue do paciente três vezes mais rápido que a insulina humana natural.

Outra insulina de ação ultracurta é a Aspart. Os métodos para produzir insulina Aspart são em muitos aspectos semelhantes à produção de Lispro, só que neste caso a prolina é substituída por ácido aspártico com carga negativa.

Tal como o Lispro, o Aspart decompõe-se rapidamente em monómeros e, portanto, é quase instantaneamente absorvido pelo sangue. Todas as preparações de insulina de ação ultracurta podem ser administradas imediatamente antes ou imediatamente após as refeições.

Insulinas de ação curta. Essas insulinas são soluções tampão com pH neutro (6,6 a 8,0). Recomenda-se que sejam administrados como, mas se necessário, é permitido o uso de injeções intramusculares ou conta-gotas.

Essas insulinas começam a agir 20 minutos após entrarem no corpo. Seu efeito dura relativamente pouco tempo - não mais que 6 horas e atinge seu máximo após 2 horas.

As insulinas de ação curta são produzidas principalmente para o tratamento de pacientes com diabetes mellitus em ambiente hospitalar. Eles efetivamente ajudam pacientes com coma diabético e coma. Além disso, eles permitem determinar com mais precisão a dose necessária de insulina para o paciente.

Insulinas de ação intermediária. Esses medicamentos se dissolvem muito menos bem do que as insulinas de ação curta. Portanto, o sangue flui mais lentamente, o que aumenta significativamente seu efeito hipoglicemiante.

A obtenção de insulina com duração média de ação é conseguida pela introdução em sua composição de um prolongador especial - zinco ou protamina (isofano, protafano, basal).

Essas preparações de insulina estão disponíveis na forma de suspensões, com uma certa quantidade de cristais de zinco ou protamina (na maioria das vezes protamina e isofano Hagedorn). Os prolongadores aumentam significativamente o tempo de absorção do medicamento pelo tecido subcutâneo, o que aumenta significativamente o tempo para a insulina entrar no sangue.

Insulinas de ação prolongada. Esta é a insulina mais moderna, cuja produção se tornou possível graças ao desenvolvimento da tecnologia de DNA recombinante. A primeira insulina de ação prolongada foi a glargina, que é um análogo exato do hormônio produzido pelo pâncreas humano.

Para obtê-la, é realizada uma modificação complexa da molécula de insulina, envolvendo a substituição da asparagina pela glicina e a posterior adição de dois resíduos de arginina.

A glargina está disponível na forma de uma solução límpida com um pH ácido característico de 4. Este pH torna os hexâmeros de insulina mais estáveis ​​e, assim, garante uma absorção previsível e de longo prazo do medicamento no sangue do paciente. Porém, devido ao pH ácido da Glargina, não é recomendado combiná-la com insulinas de ação curta, que geralmente apresentam pH neutro.

A maioria das insulinas tem o chamado “pico de ação”, no qual a maior concentração de insulina é observada no sangue do paciente. Porém, a principal característica do Glargine é que ele não possui um pico de ação claro.

Apenas uma injeção do medicamento por dia é suficiente para fornecer ao paciente um controle glicêmico confiável e sem pico pelas próximas 24 horas. Isto é conseguido devido ao fato de a glargina ser absorvida pelo tecido subcutâneo na mesma proporção durante todo o período de ação.

As preparações de insulina de ação prolongada são produzidas em diversas formas e podem proporcionar ao paciente efeito hipoglicêmico por até 36 horas seguidas. Isso ajuda a reduzir significativamente o número de injeções de insulina por dia e, assim, facilita significativamente a vida dos diabéticos.

Drogas combinadas. Esses medicamentos estão disponíveis na forma de suspensão, que inclui solução neutra de insulina de ação curta e insulinas de ação intermediária com isofano.

Esses medicamentos permitem que o paciente introduza em seu corpo insulinas de duração variável com apenas uma injeção, o que significa evitar injeções adicionais.

A desinfecção das preparações de insulina é de grande importância para a segurança do paciente, uma vez que são injetadas em seu corpo e espalhadas pela corrente sanguínea para todos os órgãos e tecidos internos.

Algumas substâncias que são adicionadas à insulina não apenas como desinfetante, mas também como conservantes, têm certo efeito bactericida. Estes incluem cresol, fenol e parabenzoato de metila. Além disso, um efeito antimicrobiano pronunciado também é característico dos íons zinco, que fazem parte de algumas soluções de insulina.

A proteção multinível contra infecções bacterianas, obtida pela adição de conservantes e outros anti-sépticos, ajuda a prevenir o desenvolvimento de muitas complicações graves. Afinal, a inserção repetida de uma agulha de seringa em um frasco de insulina pode causar contaminação do medicamento com bactérias patogênicas.

No entanto, as propriedades bactericidas da solução ajudam a destruir microorganismos nocivos e a manter a sua segurança para o paciente. Por esse motivo, pacientes diabéticos podem utilizar a mesma seringa para realizar injeções subcutâneas de insulina até 7 vezes seguidas.

Outra vantagem de ter conservantes na insulina é que não há necessidade de desinfetar a pele antes da injeção. Mas isso só é possível com o uso de seringas especiais de insulina equipadas com uma agulha muito fina.

Deve-se ressaltar que a presença de conservantes na insulina não afeta negativamente as propriedades do medicamento e é totalmente segura para o paciente.

Conclusão

Hoje, a insulina, produzida tanto pelo pâncreas de animais quanto por métodos modernos de engenharia genética, é amplamente utilizada para criar um grande número de medicamentos.

As mais preferidas para a terapia diária com insulina são as insulinas humanas recombinantes de DNA altamente purificadas, que são caracterizadas pela menor antigenicidade e, portanto, praticamente não causam reações alérgicas. Além disso, os medicamentos criados com base em análogos da insulina humana são de alta qualidade e segurança.

