از کشف انسولین تا انسولین های هوشمند
انسولین چیست و چه نقشی در بدن دارد؟
انسولین هورمونی است که توسط سلولهای انسولین ساز (بتا) در لوزالمعده یا همان پانکراس ترشح میشود. انسولین اصلیترین هورمون مرتبط با سوختوساز (متابولیسم) کربوهیدرات، چربی و پروتئین است همچنین نقش مهمی در ساخت و حفظ توده عضلانی بدن دارد. قند (گلوکز) ایجادشده از سوختوساز غذاها، برای جذب در سلولهای کبد، چربی و عضلات بدن به انسولین نیاز دارد تا به مصرف انرژی برسد. همچنین گلوکز با کمک انسولین در بافت کبد و عضلات از طریق فرایندی به نام گلیکوژنر تبدیل به گلیکوژن میشود و در این بافتها ذخیره میشود و یا از طریق فرایند لیپوژنز به تری گلیسیرید (چربی) تبدیل میشود و در بافت چربی ذخیره می شود.
کمبود انسولین، بدن را با چه مشکلاتی مواجه میکند؟
اگر انسولین در بدن به میزان کافی وجود نداشته باشد، قند حاصل از سوخت و ساز غذاها نمی تواند از خون وارد سلولهای بدن شود و به مصرف انرژی برسد در نتیجه بدن برای تأمین انرژی مورد نیاز بهصورت گسترده بافت چربی خود را مصرف میکند. عدم استفاده سلولهای بدن از قند، باعث تجمع آن در خون میشود که این افزایش قند خون در طولانیمدت میتواند عوارض و مشکلاتی برای فرد مبتلا به دیابت ایجاد کند و کیفیت زندگی او را کاهش دهد. از سوی دیگر، تأمین انرژی بدن با سوختوساز چربی، علاوه بر اینکه باعث کاهش وزن شخص میشود، میتواند منجر به ایجاد ترکیبات کتونی در خون و خطر کتو اسیدوز دیابتی شود.
چه کسانی نیاز به تزریق انسولین دارند؟
انسولین مهمترین دارو در مدیریت بیماری دیابت و کنترل قند خون است که تزریق آن بسته به نوع دیابت و شرایط فرد با نظر پزشک توصیه میشود.
پزشک ممکن است تزریق انسولین را به این افرادتوصیه می کند:
- دیابت نوع یک: به دلیل عدم توانایی لوزالمعده (پانکراس) در ساخت انسولین، تنها روش مدیریت و کنترل قند خون، تزریق انسولین روزانه میباشد.
- دیابت نوع دو: به دلیل کاهش ترشح انسولین و یا مقاومت به انسولین برخی از افراد در کنار مصرف داروهای خوراکی، نیاز به تزریق انسولین پیدا میکنند.
- دیابت بارداری: با توجه به اهمیت کنترل قند خون در حفظ سلامت بارداری، برخی از مادران در کنار اصلاح سبک زندگی نیاز به تزریق انسولین دارند.
تاریخچه کشف انسولین
هزاران سال است که انسانها با دیابت آشنایی دارند، اما تا سالهای اخیر، علت دیابت مشخص نبود. پزشکان از روشهای مختلفی همچون استفاده از داروهای گیاهی و رژیمهای بسیار سخت و طاقتفرسای کم کربوهیدرات برای درمان و کنترل دیابت استفاده میکردند که هیچیک مؤثر نبود و حتی باعث کاهش طول عمر و کیفیت زندگی افراد دیابتی میشد.
