انسولین اهمیت تحقیقات پایه اما غیر مرتبط با پزشکی را در توسعه درمان های پزشکی نشان می دهد

نویسنده : James P. Brody

22ژوئیه 2021 - دیابت قبل از کشف انسولین در 27 ژوئیه سال 1921 بیماری مهلکی بود. یک قرن پیش، افرادی که به این اختلال متابولیک مبتلا بودند معمولاً فقط چند سال زنده می ماندند. پزشکان راهی برای کنترل قند خون بالا و بسیار خطرناک در بیماران دیابتی، که به دلیل کمبود هورمون انسولین ایجاد می شد، نداشتند. اما امروز به لطف کشف انسولین، بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 و بسیاری از بیماران مبتلا به دیابت نوع 2 یک زندگی عادی را می گذرانند.

دستیابی به این موفقیت پزشکی بزرگ معمولاً به فردریک بانتینگ، نسبت داده می شود که در جستجوی درمان دیابت بود. اما رسیدن به یک روش درمانی قابل اعتماد برای دیابت به تحقیقات دو دانشمند دیگر، به نامهای اسکار مینکوفسکی و سورن سورنسن بستگی داشت، که قبلاً در مورد موضوعات ظاهراً بی ربط با دیابت تحقیق کرده بودند.

من یک مهندس زیست پزشکی هستم و دوره ای را در مورد تاریخچه ی درمان دیابت تدریس می کنم. من با دانشجویانم بر اهمیت تحقیقات پایه اما غیرمرتبط در توسعه درمان های پزشکی تأکید می کنم. داستان انسولین این نکته را به تصویر می کشد که نوآوری های پزشکی بر اساس بنیادی از علوم پایه بنا شده اند همین موضوع مهندسان ماهر را ملزم به انجام تحقیقات آزمایشگاهی برای دستیابی به درمانهایی برای افراد نیازمند می کند.

در تحقیقات اولیه به پانکراس اشاره شده بود

دیابت از دوران باستان شناخته شده بود. اولین علائم اغلب تشنگی شدید و دفع ادرار مکرر بود. طی چند هفته بیمار لاغر می شد. در طی چند ماه، بیمار وارد کما می شد و سپس جان خود را از دست می داد. برای قرن ها، هیچ کس در مورد علت دیابت هیچ سرنخی نداشت.

مردم از قرن ها پیش از وجود پانکراس آگاه بودند. آناتومیست یونانی هروفیلوس، اولین بار پانکراس را در حدود 300 سال قبل از میلاد توصیف کرد. بر اساس موقعیت آناتومیکی آن، دانشمندان قدیم به نقش پانکراس در سیستم گوارش مشکوک بودند. اما هیچ کس نمی دانست که لوزالمعده عضوی ضروری مانند معده است یا عضوی فرعی مانند آپاندیس است.

در سال 1889، اسکار مینکوفسکی، یک آسیب شناس در دانشگاه استراسبورگ، در آن زمان آلمان، یکی از با استعدادترین جراحان زمان خود، به عنوان بخشی از مطالعه اش، یک عمل جراحی انجام داد که تصور می شد غیرممکن است: زنده نگه داشتن یک حیوان پس از برداشتن کامل پانکراس.

سگی که وی تحت عمل جراحی خارج کردن پانکراس قرار داد از جراحی جان سالم به در برد، اما در کمال تعجب مینکوفسکی، همه علائم دیابت را در حیوان مشاهده کرد. مینکوفسکی کشف کرده بود که برداشتن پانکراس باعث دیابت می شود. امروزه، این به عنوان مدل حیوانی بیماری شناخته شده است. هنگامی که مدل حیوانی یک بیماری مشخص و تعریف می شود، محققان می توانند درمان های مختلفی را بر روی این حیوان آزمایش کنند به این امید که بتوانند درمانی را پیدا کنند که سپس برای انسان موثر باشد.

او این سوال را مطرح کرد که آیا می توان پانکراس را قطعه قطعه کرده و به یک حیوان دیابتی پیوند زد تا علائم دیابت را در حیوان بهبود یا کاهش داد؟ پاسخ این سوال منفی بود این روش موثر واقع نشد. مشکلی که امروزه علت آن درک شده است، از آنجاییکه پانکراس دو عملکرد دارد: تولید آنزیم برای دستگاه گوارش و تولید انسولین، در حقیقت هنگامیکه مینکوفسکی پانکراس یک حیوان سالم را قطعه قطعه کرده و به بدن حیوان دیابتی پیوند می زد، آنزیم های گوارشی موجود در پانکراس قطعه قطعه شده، انسولین را از بین برده بودند.

جداسازی انسولین

در سال 1920 ، دکتر فرد بانتینگ در شهر کوچک لندن در انتاریو، ایده ای داشت. او فکر می کرد که می تواند مجاری بین لوزالمعده و دستگاه گوارش را در یک حیوان با جراحی ببندد. بنظر او پس از چند هفته انتظار بخشی از لوزالمعده که آنزیمهای گوارشی تولید می کند، خراب می شود، سپس می تواند پانکراس را به طور کامل از بدن حیوان خارج کند. به نظر وی، این لوزالمعده ی پوسیده اکنون تنها حاوی انسولین است، و دیگر دارای آنزیم های مخرب نیست.