As preparações de insulina são comercializadas em frascos de vidro de diversas capacidades, hermeticamente fechados com rolhas de borracha e revestidos com forro de alumínio. Além disso, podem ser adquiridos em seringas especiais de insulina, bem como em canetas de seringa, especialmente convenientes para crianças.

Atualmente, estão sendo desenvolvidas fundamentalmente novas formas de preparações de insulina, que serão introduzidas no corpo por via intranasal, ou seja, através da mucosa nasal.

Verificou-se que combinando insulina com um detergente, é possível criar uma preparação em aerossol que atingiria a concentração necessária no sangue do paciente tão rapidamente como com uma injeção intravenosa. Além disso, estão sendo criadas novas preparações orais de insulina que podem ser tomadas por via oral.

Até o momento, esses tipos de insulinas ainda estão em fase de desenvolvimento ou em fase de testes clínicos necessários. No entanto, é evidente que num futuro próximo existirão preparações de insulina que não necessitarão de ser administradas com seringas.

Os mais novos produtos de insulina serão produzidos na forma de sprays, que simplesmente precisarão ser borrifados na superfície mucosa do nariz ou da boca para satisfazer plenamente a necessidade de insulina do corpo.

A insulina é o principal medicamento para o tratamento de pacientes com diabetes tipo 1. Às vezes também é usado para estabilizar a condição do paciente e melhorar seu bem-estar no segundo tipo de doença. Esta substância, por natureza, é um hormônio que pode influenciar o metabolismo dos carboidratos em pequenas doses.

Normalmente, o pâncreas produz uma quantidade suficiente de insulina, o que ajuda a manter os níveis fisiológicos de açúcar no sangue. Mas no caso de distúrbios endócrinos graves, a única chance de ajudar o paciente geralmente são as injeções de insulina. Infelizmente, não pode ser tomado por via oral (em comprimidos), pois é completamente destruído no trato digestivo e perde seu valor biológico.

Opções de obtenção de insulina para uso na prática médica

Muitos diabéticos provavelmente já se perguntaram pelo menos uma vez de que é feita a insulina, que é usada para fins médicos. Atualmente, esse medicamento é mais frequentemente obtido por meio de engenharia genética e biotecnologia, mas às vezes é extraído de matérias-primas de origem animal.

Preparações obtidas a partir de matérias-primas de origem animal

Extrair esse hormônio do pâncreas de suínos e bovinos é uma tecnologia antiga e raramente utilizada hoje. Isto se deve à baixa qualidade do medicamento resultante, à sua tendência a causar reações alérgicas e ao grau insuficiente de purificação. O fato é que, por ser uma substância proteica, o hormônio é composto por um determinado conjunto de aminoácidos.

A insulina produzida no corpo do porco difere na composição de aminoácidos da insulina humana em 1 aminoácido e da insulina bovina em 3.

No início e meados do século 20, quando não existiam medicamentos semelhantes, até mesmo essa insulina se tornou um avanço na medicina e possibilitou levar o tratamento dos diabéticos a um novo patamar. Os hormônios obtidos por esse método diminuíram o açúcar no sangue, mas muitas vezes causaram efeitos colaterais e alergias. Diferenças na composição de aminoácidos e impurezas do medicamento afetaram a condição dos pacientes, especialmente em categorias de pacientes mais vulneráveis ​​(crianças e idosos). Outra razão para a baixa tolerabilidade dessa insulina é a presença de seu precursor inativo na droga (pró-insulina), do qual era impossível se livrar nesta variação da droga.

Hoje em dia, existem insulinas suínas melhoradas que não apresentam essas desvantagens. Eles são obtidos do pâncreas do porco, mas depois são submetidos a processamento e purificação adicionais. São multicomponentes e contêm excipientes.

A insulina suína modificada praticamente não difere do hormônio humano, por isso ainda é usada na prática

Esses medicamentos são muito melhor tolerados pelos pacientes e praticamente não causam reações adversas, não suprimem o sistema imunológico e reduzem efetivamente o açúcar no sangue. A insulina bovina não é atualmente utilizada na medicina, pois devido à sua estrutura estranha afeta negativamente o sistema imunológico e outros sistemas do corpo humano.

Insulina geneticamente modificada

A insulina humana, usada em diabéticos, é produzida comercialmente de duas maneiras:

• usando tratamento enzimático com insulina suína;
• usando cepas geneticamente modificadas de E. coli ou levedura.

Com uma mudança físico-química, as moléculas de insulina suína, sob a influência de enzimas especiais, tornam-se idênticas à insulina humana. A composição de aminoácidos do medicamento resultante não difere da composição do hormônio natural produzido no corpo humano. Durante o processo de produção, o medicamento é altamente purificado, por isso não causa reações alérgicas ou outras manifestações indesejáveis.

Mas na maioria das vezes a insulina é obtida por meio de microrganismos modificados (geneticamente alterados). Bactérias ou leveduras foram alteradas biotecnologicamente para que possam produzir sua própria insulina.

Além da própria produção de insulina, sua purificação desempenha um papel importante. Para garantir que o medicamento não provoque reações alérgicas ou inflamatórias, em cada etapa é necessário monitorar a pureza das cepas de microrganismos e de todas as soluções, bem como dos ingredientes utilizados.

Existem 2 métodos para produzir insulina desta forma. A primeira delas baseia-se na utilização de duas cepas (espécies) diferentes de um único microrganismo. Cada um deles sintetiza apenas uma cadeia da molécula de DNA do hormônio (há duas no total e elas são torcidas em espiral). Então essas cadeias se conectam e na solução resultante já é possível separar as formas ativas da insulina daquelas que não têm significado biológico.

