Гормоны

Гормоны – группа биологически активных веществ, выделяемых в кровь  и тканевую жидкость железами внутренней секреции и оказывающие регулирующее влияние на функции организма (в  основном на белковый, углеводный, жировой и водно-солевой). Известно около 30 гормонов и гормоноподобных веществ. Многие гормоны получают путем вытяжки их из желез внутренней секреции убойного скота, некоторые из них (инсулин, тестостерон, адреналин, тироксин, гормон задней доли гипофиза, окситоцин и вазопрессин) производят синтетически.

По своей химической природе  одни гормоны относятся к белкам (гормон поджелудочной железы, гипофиза, паращитовидных желез), другие (гормон половых желез и надпочечников) – к жироподобным веществам –  стероидам, третьи представляют собой  относительно простые продукты распада  белка (гормон мозговой части надпочечников, активная часть гормона щитовидной железы).

Классические наследственные болезни (в основном моногенные) характеризуются  дефектом гена, который имеется во всех клетках организма. Этот дефект и ведет к патологии. Повреждения  гена инсулина, приводящие к диабету, описаны как уникальные наследственные болезни. А при остальных (практически  всех) случаях этой болезни ген  инсулина не нарушен. Но функционирует  он только в b-клетках поджелудочной железы (и весьма ограниченно – в некоторых клетках центральной нервной системы). А во всех остальных – выключен множественной, для надежности, регуляцией. Человек может умирать от нехватки инсулина, но регуляция не позволит включиться ни одному гену инсулина, ни в одной другой клетке. Поэтому для лечения больных сахарным диабетом предложен искусственно вводимый инсулин.

Два способа  получения инсулина для практики здравоохранения. Нужный для лечения диабета инсулин ранее получали из клеток поджелудочной железы забитых на бойне животных, поэтому стоимость его была очень высока. Животный инсулин не идентичен по своей аминокислотной последовательности инсулину человека, и поэтому для некоторых людей он не эффективен и даже непереносим. Широкомасштабное терапевтическое применение инсулина сдерживалось его высокой стоимостью и ограниченностью ресурсов. Для получения 100 г кристаллического инсулина требуется 800-1000 кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200-250 грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков.

В связи с острой нехваткой  инсулина и необходимостью его применения больным сахарным диабетом разрабатывалась  возможность превращения инсулина свиньи в инсулин человека (полусинтетический  метод). Путем химической модификации инсулин из животных удалось сделать неотличимым от человеческого, но это означало дополнительное удорожание продукта. 

Получение генно-инженерного инсулина человека

В последнее время разработаны  методы получения гормональных стероидных препаратов с помощью микробиологического  синтеза. В 1978 году исследователи из компании "Генентек" впервые получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки. Инсулин состоит из двух полипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот. При соединении их дисульфидными связями образуется нативный двухцепочечный инсулин. Было показано, что он не содержит белков E. coli, эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается.

Впоследствии в клетках E. coli был осуществлен синтез проинсулина, для чего на матрице РНК с помощью обратной транскриптазы синтезировали ее ДНК-копию. После очистки полученного проинсулина его расщепили и получили нативный инсулин, при этом этапы экстракции и выделения гормона были сведены к минимуму. Из 1000 литров культуральной жидкости можно получать до 200 граммов гормона, что эквивалентно количеству инсулина, выделяемого из 1600 кг поджелудочной железы свиньи или коровы.

Компания Eli Lilly с 1982 года производит генно-инженерный инсулин на основе раздельного синтеза кишечной палочкой его А и В-цепей. Стоимость продукта значительно снизилась, получаемый инсулин не вызывает побочных эффектов, поскольку в геном микроорганизма встроен ген, кодирующий синтез человечьего гормона. Для того чтобы получить 1 грамм инсулина с помощью традиционного метода требовалось 8 кг поджелудочной железы, а теперь необходимо иметь культуральную среду в объеме 5 литров, в которой выращиваются бактерий кишечной палочки.

Концептуальные подходы  к масштабированию производства генно-инженерного инсулина человека следующие:

- культивирование штамма-продуцента;

- очистка инсулина;

- идентификация инсулина;

- производство готовых  лекарственных форм инсулина;

- изучение фармакологических  и токсикологических свойств  инсулина.