Kto objavil inzulín?
Inzulín je pri liečbe cukrovky ústredným bodom, pretože všetky typy cukrovky sa vyskytujú v dôsledku neschopnosti tela efektívne využívať hladinu cukru v krvi v dôsledku nedostatočného, neúčinného alebo neexistujúceho prísunu inzulínu.
Inovatívni vedci, ktorí objavili inzulín, získali Nobelovu cenu, ale objav vyvolal aj polemiky.
K objavu inzulínu došlo v roku 1921 na základe nápadov kanadského ortopedického chirurga menom Frederick G. Banting, chemických schopností jeho asistenta Charlesa Besta a Johna MacLeoda z Torontskej univerzity v Kanade.
V priebehu rokov obletelo niekoľko protichodných správ o objave inzulínu a dokonca o roky neskôr prišla na rad aj Nobelova cena udelená za jeho objav v roku 1923.
V tomto článku sa pozrieme na ľudí zodpovedných za túto prelomovú liečbu cukrovky.
História inzulínu
Pochopenie cukrovky sa vyvíja tisíce rokov; vedeli o tom aj starí Gréci a diagnostikovali by cukrovku ochutnávaním moču.
Vedomie toho, že určité stavy moču a hladiny smädu súvisiace s hladinou cukru v krvi rástli v priebehu storočí.
Zatiaľ čo fyziológovia z 19. storočia pochopili, že pankreas sa významne podieľa na spracovaní energie v tele, nepochopili priamu úlohu pankreasu pri cukrovke, kým dvaja fyziológovia v roku 1890 neodstránili pankreas psovi.
Títo dvaja vedci pozorovali vývoj ťažkej cukrovky v priebehu 3 týždňov vrátane príznakov, ktoré budú známe ľuďom s týmto ochorením dnes, vrátane:
- vysoká hladina cukru v krvi
- vysoko zriedený moč, ako je to vidieť u diabetes insipidus
- diabetická kóma
- smrť z ketózy
Prvým fyziológom, ktorý naznačil, že pankreatické ostrovčeky alebo Langerhansove ostrovčeky môžu ovplyvňovať účinky pankreasu na kontrolu hladiny cukru v krvi, bol sir Edward Albert Sharpey-Schäfer, ktorý tieto tvrdenia vyslovil okolo roku 1894.
Aj keď neizoloval látku, ktorú dnes chápeme ako inzulín, použil na označenie tejto zatiaľ neobjavenej látky výraz „inzulín“ a v roku 1913 poukázal na jej existenciu a význam.
V roku 1901 vedci zistili, že ligácia alebo zviazanie pankreatického potrubia u psov, mačiek a králikov zničilo mnoho buniek, ktoré produkovali hormóny v pankrease.
Langerhansove ostrovčeky, o ktorých dnes moderní vedci vedia, že produkujú inzulín, však boli stále neporušené. Dôležité je, že v moči neboli žiadne príznaky cukru v krvi, čo je častý príznak cukrovky. To bol prvý jasný údaj o tom, že bunky ostrovčekov skutočne hrajú úlohu pri rozvoji cukrovky.
Objav
V roku 1921 bol Dr. Frederick G. Banting prvým jedincom, ktorý izoloval sekréty z buniek ostrovčekov a označoval ich ako potenciálnu liečbu cukrovky.
Poznamenal, že iní vedci pravdepodobne nedokázali nájsť inzulín, pretože tráviace enzýmy inzulín zničili skôr, ako ho mohol ktokoľvek extrahovať.
Bantingovým plánom bolo spojiť pankreatické kanály laboratórnych psov, kým sa bunky produkujúce enzýmy nezdegenerujú a silné bunky ostrovčekov tak zostanú nažive. Potom extrahoval zvyšok.
Banting nemal dostatočné vedomosti o novom vývoji v testovaní hladiny cukru v krvi na presnú kontrolu cukrovky, preto skontroloval moč, ktorý bol menej spoľahlivý.
Táto myšlienka však nebola nová - ďalší vedci sa tiež pokúšali vyrobiť výťažky z pankreasu, ktoré znižovali hladinu cukru v krvi - ani to nebolo zvlášť užitočné, pretože Banting dokázal izolovať iba malé množstvo hormónu.