O segundo método de produção de medicamentos a partir de E. coli ou levedura baseia-se no fato de que o micróbio produz primeiro insulina inativa (ou seja, seu precursor - pró-insulina). Então, por meio de tratamento enzimático, essa forma é ativada e utilizada na medicina.

O pessoal que tem acesso a determinadas áreas de produção deve sempre usar traje de proteção estéril, evitando assim o contato do medicamento com fluidos biológicos humanos

Todos esses processos são geralmente automatizados, o ar e todas as superfícies em contato com ampolas e frascos são estéreis e as linhas dos equipamentos são hermeticamente fechadas.

As técnicas biotecnológicas permitem aos cientistas pensar em soluções alternativas para o problema da diabetes. Por exemplo, está actualmente a ser realizada investigação pré-clínica sobre a produção de células beta pancreáticas artificiais, que podem ser obtidas através de métodos de engenharia genética. Talvez no futuro sejam utilizados para melhorar o funcionamento deste órgão em uma pessoa doente.

A produção de preparações modernas de insulina é um processo tecnológico complexo que envolve automação e intervenção humana mínima

Componentes adicionais

A produção de insulina sem excipientes no mundo moderno é quase impossível de imaginar, pois eles podem melhorar suas propriedades químicas, prolongar seu tempo de ação e atingir alto grau de pureza.

De acordo com suas propriedades, todos os ingredientes adicionais podem ser divididos nas seguintes classes:

• prolongadores (substâncias utilizadas para garantir efeito mais prolongado do medicamento);
• componentes desinfetantes;
• estabilizadores, graças aos quais a acidez ideal é mantida na solução do medicamento.

Prolongando aditivos

Existem insulinas de ação prolongada, cuja atividade biológica dura de 8 a 42 horas (dependendo do grupo de medicamentos). Este efeito é alcançado pela adição de substâncias especiais - prolongadores - à solução injetável. Na maioria das vezes, um destes compostos é usado para esta finalidade:

• proteínas;
• sais de cloreto de zinco.

As proteínas que prolongam o efeito do medicamento passam por uma purificação detalhada e são pouco alergênicas (por exemplo, protamina). Os sais de zinco também não têm efeito negativo na atividade da insulina ou no bem-estar de uma pessoa.

Componentes antimicrobianos

Os desinfetantes da insulina são necessários para garantir que a flora microbiana não se multiplique durante o armazenamento e uso. Essas substâncias são conservantes e garantem a preservação da atividade biológica do medicamento. Além disso, se o paciente administrar o hormônio de um frasco apenas para si mesmo, o medicamento poderá durar vários dias. Devido aos componentes antibacterianos de alta qualidade, não haverá necessidade de descartar o medicamento não utilizado devido à possibilidade teórica de multiplicação de micróbios na solução.

As seguintes substâncias podem ser utilizadas como componentes desinfetantes na produção de insulina:

• metacresol;
• fenol;
• parabenos.

Se a solução contiver íons de zinco, eles também atuam como conservantes adicionais devido às suas propriedades antimicrobianas.

Certos componentes desinfetantes são adequados para a produção de cada tipo de insulina. Sua interação com o hormônio deve ser estudada ainda na fase de ensaios pré-clínicos, uma vez que o conservante não deve atrapalhar a atividade biológica da insulina ou afetar negativamente suas propriedades.

O uso de conservantes na maioria dos casos permite que o hormônio seja administrado sob a pele sem pré-tratamento com álcool ou outros anti-sépticos (o fabricante costuma mencionar isso nas instruções). Isso simplifica a administração do medicamento e reduz o número de manipulações preparatórias antes da injeção propriamente dita. Mas essa recomendação só funciona se a solução for administrada por meio de uma seringa individual de insulina com agulha fina.

Estabilizadores

Os estabilizadores são necessários para garantir que o pH da solução seja mantido em um determinado nível. A segurança do medicamento, sua atividade e a estabilidade de suas propriedades químicas dependem do nível de acidez. Na produção de hormônios injetáveis ​​para pacientes diabéticos, geralmente são utilizados fosfatos para essa finalidade.

Para insulinas com zinco, nem sempre são necessários estabilizadores de solução, pois os íons metálicos ajudam a manter o equilíbrio necessário. Se mesmo assim forem utilizados, em vez dos fosfatos, são utilizados outros compostos químicos, pois a combinação dessas substâncias leva à precipitação e à inadequação do medicamento. Uma propriedade importante para todos os estabilizadores é a segurança e a ausência da capacidade de reagir com a insulina.

A seleção de medicamentos injetáveis ​​para diabetes para cada paciente deve ser realizada por um endocrinologista competente. A tarefa da insulina não é apenas manter os níveis normais de açúcar no sangue, mas também não prejudicar outros órgãos e sistemas. O medicamento deve ser quimicamente neutro, pouco alergênico e preferencialmente acessível. Também é bastante conveniente se a insulina selecionada puder ser misturada com outras versões dela com base na duração da ação.

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E CIÊNCIA DA REPÚBLICA DO CAZAQUISTÃO

UNIVERSIDADE AGROTÉCNICA DO CAZAQUE NOMEADA EM DEPOIS DE S.SEIFULLIN

Departamento de Microbiologia e Biotecnologia

TRABALHO DO CURSO

Na disciplina “Biotecnologia de microrganismos”

Sobre o tema: Tecnologia para produção de insulina

Concluído por: Myrzabek Māldir Kurbanbekāyzy

Verificado por: Akimbaeva A.K. (Ph.D.)