در 27 ژوئیه 1921 ، وی این آزمایش را در آزمایشگاه پرفسورJ.J.R. Macleod در دانشگاه تورنتو با همکاری یک دانشجوی کانادایی به نام Charles Bestانجام داد. آنها عصاره ای از لوزالمعده ی آتروفی شده ی یک سگ تهیه کردند. سپس عصاره ی استخراج شده از لوزالمعده ی این سگ را به سگ دیگری که با خارج کردن پانکراس از بدنش، دیابتی شده بود، تزریق کردند. با این کار علائم دیابت در حیوان دوم از بین رفت.

اگرچه آزمایش بانتینگ موفقیت آمیز بود، اما روش تصفیه انسولین غیر عملی بود. جی جی آرMacleod  ، وظیفه ی ابداع یک روش عملی برای تصفیه انسولین از لوزالمعده را به جیمز كلیپ بیوشیمیست داد.

دکتر Collip، روشی مبتنی بر تصفیه ی الکلی را اجرا کرد. این مفهوم ساده بود: او لوزالمعده ی تازه ی خوک را که به راحتی از فروشگاه های قصابی در دسترس بود له می کرد و با محلولی از الکل و آب مخلوط می کرد. سپس او به آرامی درصد الکل را در محلول افزایش داد. وی دریافت که انسولین تا زمانی که به غلظت بحرانی الکل نرسد، در محلول باقی می ماند و سپس ناگهان از محلول خارج می شود و دیگر در مایع حل نمی شود. با جمع آوری آن رسوب جامد در ته یک فلاسک، او یک فرم انسولین خالص بدست آورد.

استخراج انسولین توسط کولیپ باعث شد بانتینگ و دیگران در بیمارستان دانشگاه تورنتو معالجه بیماران را آغاز کنند. اولین تزریقات در ژانویه 1922 انجام شد. در عرض چند هفته، نتایج معجزه آسا بود. این تزریق انسولین به ده ها بیمار که نزدیک به مرگ بودند، کمک کرد تا فعالیت های طبیعی خود را بازیابند. بدین ترتیب تقاضا برای انسولین افزایش یافت.

اما فاجعه زمانی رخ داد که Collipنتوانست مقادیر بیشتری انسولین را تصفیه کند. او متحیر مانده بود که چرا، با همان دستورالعمل قبلی، قادر به جمع آوری انسولین بیشتری نیست؟ بهمین دلیل Macleodبرای کمک به شرکت الی لیلی که یک شرکت تجاری تولید کننده ی کپسول های دارویی در ایندیانا بود، مراجعه کرد.

در کمپانی الی لیلی، مشکل تصفیه ی انسولین به دست جورج والدن، شیمی دان 27 ساله داده شد. والدن تدبیری اندیشید که سورن سورنسن، شیمیدان دانمارکی، دوازده سال قبل از آن استفاده کرده بود.

سورنسن در اوایل دهه 1900 ، مدیر آزمایشگاه کارلسبرگ بود که توسط شرکت آبجو سازی برای پیشرفت علم تولید آبجو راه اندازی شده بود. وی مفهوم pHرا راهی برای تعیین کمیت اسیدیته یک محلول معرفی کرد. pHبالاتر در طی مراحل آبجوسازی سبب ایجاد طعم تلخ تر در آبجو می شد.

هنگامی که والدن، pHمحلول پانکراس را اندازه گیری کرد، متوجه شد که اسیدیته برای حل شدن انسولین بسیار مهمتر از غلظت الکل است. او یک روش تصفیه مانند روش Collipرا راه اندازی کرد، اما بیشتر از غلظت الکل بر اساس pHعمل کرد. عدم موفقیت Collip، در افزایش مقادیر بیشتری انسولین احتمالاً به این دلیل بود که وی از کنترل دقیق pHمحلول غافل شده بود. این بینش باعث تولید انبوه انسولین شد.

غلبه بر یک بیماری انسانی

در ماه مه سال 1924، دیابت دیگر یک بیماری کشنده نبود. پزشک جوزف کالینز، در نیویورک تایمز این موفقیت را اینگونه توصیف کرد: یک به یک بر دشمنان سر سخت انسان، بیماریهایی که به دنبال نابودی ما هستند، توسط علم غلبه می کنیم. دیابت، یکی از مخوف ترین این بیماریها، آخرین مورد تسلیم شده است."

امروزه دشمنان سرسخت انسان شامل سرطان، بیماری آلزایمر و اسکیزوفرنی هستند. درمان های مربوط به هر کدام احتمالاً از پیشرفتهای حاصل از تحقیقات پایه حاصل خواهد شد.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2021-07-insulin-importance-unrelated-basic-medical.html