Sto let s inzulinem

Psí život

V roce 1921 již bylo známo, že diabetes mellitus je onemocněním pankreatu. V klinické praxi byl stále onemocněním s infaustní prognózou a jedinou možností byla nutriční terapie spočívající ve velmi restriktivní dietě. Banting, Best a Macleod provedli na Torontské univerzitě sérii in vivo experimentů, při nichž se jim podařilo připravit extrakt ze psích pankreatů a jeho reinjekcí ovlivnit glykémii i glykosurii pokusných zvířat s odňatou slinivkou. K pokročilejšímu přečišťování extraktu si na podzim 1921 přizvali biochemika Jamese Collipa.

V tomto počínajícím zlatém věku experimentální farmakologie se s nadějnými objevy neotálelo. V lednu 1922 byl extrakt podán prvními nemocnému – 14letému chlapci v terminálním stadiu diabetu, jenž v tu dobu vážil asi 30 kg. Tento pacient, Leonard Thompson, se nakonec dožil 27 let a zemřel na pneumonii.

Mezitím torontskou laboratoř zaplavily zoufalé žádosti pacientů i lékařů o dodávky léku. Bylo načase začít se zabývat zvyšováním produkce, a tak vědci navázali spolupráci s farmaceutickou společností. Technologové firmy vylepšili extrakční techniky a začalo se s výrobou z pankreatu prasat.

Objev se záhy dostal z Kanady do Evropy, a to díky dánskému nobelistovi Augustu Kroghovi a jeho manželce − lékařce, vědkyni a diabetičce Marii, která jej přesvědčila, aby torontský tým na podzim roku 1922 navštívili. Z návštěvy odjížděli s licencí k výrobě a první pacient dostal kodaňský inzulin v březnu 1923.

Postupné vylepšování inzulinu

Po celou dobu, kdy se používaly inzuliny animálního původu, tedy až do 80. let 20. století, se vědci a farmaceutičtí technologové zabývali zdokonalováním purifikace přípravků. Vepřové a hovězí inzuliny zachránily mnoho životů, ale vyvolávaly alergické reakce. Rostla také jejich spotřeba nad možnosti jatečního průmyslu. Pro představu: k výrobě asi 0,5 kg inzulinu bylo potřeba 23 500 zvířecích pankreatů.

Ani farmakokinetika přípravků nebyla ideální. Všechny prvotní inzuliny sice byly krátkodobě působící, oproti endogennímu inzulinu ovšem byly zpožděné v nástupu účinku a jejich aktivita přetrvávala relativně dlouho. Inzulin totiž po subkutánním podání vytváří shluky, hexamery, které se musejí postupně rozpadnout, aby se vlastní monomerní inzulin absorboval do krevního oběhu. Druhým uvažovaným směrem vývoje pak bylo další prodloužení účinku, které by se dalo využít k zajištění substituce bazální sekrece hormonu.

Přínos pstruha potočního

S prvním vylepšením inzulinu přišel hned ve 30. letech dánský diabetolog Hans Christian Hagedorn. Smísením inzulinu se zinečnatými kationty a protaminem (bílkovinou z mlíčí pstruha) vytvořil suspenzi se středně dlouhou délkou účinku (24–36 hod). Varianta toho přípravku vyvinutá ve 40. letech – neutral protamin Hagedorn neboli inzulin NPH – je k dispozici dodnes. V 50. letech pak byly připraveny první ultralente přípravky, tedy inzuliny dlouhodobě působící bez výrazného vrcholu aktivity. Jednalo se o směsi inzulinu se zinečnatými kationty bez protaminu. Všechny suspenzní přípravky však trpěly vysokou intraindividuální variabilitou vstřebávání a většina z nich se navíc musela podávat více než 1× denně.

Živné médium místo ustájení

Snížení alergenního potenciálu a úspěšnější modifikace farmakokinetiky inzulinu se dostavily až s příchodem rekombinantní technologie. V 70. letech se do genomu E. coli podařilo vložit příslušný lidský gen pro produkci řetězce A a B, chemickou reakcí spojit oba řetězce a výsledný produkt přečistit od zbytků látek bakteriálního původu. První rekombinantní humánní inzuliny se k pacientům dostaly v průběhu 80. a 90. let.