Astana - 2013

DEFINIÇÕES

ABREVIATURAS E NOTAÇÕES

INTRODUÇÃO

1. História da descoberta

2. Produção de insulina em biotecnologia

3. Métodos para obtenção de insulina humana

4. Expressão de pró-insulina nas células E. coli

5. Purificação de insulina

6. Modo de administração e dosagem

CONCLUSÃO

BIBLIOGRAFIA

DEFINIÇÕES

Neste trabalho de curso foram utilizadas as seguintes definições:

Transportador de proteínas- assegurar o transporte da proteína híbrida para o espaço periplásmico da célula ou meio de cultura;

O componente de afinidade facilita significativamente o isolamento da proteína híbrida.

Insulina(de lat. ínsula- ilha) é um hormônio peptídico produzido nas células beta das ilhotas de Langerhans no pâncreas.

Interleucinas- grupo de citocinas sintetizadas principalmente por leucócitos (por esse motivo foi escolhida a terminação “-leucina”).

Pró-insulinaé um precursor da insulina sintetizada pelas células B do aparelho das ilhotas do pâncreas.

Cromatogr A fiya(do grego chroma, chromatos - cor, tinta) , método físico-químico de separação e análise de misturas, baseado na distribuição de seus componentes entre duas fases - estacionária e móvel (eluente) fluindo pela fase estacionária.

Encapsulamento

Proteína híbrida(Inglês) proteína de fusão, também proteína composta quimérica) é uma proteína obtida pela combinação de dois ou mais genes que originalmente codificavam proteínas separadas.

GormÓ nós(do grego hormao - coloco em movimento, encorajo), hormônios, substâncias biologicamente ativas produzidas pelas glândulas endócrinas, ou glândulas endócrinas, e liberadas diretamente no sangue.

Açúcardiabetes- um grupo de doenças endócrinas que se desenvolvem como resultado da deficiência absoluta ou relativa do hormônio insulina.

Encapsulamento- mecanismo de linguagem de programação que restringe o acesso aos componentes que compõem um objeto (métodos e propriedades), tornando-os privados, ou seja, acessíveis apenas dentro do objeto.

Somatostatina- um hormônio das células delta das ilhotas de Langerhans do pâncreas, bem como um dos hormônios do hipotálamo.

Radioimunoensaio- um método para a determinação quantitativa de substâncias biologicamente ativas (hormônios, enzimas, medicamentos, etc.) em fluidos biológicos, baseado na ligação competitiva das desejadas substâncias marcadas com radionuclídeos estáveis ​​e semelhantes com sistemas de ligação específicos.

ABREVIATURAS E NOTAÇÕES

% - conteúdo percentual

RP - fase reversa

HPLC - cromatografia líquida de alta eficiência

IO - troca iônica

cDNA - ácido desoxirribonucléico complementar

MP monopico

MC - monocomponente

FITC - fenilisotiocianato

INTRODUÇÃO

A principal função da insulina é garantir a permeabilidade das membranas celulares às moléculas de glicose. De forma simplificada, podemos dizer que não apenas os carboidratos, mas também quaisquer nutrientes são finalmente decompostos em glicose, que é usada para a síntese de outras moléculas contendo carbono, e é o único tipo de combustível para as plantas de energia celular - as mitocôndrias. . Sem insulina, a permeabilidade da membrana celular à glicose cai 20 vezes, as células morrem de fome e o excesso de açúcar dissolvido no sangue envenena o corpo.

A secreção prejudicada de insulina devido à destruição das células beta - deficiência absoluta de insulina - é um elemento chave na patogênese do diabetes mellitus tipo 1. A ação prejudicada da insulina nos tecidos - deficiência relativa de insulina - desempenha um papel importante no desenvolvimento do diabetes mellitus tipo 2.

O uso da cromatografia de afinidade reduziu significativamente o teor de proteínas contaminantes na preparação com massa molecular superior à da insulina. Estas proteínas incluem pró-insulina e pró-insulina parcialmente clivadas, que são capazes de induzir a produção de anticorpos anti-insulina.

O uso de insulina humana desde o início da terapia minimiza a ocorrência de reações alérgicas. A insulina humana é absorvida mais rapidamente e, independentemente da formulação, tem duração de ação mais curta que as insulinas animais. As insulinas humanas são menos imunogênicas que as insulinas suínas, especialmente as insulinas mistas bovinas e suínas.

O objetivo deste trabalho de curso é estudar a tecnologia de produção de insulina. Para conseguir isso, foram definidas as seguintes tarefas:

1.produção de insulina em biotecnologia

2. métodos de obtenção de insulina

H. purificação de insulina

1. História da descoberta

A história da descoberta da insulina está associada ao nome do médico russo I.M. Sobolev (segunda metade do século XIX), que provou que o nível de açúcar no sangue humano é regulado por um hormônio especial do pâncreas.

Em 1922, a insulina isolada do pâncreas de um animal foi administrada pela primeira vez a um menino de dez anos com diabetes; o resultado superou todas as expectativas e, um ano depois, a empresa americana Eli Lilly lançou a primeira preparação de insulina animal.

Depois de receber o primeiro lote industrial de insulina, ao longo dos anos seguintes um enorme caminho foi percorrido no seu isolamento e purificação. Como resultado, o hormônio ficou disponível para pacientes com diabetes tipo 1.

Em 1935, o pesquisador dinamarquês Hagedorn otimizou a ação da insulina no organismo ao propor um medicamento de ação prolongada.

Os primeiros cristais de insulina foram obtidos em 1952, e em 1954 o bioquímico inglês G. Sanger decifrou a estrutura da insulina. O desenvolvimento de métodos de purificação do hormônio de outras substâncias hormonais e produtos de degradação da insulina possibilitou a obtenção de insulina homogênea, denominada insulina monocomponente.

No início dos anos 70. Os cientistas soviéticos A. Yudaev e S. Shvachkin propuseram a síntese química da insulina, mas a implementação desta síntese em escala industrial era cara e não lucrativa.