تا مدتها دانشمندان اعتقاد داشتند که دلیل بروز دیابت به مسائل گوارشی مربوط میشود؛ تا اینکه در سال 1869 یک زیستشناس آلمانی به نام پاول لانگرهانس با بررسی بافت پانکراس، متوجه شد که مجموعه سلولهایی در پانکراس قرار دارند که مثل جزایری در آن شناورند اما عملکرد آنها را نمیدانست. بعدها اسم این سلولها را جزایر لانگرهانس گذاشتند. تا اینکه در سال 1889 دو دانشمند در حین بررسی نقش آنزیمهای پانکراس بر روی سگها متوجه شدند که با خارج کردن پانکراس، سگهای دچار علائم پر ادراری و دفع قند قابلتوجهی در ادرار شدند و به این نتیجه رسیدند که علت دیابت میتواند به پانکراس مرتبط باشد.
در سال 1901 یک پاتولوژیست آمریکایی این ایده را مطرح کرد که احتمالاً جزایر لانگرهانس مسئول ترشح ترکیبی هستند که کار کنترل قند را به عهده دارد. با توجه به این یافتهها تلاشهای برای استخراج ترکیب کنترل قند خون از پانکراس حیوانات مختلف آغاز شد. عصاره استخراج شده به روشهای خوراکی و تزریقی به افراد دیابتی داده شد که به دلیل ناخالصی آن منجر به مسمومیت و عوارض شدید شد.
تا اینکه در سال 1920 ایده استخراج ترشحات جزایر لانگرهانس به ذهن دکتر بانتینگ خطور کرد و اینچنین، مسیر پر پیچ و خم کشف انسولین شروع شد. طی 2 سال بعد با تحقیقات و پژوهشهای بسیار، استخراج و خالصسازی عصاره جزایر لانگرهانس توسط بانتینگ و همکارانش انجام شد که ابتدا به صورت خوراکی روی انسان آزمایش شد که مؤثر نبود. امروزه میدانیم که ساختار پروتئینی انسولین در اسید معده از بین میرود اما در آن زمان این اطلاعات در دسترس نبود؛ بنابراین دکتر بانتینگ در آزمایش انسانی بعدی، برای اولین بار، عصاره پانکراس را به یک پسر 14 ساله به نام لئونارد تامپسون تزریق کرد. لئونارد در زمان بستری تنها 29.5 کیلو وزن داشت، این تزریق به دلیل خالص نبودن عصاره پانکراس چندان مؤثر نبود اما دو هفته بعد، عصاره خالصتری به دست آمد و بعد از تزریق آن، حال لئونارد بهبود چشمگیری پیدا کرد. مورد لئونارد نقطه عطفی در تحقیقات انسولین بود. در همان زمان، تزریق انسولین به یک پزشک جوان تازه دیابتی جان او را نجات داد و بدین ترتیب تا به امروز انسولین به صورت تزریقی تجویز میشود.
سیر تکاملی انسولین ها از انسانی تا هوشمند
از زمان کشف انسولین تا امروز، تحقیقات و مطالعات زیادی برای بهبود عملکرد و راحتی در استفاده از انسولین انجام شده است. نتیجه پیشرفت این مطالعات و فناوری منجر به تولید انسولین انسانی، انسولین آنالوگ، انسولین استنشاقی و انسولین های هوشمند شده است، این تحقیقات همچنان ادامه دارد.
انسولین انسانی
تا سالها فقط انسولینهای حیوانی موجود بودند که از پانکراس گاو و خوک استخراج میشدند و به دلیل ناخالصیهای زیاد باعث نوسان قند خون، واکنشهای آلرژی، درد و تورم در نواحی تزریق میشدند. در سال 1978 برای اولین بار انسولین انسانی به روش بیوتکنولوژی با استفاده از فناوری DNA نوترکیب ساخته شد، روشی که در آن محققان قادر بودند با واردکردن ژن انسولین انسانی به داخل ژن باکتری، آن را وادار به تولید پروتئینی کاملاً مشابه با انسولین انسانی کنند. بدین ترتیب در سال 1980 اولین انسولین کاملاً انسانی با نام تجاری هومولین وارد بازار شد که این نوع انسولین انسانی هنوز هم وجود دارد. انسولینهای انسانی امروزه به نام رگولار و NPH شناخته میشوند. بهاینترتیب، انسولینهای انسانی به دلیل اثربخشی بهتر و واکنشهای آلرژیک کمتر، جایگزین انسولینهای حیوانی شدند.