Okrem toho sa ukázalo, že extrakt má toxické vlastnosti a spôsobuje u zvierat závažné vedľajšie účinky vrátane bolesti a horúčky.
Rozvoj
Banting nebol žiadnym odborníkom v oblasti metabolizmu uhľohydrátov, takže keď požadoval laboratórne priestory a vybavenie od profesora Johna Jamesa Rickarda Macleoda, vedúceho fyziológie na Torontskej univerzite, uznávaný fyziológ sa najskôr zdráhal.
Bantingova vytrvalosť a možnosť spoľahlivejších výsledkov však MacLeoda presvedčili, aby daroval laboratórny priestor. Aj keď viazanie pankreasu, aby sa rozložilo, nebol novým vyšetrovacím nástrojom, Macleod sa zaujímal o izoláciu ostrovčekov kvôli ich pomalšej degenerácii.
Nikto sa nepokúšal extrahovať ostrovčeky z úplne zdegenerovaného pankreasu.
Banting si vzal na pomoc asistenta Charlesa Herberta Besta, ktorý mu pomohol s izoláciou inzulínu. Macleod pomohol so všeobecnou štruktúrou výskumu a spoločnosť Best sa špecializovala na chemické testovanie krvi na kontrolu hladín glukózy.
Výskum sa začal 17. mája 1921.
Cieľom bolo podviazať pankreas psa, kým sa nerozpadol a nezačal produkovať extrakt z ostrovčekov. Tento extrakt by sa potom dal iným psom bez pankreasu, aby sa určili jeho účinky na cukrovku.
Pokrok bol spočiatku pomalý. Banting bojoval s operáciou zvieraťa a 7 z 10 psov zviazaných s potrubím uhynulo. Banting a Best sa museli uchýliť k nákupu potenciálne psov z čierneho trhu na ulici za pár kanadských dolárov.
27. júla konečne pripravili psa s úspešne odstráneným pankreasom a psa so zaviazanými pankreatickými vývodmi. O tri dni neskôr vedci zmrazili degenerovaný pankreas, rozomleli ho na pastu a prefiltrovali. Potom ho zahriali na izbovú teplotu a vstrekli 5 mililitrov (ml) psovi bez pankreasu.
Vedci odoberali psovi vzorky krvi každých 30 minút a zaznamenali dočasný pokles hladiny cukru v krvi z 0,2 percenta na 0,12 percenta. Pes zomrel nasledujúce ráno na infekciu, ale vedci zaznamenali prvé príznaky antidiabetického účinku z extraktu, ktorý nazvali isletín.
Zatiaľ čo mnohé z ich experimentov zlyhali, čo malo za následok smrť laboratórnych psov, Banting a tím zaznamenali dostatočné pravidelné poklesy hladiny cukru v krvi v dôsledku ich extraktu, aby si boli istí antidiabetickými vlastnosťami isletínu, ktorý by sa neskôr stal inzulínom .
Spoločnosti Banting a Best sa potom rozhodli, že namiesto postupného odbúravania pankreasu použijú na prepracovanie a vyčerpanie pankreasu hormón nazývaný sekretín, v nádeji, že to zníži toxické účinky a pritom dodá inzulín.
Postup získania sekretínu bol náročný a nepraktický, ale preukázal bezpečnejší spôsob extrakcie inzulínu z pankreasu.
Tiež čelili výzve pokúsiť sa zhromaždiť extrakt z pankreatického roztoku bez toho, aby došlo k zničeniu účinnej látky - látky, ktorá má v medicíne terapeutický účinok - v tomto prípade inzulínu.
Ďalšie kroky
Ďalšou výzvou bolo nájsť spôsob výroby buniek ostrovčekov, a teda inzulínu, v masovom meradle, aby mal nejaké využitie ako širokospektrálny liek na cukrovku.
Uvedomujúc si, že prísun psov na podviazanie pankreasu bude obmedzovať pokrok vo výskume, prešli Banting a Best k použitiu pankreasu kráv ako zdrojového materiálu.
Vedcom sa prispôsobením procesov extrakcie a koncentrovania roztoku podarilo vyrobiť látku, ktorá obsahovala väčšie množstvo účinnej látky (inzulínu). Tento extrakt potom injikovali jednému z laboratórnych psov, ktorý nemal pankreas.