Posteriormente, houve uma melhora progressiva na pureza da insulina, o que reduziu problemas causados ​​por alergias à insulina, distúrbios renais, deficiência visual e resistência imunológica à insulina. Era necessário o hormônio mais eficaz para a terapia de reposição do diabetes mellitus - a insulina homóloga, ou seja, a insulina humana.

Na década de 80, os avanços da biologia molecular permitiram sintetizar utilizando E.coli ambas as cadeias de insulina humana, que foram então combinadas em uma molécula de hormônio biologicamente ativo, e a insulina recombinante foi obtida no Instituto de Química Bioorgânica da Academia Russa de Ciências usando cepas geneticamente modificadas E.coli.

2 . Produção de insulina em biotecnologia

A insulina, um hormônio peptídico das ilhotas de Langerhans do pâncreas, é o principal tratamento para o diabetes mellitus. Esta doença é causada por uma deficiência de insulina e se manifesta por um aumento nos níveis de glicose no sangue. Até recentemente, a insulina era obtida do pâncreas bovino e suíno. O medicamento diferia da insulina humana nas substituições de 1 a 3 aminoácidos, portanto havia risco de reações alérgicas, principalmente em crianças. O uso terapêutico generalizado da insulina tem sido limitado pelo seu alto custo e recursos limitados. Através da modificação química, a insulina animal tornou-se indistinguível da insulina humana, mas isto significou um aumento adicional no custo do produto.

Empresa Eli Lilly desde 1982 produz insulina geneticamente modificada com base em síntese separada E. coli Cadeias A e B. O custo do produto diminuiu significativamente, a insulina resultante é idêntica à insulina humana. Desde 1980, há notícias na imprensa sobre a clonagem do gene da pró-insulina, precursor do hormônio que se transforma em forma madura com proteólise limitada.

A tecnologia de encapsulamento também é aplicada ao tratamento do diabetes: as células pancreáticas em uma cápsula, introduzidas uma vez no corpo do paciente, produzem insulina ao longo do ano.

Empresa Integrado Genética começou a produzir hormônios folículo-estimulantes e luteinizantes. Esses peptídeos são compostos por duas subunidades. Em pauta está a questão da síntese industrial de hormônios oligopeptídicos do sistema nervoso - encefalinas, construídas a partir de 5 resíduos de aminoácidos, e endorfinas, análogos da morfina. Quando usados ​​racionalmente, esses peptídeos aliviam a dor, criam bom humor, aumentam o desempenho, concentram a atenção, melhoram a memória e melhoram o sono e a vigília. Um exemplo de aplicação bem sucedida de métodos de engenharia genética é a síntese de p-endorfina utilizando a tecnologia de proteína híbrida descrita acima para outro hormônio peptídico, a somatostatina.

3 . Métodos para obtenção de insulina humana

Historicamente, a primeira forma de obter insulina para fins terapêuticos é isolar análogos desse hormônio de fontes naturais (ilhotas pancreáticas de bovinos e suínos). Na década de 20 do século passado, descobriu-se que as insulinas bovinas e suínas (que são mais próximas da insulina humana em sua estrutura e sequência de aminoácidos) apresentam atividade no corpo humano comparável à insulina humana. Depois disso, as insulinas bovinas ou suínas foram utilizadas por muito tempo para tratar pacientes que sofriam de diabetes mellitus tipo I. Porém, depois de algum tempo, foi demonstrado que, em alguns casos, anticorpos contra a insulina bovina e suína começam a se acumular no corpo humano, anulando assim o seu efeito.

Por outro lado, uma das vantagens deste método de produção de insulina é a disponibilidade de matéria-prima (a insulina bovina e suína pode ser facilmente obtida em grandes quantidades), o que desempenhou um papel decisivo no desenvolvimento do primeiro método de produção humana insulina. Este método é denominado semi-sintético.

Neste método de produção de insulina humana, a insulina de porco foi utilizada como matéria-prima. O octapéptido C-terminal da cadeia B foi clivado da insulina porcina purificada, após o que o octapéptido C-terminal da insulina humana foi sintetizado. Depois foi adicionada quimicamente, os grupos protetores foram removidos e a insulina resultante foi purificada. Ao testar este método de produção de insulina, foi demonstrado que o hormônio resultante era completamente idêntico à insulina humana. A principal desvantagem deste método é o alto custo da insulina resultante (mesmo agora a síntese química do octapeptídeo é um prazer caro, especialmente em escala industrial).

Atualmente, a insulina humana é produzida principalmente de duas maneiras: pela modificação da insulina suína por meio de um método enzimático sintético e por engenharia genética.

No primeiro caso, o método baseia-se no fato de que a insulina suína difere da insulina humana por uma substituição no terminal C da cadeia B. Ala30Thr. A substituição da alanina por treonina é realizada pela clivagem da alanina catalisada por enzimas e pela adição em vez de um resíduo de treonina protegido pelo grupo carboxila, que está presente na mistura de reação em grande excesso. Após clivagem do grupo protector O-terc-butilo, obtém-se insulina humana. (Imagem 1)

Figura 1 - Esquema de métodos para obtenção de insulina humana

A insulina foi a primeira proteína produzida comercialmente usando tecnologia de DNA recombinante. Existem duas abordagens principais para obter insulina humana geneticamente modificada. No primeiro caso, é realizada a produção separada (diferentes cepas produtoras) de ambas as cadeias, seguida do dobramento da molécula (formação de pontes dissulfeto) e separação das misoformas. No segundo, é obtido na forma de precursor (pró-insulina) seguido de clivagem enzimática por tripsina e carboxipeptidase. B à forma ativa do hormônio. O método mais preferido atualmente é a obtenção de insulina na forma de um precursor, garantindo o correto fechamento das pontes dissulfeto (no caso de produção separada de cadeias, são realizados ciclos sucessivos de desnaturação, separação de misoformas e renaturação.