Lysin za prolin, asparagin za glycin

Díky pokroku molekulární biologie a genetického inženýrství bylo možné začít vlastní molekulu humánního inzulinu také pozměňovat. V 90. letech vznikla první inzulinová analoga. Úpravou primární struktury je možné při zachování účinnosti významně zrychlit i zpomalit vstřebávání. Záměna několika málo aminokyselin dovede ovlivnit tvorbu a rozpad hexamerů, měnit rozpustnost v závislosti na pH nebo zvýšit vazbu na plazmatický albumin. Pokroky se objevují i u pomocných látek, které mohou zlepšit absorpci inzulinu. Nejnovější přípravek z řady inzulinových analog přišel na trh v roce 2017. Výzkum a vývoj nových analog, jejichž kinetika bude ještě bližší endogennímu inzulinu, stále pokračuje.

Vpich, nebo vdech?

Touha ulevit diabetikům od injekční aplikace inzulinu vedla k několika pokusům o inhalační podání, jehož použití má nejrychlejší nástup i odeznění účinku. První inhalační inzulin uvedený na trh v roce 2006 nebyl klinickou komunitou nikdy úplně přijat i kvůli pochybnostem o jeho bezpečnosti a pneumotoxicitě. Jeho následovník byl uveden 2014 pouze na americký trh. Kašel se po jeho inhalaci objevuje asi u 30 % pacientů a podle studií do několika týdnů zeslabí nebo vymizí. Obávané zvýšení rizika plicních nádorů by měla minimalizovat technologická úprava částic, které tvoří prášek k inhalaci a z plicní tkáně jsou rychle odstraňovány. V současnosti výrobce provádí klinická hodnocení inhalačního inzulinu v pediatrické populaci diabetiků od 4 let.

Elektronika na vzestupu

Zatím nejspolehlivěji redukuje počet nutných vpichů používání inzulinové pumpy. Vývoj těchto zařízení pro kontinuální infuzi do podkoží započal v 60. letech. Zpočátku velké přístroje vhodné pouze pro nemocniční péči se postupně zmenšovaly do podoby nositelných zařízení, jež se v západních zemích rozšířila v 80. letech. Inzulinové pumpy jsou dnes velmi nenápadné. Lze je individuálně programovat dle denního režimu pacienta, mohou být propojeny se senzorem glykémie a dávkovat inzulin dle aktuální potřeby, vést záznamy a propojovat se s počítačovými a mobilními aplikacemi. V budoucnu můžeme očekávat zlepšení algoritmů, které řídí funkci automatizovaných pump se senzorem glykémie. Spekuluje se také o implantátech nebo zařízeních, jež kromě inzulinu dokáží podat také glukagon. Monitorování různých tělesných funkcí pomocí wearables si oblíbili i zdraví lidé, a tak se vývoj v této oblasti elektroniky jistě odrazí rovněž u dalších generací inzulinových pump.

Nejvyšší ocenění

Význační fyziologové, anatomové a chemici nominovali Bantinga a Macleoda na Nobelovu cenu v roce 1923 a hned v tomto roce byla kanadským vědcům udělena. V průběhu 20. století pak byly uděleny další tři Nobelovy ceny za objevy spojené s výzkumem inzulinu.

Délka a kvalita života diabetiků se ve 20. století dramaticky proměnila k lepšímu. Přestože se objevu takového významu, jaký přinesl rok 1921, už asi nedočkáme, stále je v léčbě diabetu mellitu velký prostor pro inovace ke zkvalitnění a usnadnění života nemocných po celém světě.

(jam)

Zdroje:
1. Linsten J. Schack August Steenberg Krogh – a versatile genius. NobelPrize.org, 2001. Dostupné na: www.nobelprize.org/prizes/medicine/1920/krogh/article
2. Sims E. K., Carr A. L. J., Oram R. A. et al. 100 years of insulin: celebrating the past, present and future of diabetes therapy. Nat Med 2021; 27: 1154–1164, doi: 10.1038/s41591-021-01418-2.
3. Rydén L., Lindsten J. The history of the Nobel prize for the discovery of insulin. Diabetes Res Clin Pract 2021; 175: 108819, doi: 10.1016/j.diabres.2021.108819.
4. MannKind announces first patient enrolled in Inhale-1 study of Afrezza^® in pediatric population. 2021. Dostupné na: https://investors.mannkindcorp.com/news-releases/news-release-details/mannkind-announces-first-patient-enrolled-inhale-1-study