Cukor v krvi psa klesol z 0,46 percenta na 0,18 percenta - čo je výrazné zlepšenie. Nákladovo efektívne a široko dostupné verili, že kravský pankreas je ich cestou vpred.
V tomto okamihu MacLeod presmeroval všetky ostatné zdroje na podporu tohto výskumu. Napätie medzi Bantingom a MacLeodom sa však stupňovalo, pretože Banting mal pocit, že MacLeod si svoju prácu berie na seba.
MacLeod bol na druhej strane frustrovaný Bantingovým prístupom a neustálym podozrením.
James Bertram Collip, etablovaný kanadský biochemik, prišiel do práce, aby pracoval na čistení inzulínu. Keď dosiahol vhodnú úroveň čistoty, otestovali to najskôr na králikoch, potom na ľuďoch.
Inzulín však neprešiel prvými klinickými skúškami.
Prvý test zahŕňal 14-ročného chlapca s ťažkou cukrovkou. Zatiaľ čo extrakt viedol k poklesu hladiny cukru v krvi z 0,44 percenta na 0,32 percenta a k malému zníženiu množstva vylúčenej glukózy, absces vyvinutý v mieste vpichu a hladina ketónov, ďalší ukazovateľ cukrovky, sa nezmenili.
Collip pracoval na ďalšom čistení extraktu a druhý klinický pokus, ktorý sa uskutočnil 23. januára 1922, zaznamenal okamžitý a hlboký úspech. Hladina cukru v krvi u toho istého 14-ročného chlapca sa do 24 hodín znížila z 0,52 percenta na 0,12 percenta a ketóny zmizli z moču. Množstvo vylúčenej glukózy kleslo zo 71,1 gramov (g) na 8,7 g.
Vedúci štúdie zopakovali tieto významné zlepšenia u ďalších šiestich pacientov počas nasledujúceho mesiaca.
Zatiaľ čo všetky tieto experimenty prebiehali, Banting hlavne pripravoval psy na experimenty a hľadal nové spôsoby, ako vyrobiť inzulín na hromadnú výrobu, a mal malú účasť na pokusoch alebo výsledných prácach.
Banting sa zúfalo snažil získať uznanie a koncom roku 1922 začal jeho hnev a sklamanie vyvolávať konflikty. V jednom okamihu Collip hrozil, že skupinu opustí bez toho, aby prešiel procesom očisty. Banting s ním údajne prišiel do rany v univerzitných halách.
Aj keď stále koluje veľa rôznych správ o tom, komu by sa mala pripísať zásluha za objavenie inzulínu, bol to práve Banting, ktorý naštartoval kolesá - napriek svojim obmedzeným skúsenostiam v odbore - a zostavil tím, ktorý vyvinul najvýznamnejší pokrok v liečbe cukrovky.
Polemika o Nobelovej cene
V roku 1923 predložil dánsky fyziológ August Kroch spoločnú nomináciu na Nobelovu cenu pre Banting a MacLeod na základe Bantingovej myšlienky a MacLeodovho vedenia.
Banting bol prvým kandidátom na Nobelovu cenu z Kanady a vďaka tomu si teraz na kanadskej 100 dolárovej bankovke vyslúžila fľašu inzulínu.
Nobelov výbor však mohol udeliť vytúženú cenu iba medzi jedným až tromi ľuďmi. Banting zúril, keď sa dozvedel o MacLeodovej nominácii, pretože bol presvedčený, že nomináciu by mala dostať skôr Best, a cenu takmer odmietol.
Zmenil však názor a namiesto toho sa o svoje kredity a prize money podelil s Bestom. Keď sa to MacLeod dozvedel, urobil to isté s Collipom.
O niekoľko rokov neskôr, dlho po Bantingovej smrti pri leteckej katastrofe v roku 1941, oficiálna história Nobelovej ceny verejne uznala Bestov príspevok k vývoju inzulínu.
Zhrnutie
Tím ľudí objavil inzulín.
Frederick G. Banting prišiel so spôsobom, ako extrahovať pankreatický extrakt v roku 1921; Na tento proces dohliadal John MacLeod, vedúci fyziológie na Torontskej univerzite; Charles Best, Bantingov asistent, pomohol proces zdokonaliť a biochemik James Collip pomohol ešte viac vyčistiť inzulín, aby bol klinicky užitočný.