Com ambas as abordagens, é possível obter os componentes iniciais (cadeias A e B ou pró-insulina) individualmente ou como parte de proteínas híbridas. Além das cadeias A e B ou pró-insulina, as proteínas híbridas podem conter:

1) proteína transportadora - garantindo o transporte da proteína híbrida para o espaço periplasmático da célula ou meio de cultura;

2) componente de afinidade - facilitando significativamente o isolamento da proteína híbrida.

Além disso, ambos estes componentes podem estar presentes simultaneamente na proteína híbrida. Além disso, ao criar proteínas híbridas, pode-se usar o princípio do multimerismo (ou seja, várias cópias do polipeptídeo alvo estão presentes na proteína híbrida), o que pode aumentar significativamente o rendimento do produto alvo.

4 . Expressão de pró-insulina nas célulasE. coli

A cepa usada neste trabalho JM 109 N1864 com uma sequência de nucleotídeos construída no plasmídeo que expressa uma proteína híbrida que consiste em pró-insulina linear e um fragmento de proteína ligado ao seu terminal N através de um resíduo de metionina AStaphylococcus aureus. O cultivo de uma biomassa saturada de células de uma cepa recombinante garante o início da produção de uma proteína híbrida, cujo isolamento e posterior transformação intubo levar à insulina. Outro grupo de pesquisadores obteve em um sistema de expressão bacteriana uma proteína de fusão recombinante composta por pró-insulina humana e uma “cauda” de poli-histidina ligada a ela através de um resíduo de metionina. Foi isolado por cromatografia de quelato em colunas de Ni-agarose a partir de corpos de inclusão e digerido com brometo de cianogênio. Os autores determinaram que a proteína isolada era S-sulfurizada. O mapeamento e a análise espectrométrica de massa da pró-insulina resultante, purificada por cromatografia de troca iônica em trocador de ânions e RP (fase reversa) HPLC (cromatografia líquida de alta eficiência), mostraram a presença de pontes dissulfeto correspondentes às pontes dissulfeto da pró-insulina humana nativa. Também é relatado o desenvolvimento de um método novo e melhorado para a produção de insulina humana utilizando métodos de engenharia genética em células procarióticas. Os autores descobriram que a insulina resultante é idêntica em estrutura e atividade biológica ao hormônio isolado do pâncreas.

Recentemente, muita atenção tem sido dada à simplificação do procedimento de obtenção de insulina recombinante por meio de métodos de engenharia genética. Foi assim que foi obtida uma proteína de fusão, consistindo no peptídeo líder da interleucina ligado ao terminal N da pró-insulina através de um resíduo de lisina. A proteína foi eficientemente expressa e localizada em corpos de inclusão. Uma vez isolada, a proteína foi digerida pela tripsina para produzir insulina e peptídeo C. Outro grupo de pesquisadores procedeu de maneira semelhante. Proteína de fusão que consiste em pró-insulina e dois domínios sintéticos de ligação à proteína A estafilocócica. IgG, estava localizado em corpos de inclusão, mas tinha um nível de expressão mais alto. A proteína foi isolada por cromatografia de afinidade utilizando IgG e tratada com tripsina e carboxipeptidase B. A insulina e o peptídeo C resultantes foram purificados por RP HPLC. Ao criar construções de fusão, a proporção de massa da proteína transportadora e do polipeptídeo alvo é muito importante. Isto descreve a construção de construções de fusão, onde uma proteína que se liga à albumina sérica humana foi utilizada como polipéptido transportador. Um, três e sete peptídeos C foram ligados a ele. Os peptídeos C foram conectados de acordo com o princípio “cabeça-cauda” usando espaçadores de aminoácidos carregando um sítio de restrição Sfi eu e dois resíduos de arginina no início e no final do espaçador para posterior digestão da proteína pela tripsina. A HPLC dos produtos de clivagem mostrou que a clivagem do peptídeo C era quantitativa, e isto permite a utilização de métodos de genes sintéticos multiméricos para a produção de polipeptídeos alvo em escala industrial.

Preparação de um mutante de pró-insulina que continha uma substituição Arg32Tyr. Quando esta proteína foi digerida conjuntamente pela tripsina e carboxipeptidase B, formaram-se insulina nativa e peptídeo C contendo um resíduo de tirosina. Este último, após marcação com 125I, é ativamente utilizado em radioimunoensaios.

5 . Purificação de insulina

A insulina destinada à fabricação de medicamentos deve ser de alta pureza. Portanto, é necessário um controle altamente eficaz sobre a pureza dos produtos resultantes em cada etapa da produção. Anteriormente, pró-insulina-S-sulfonato, pró-insulina, cadeias A e B individuais e seus S-sulfonatos foram caracterizados usando HPLC RP e IO (troca iônica). Além disso, é dada especial atenção aos derivados fluorescentes da insulina. No trabalho, os autores investigaram a aplicabilidade e informatividade dos métodos cromatográficos na análise de produtos em todas as etapas da produção da insulina humana e compilaram regulamentos para operações cromatográficas que permitem separar e caracterizar eficazmente os produtos resultantes. Os autores separaram os derivados de insulina utilizando sorventes bifuncionais (RP HPLC hidrofóbico e de troca iônica) e mostraram a possibilidade de controlar a seletividade da separação variando a contribuição de cada interação, alcançando assim maior eficiência na separação de análogos protéicos próximos. Além disso, estão sendo desenvolvidas abordagens para automatizar e acelerar os processos de determinação da pureza e da quantidade de insulina. São relatadas pesquisas sobre a possibilidade de utilização de cromatografia líquida RP com detecção eletroquímica para determinação de insulina, e foi desenvolvido um método para determinação de insulina isolada da ilhota de Langerhans por cromatografia de imunoafinidade com detecção espectrométrica. O trabalho investigou a possibilidade de utilização da microdeterminação rápida de insulina por meio de eletroforese capilar com detecção de fluorescência a laser. O ensaio é realizado adicionando à amostra uma quantidade conhecida de insulina marcada com fenilisotiocianato (FITC) e um fragmento Fabuloso anticorpos monoclonais para insulina. As insulinas rotuladas e regulares competem para formar um complexo com Fab. Insulina marcada com FITC e seu complexo com Fab separados em 30 segundos.