انسولین آنالوگ
دانشمندان با انجام پژوهشهای گسترده سعی داشتند که انسولینهایی با احتمال افت قند کمتر و عملکرد بهتر را تولید کنند و درنهایت با تغییراتی که بر توالی زنجیره پروتئینهای انسولین انجام شد، موفق به ساخت انواع جدیدی از انسولین شدند که به آنها انسولینهای آنالوگ گفته میشود. در سال 1996 اولین انسولین آنالوگ با نام لیسپرو وارد بازار شد و ادامه تحقیقات و تغییرات بیشتر در زنجیرههای پروتئینی انسولینها کمک کرد که تنوع بیشتری در انسولینهای آنالوگ ایجاد شود. انواع مختلف این انسولینها به پزشک معالج اجازه میدهد که با توجه به شرایط خاص هر فرد، نوع انسولینی که برای او مؤثرتر است را تجویز کنند.
انسولین استنشاقی
ارتباط ناگسستنی فناوری با ساخت انسولین ادامه دارد. در سال 2014 سازمان غذا و دارو یک انسولین استنشاقی با نام افرزا (Afrezza) را تائید کرد. این نوع انسولین در بازار دارویی کشور ایالات متحده آمریکا عرضه شده است تقریباً همه بزرگسالان (بالای 18 سال) مبتلا به دیابت نوع 1 و دیابت نوع 2 میتوانند از انسولین بسیار سریع اثر افرزا چه به عنوان جایگزینی برای انسولینهای غذایی تزریقی و چه به عنوان دوز اصلاحی در صورت نیاز بهرهمند شوند. استفاده از این انسولین بسیار سریع اثر در وعده غذایی که میزان کربوهیدرات ساده بیشتری وجود دارد، به کنترل قند 2 ساعت کمک میکند. اگرچه، در استفاده از انسولین استنشاقی محدودیتهایی هم وجود دارد. یکی از این محدودیتها، تنظیم مقدار انسولین در هر بار اسپری کردن است که توسط وسیلهای به نام کارتریج تعیین میشود. برخلاف انسولین تزریقی که مقدار هر باز تزریق را میتوان 1 واحد افزایش داد، میزان تجویز انسولین استنشاقی افرزا در هر کارتریج 4 واحد اضافه میشود و در کل شامل 3 کارتریج 4 واحدی، 8 واحدی و 12 واحدی است و این امر، تنظیم مقدار مورد نیاز را کمی سخت میکند و ممکن است برای مصرف دوز تجویز شده به بیش از یک کارتریج نیاز باشد. محدودیت دیگر در استفاده از افرزا مربوط به سلامت ریهها و سایر اندامهای حیاتی بدن فرد است. افرادی که دخانیات مصرف میکنند، یا کمتر از 6 ماه از ترک مصرف دخانیات آنها گذشته است، نمیتوانند از این نوع انسولین استفاده کنند. ابتلا به بیماریهای ریوی و برخی مشکلات کلیه و کبد، بارداری و شیردهی نیز از موارد منع مصرف افرزا هستند و به صورت کلی، ممکن است واکنشهای آلرژیک جدی در مجاری تنفسی و ریهها ایجاد کند. این نوع انسولین یه دلیل محدودیت دوزها و انعطافپذیری کم در تجویز انسولین هنوز به صورت گسترده در جهان مورداستفاده قرار نگرفته است.
انسولین های هوشمند
در حال حاضر، تلاش دانشمندان برای تولید انسولینهای هوشمند یا انسولینهای پاسخگو به میزان قند خون، انسولینهای خوراکی و تحقیق و پژوهش روی این ترکیبات شگفتانگیز ادامه دارد.