Recentemente, um grande número de trabalhos tem sido dedicado ao aprimoramento dos métodos de produção de insulina, bem como à criação de formas farmacêuticas a partir dela. Por exemplo, nos EUA, foram patenteados análogos hepatoespecíficos da insulina, que são estruturalmente diferentes do hormônio natural devido à introdução de outros resíduos de aminoácidos nas posições 13 - 15 e 19 da cadeia A e na posição 16 da cadeia B. -corrente. Os análogos obtidos são utilizados em diversas formas farmacêuticas parenterais (intravenosas, intramusculares, subcutâneas), intranasais ou implantação na forma de cápsulas especiais no tratamento do diabetes mellitus. Particularmente relevante é a criação de formas farmacêuticas administradas sem injeções. É relatada a criação de um sistema macromolecular para uso oral, que é a insulina imobilizada em um hidrogel polimérico modificado com inibidores de enzimas proteolíticas. A eficácia desse medicamento é de 70-80% da eficácia da insulina nativa administrada por via subcutânea. Em outro trabalho, o medicamento é obtido pela incubação em uma etapa de insulina com hemácias na proporção de 1-4:100 na presença de um ligante. Os autores relatam a obtenção de um medicamento com atividade de 1.000 unidades/g, retenção completa da atividade após administração oral e armazenamento por vários anos na forma liofilizada.

Além da criação de novos medicamentos e formas farmacêuticas à base de insulina, estão sendo desenvolvidas novas abordagens para solucionar o problema do diabetes. Assim, o cDNA da proteína transportadora de glicose foi transfectado GLUT2 células previamente transfectadas de forma estável com cDNA de insulina completo Entradas HEP G2. Nos clones resultantes HERP G2 Insgl a glicose estimula a secreção quase normal de insulina e potencializa a resposta secretora a outros secretagogos. A microscopia imunoeletrônica revelou grânulos contendo insulina nas células, morfologicamente semelhantes aos grânulos nas células b das ilhotas de Langerhans. No momento, está sendo seriamente discutida a possibilidade de utilização de uma “célula B artificial” obtida por métodos de engenharia genética para o tratamento do diabetes tipo 1.

Junto com a resolução de problemas práticos, também são estudados os mecanismos de ação da insulina, bem como as relações estrutural-funcionais na molécula. Um dos métodos de pesquisa é a criação de diversos derivados da insulina e o estudo de suas propriedades físico-químicas e imunológicas. Conforme mencionado acima, vários métodos de produção de insulina baseiam-se na obtenção desse hormônio na forma de um precursor (pró-insulina), seguido de clivagem enzimática em insulina e peptídeo C. Atualmente, foi demonstrado que o peptídeo C possui atividade biológica, o que permite sua utilização para fins terapêuticos junto com a insulina. Os seguintes artigos desta série discutirão as propriedades físico-químicas e biológicas do peptídeo C, bem como os métodos para sua preparação.

A contribuição da biotecnologia para a produção industrial de hormônios não peptídicos, principalmente esteróides, também é significativa. Os métodos de transformação microbiológica permitiram reduzir drasticamente o número de etapas na síntese química da cortisona, um hormônio adrenal usado no tratamento da artrite reumatóide. Na produção de hormônios esteróides, células microbianas imobilizadas são amplamente utilizadas, por exemplo Arthrobacterglobiformis, para a síntese de prednisolona a partir de hidrocortisona. Existem desenvolvimentos para obter o hormônio tireoidiano tiroxina a partir de microalgas.

Por grau de purificação

· tradicional- extraídos com etanol ácido, e durante o processo de purificação são filtrados, salgados e cristalizados diversas vezes (o método não permite que o preparado seja purificado de impurezas de outros hormônios contidos no pâncreas)

· monopico (MP) - após a purificação tradicional, são filtrados em gel (durante a cromatografia em gel formam apenas um “pico”: o conteúdo das impurezas acima não é superior a 1·10?3

· Monocomponente (MC) - passa por uma purificação ainda mais profunda usando uma peneira molecular e um método de cromatografia de troca iônica DEAE-celulose, que permite atingir 99% de grau de pureza (1·10?6) (Figura 2)

Figura 2 - Esquema de purificação de insulina

insulina diabetes mellitus biotecnologia

6 . Modo de uso e doses

Determinado e regulamentado estritamente sob supervisão médica de acordo com a condição do paciente. Todas as preparações de humulina podem ser administradas por via subcutânea ou intravenosa; Humulin R em ampolas é administrado por via intravenosa. A administração subcutânea, preferida pelos pacientes, deve ser feita na parte superior do braço, coxa, nádega ou região abdominal. Os locais de injeção devem ser alternados para que a mesma parte do corpo seja usada no máximo uma vez por mês. Neste caso, os capilares não devem ser afetados. O local da injeção não requer massagem. Os cartuchos Humulin são usados ​​apenas para injeção em canetas Becton Dickinson. Neste caso, é necessário seguir cuidadosamente as instruções do fabricante marcadas nas Espumas ao recarregá-las e utilizá-las. Os pacientes devem ter sempre à mão uma seringa sobressalente e uma ampola de Humulin, caso o dispositivo de injeção ou cartucho da caneta seja perdido. Perfis de ação da humulina. Humulin R: início de ação após 10 minutos, ação máxima – entre 1 e 3 horas, duração de ação – de 5 a 7 horas. Humulin N: início de ação – após 30 minutos, ação máxima – entre 2 e 8 horas, duração de ação – de 18 a 20 horas. Humulin M1: início de ação – após 30 minutos, ação máxima – entre 2 e 9 horas, duração de ação – de 16 a 18 horas. Humulin M2: início de ação – após 30 minutos, ação máxima entre 1,5 e 9 horas, duração de ação – de 14 a 16 horas. Humulin M3: início de ação – após 30 minutos, ação máxima – entre 1 e 8,5 horas, duração de ação – de 14 a 15 horas. Humulin M4: início de ação – após 30 minutos, ação máxima – entre 1 e 8 horas, duração de ação – de 14 a 15 horas. Humulin L: início de ação – após 2 horas, ação máxima – entre 4 e 16 horas, duração de ação – cerca de 24 horas. Humulin U: início de ação – após 3 horas, ação máxima – entre 3 e 18 horas, duração de ação – de 24 a 28 horas. Terapia medicamentosa única. Humulin R pode ser administrado sem outros tipos de insulina, usando múltiplas injeções diárias. Humulin N, L e U também podem ser administrados independentemente 1-2 vezes ao dia. Terapia combinada. Para potencializar o efeito inicial, alguns pacientes recebem prescrição de humulinas N, L e U, além de Humulin R. O uso simultâneo de insulinas animais produzidas por diferentes empresas não é recomendado. Humulin M não requer terapia combinada, é administrado duas vezes ao dia (2/3 da necessidade diária pela manhã e o restante à noite). Para qualquer administração, a dose não deve exceder 50 unidades. A paciente é obrigada a informar o médico sobre a gravidez. Nesse período é necessário um acompanhamento rigoroso do estado de saúde do paciente insulinodependente. A necessidade do medicamento costuma diminuir no primeiro trimestre e aumentar no segundo e terceiro. Pacientes com diabetes durante a lactação necessitam de ajuste da dose de insulina (e dieta).

CONCLUSÃO

O diabetes mellitus é uma doença crônica causada por uma deficiência absoluta ou relativa de insulina. É caracterizada por um distúrbio profundo do metabolismo dos carboidratos com hiperglicemia e glicosúria, bem como outros distúrbios metabólicos resultantes da influência de uma série de fatores genéticos e externos.

A insulina ainda serve como um meio radical e, na maioria dos casos, o único meio de manter a vida e a capacidade dos pacientes com diabetes. Antes de receber e introduzir insulina na clínica em 1922-1923. Pacientes com diabetes mellitus tipo I morreram dentro de um a dois anos após o início da doença, apesar do uso das dietas mais exaustivas. Pacientes com diabetes mellitus tipo I necessitam de terapia de reposição vitalícia com preparações de insulina. A cessação da administração regular de insulina por um motivo ou outro leva ao rápido desenvolvimento de complicações e à morte rápida do paciente.

Atualmente, o diabetes mellitus ocupa o terceiro lugar em termos de prevalência, atrás das doenças cardiovasculares e do câncer. Segundo a Organização Mundial de Saúde, a prevalência de diabetes entre adultos na maioria das regiões do mundo é de 2 a 5% e o número de pacientes tende a quase duplicar a cada 15 anos. Apesar dos progressos óbvios no domínio dos cuidados de saúde, o número de pacientes dependentes de insulina aumenta todos os anos e actualmente ascende a cerca de 2 milhões de pessoas só na Rússia.

A criação de preparações domésticas de insulina humana geneticamente modificadas abre novas oportunidades para resolver muitos problemas e salvar a vida de milhões de pessoas que sofrem de diabetes.

O diabetes mellitus ocupa o terceiro lugar no mundo, depois das doenças cardiovasculares e oncológicas. De acordo com várias fontes, existem de 120 a 180 milhões de pessoas com diabetes no mundo, o que representa 2 a 3 por cento da população total do planeta. Segundo os cientistas, o número de pacientes deverá dobrar a cada 15 anos.

Na minha opinião, a insulina é um dos hormônios mais estudados. Mais de 80 anos se passaram desde a descoberta do fato de que a insulina produzida pelo pâncreas é responsável pela redução dos níveis de açúcar no sangue. No entanto, até hoje esse hormônio é de grande interesse.

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apresentação, adicionada em 22/12/2016


Características do tratamento do diabetes mellitus tipo I. O uso de dietoterapia, atividade física, insulinoterapia. Critérios para compensação de diabetes mellitus. Recomendações para regime de atividade física. Overdose crônica de insulina (síndrome de Somogyi).

apresentação, adicionada em 23/09/2016


Etiologia e manifestações clínicas do diabetes mellitus. Tipos de insulina, regras de armazenamento. Conceito e regimes de terapia com insulina. Estudo das complicações decorrentes da injeção de insulina. O papel do enfermeiro na educação do paciente com diabetes mellitus.

trabalho do curso, adicionado em 01/06/2016


Violação da secreção interna do pâncreas. Características dos sintomas do diabetes mellitus, casos de níveis elevados de insulina no sangue. Métodos para reconhecer diferentes tipos de hipoglicemia. Hipóteses para as causas dos danos ao pâncreas.

resumo, adicionado em 28/04/2010


Avaliando a eficácia do tratamento do diabetes. Valor clínico e diagnóstico da glicose no líquido cefalorraquidiano. Principais características do teste de tolerância à glicose. Curva após uma única carga de glicose. Curva de secreção de insulina para diabetes de segundo grau.