Educatie - Insuline

Insuline is een eiwit dat wordt gebruikt bij de behandeling van diabetes. Het eiwit wordt door zoogdieren aangemaakt in de pancreas, ook wel de alvleesklier genoemd. Deze pancreascellen die insuline maken worden ook wel de eilandjes van Langerhans genoemd, naar de onderzoeker Paul Langerhans die het weefsel in 1869 ontdekte.[1] Op dat moment wist Langerhans nog niet wat de functie van de cellen was. Later suggereerde Edouard Laguesse dat ze afscheidingsproducten maken die een regulerende rol in de vertering spelen.

Link tussen pancreas en diabetes
Oscar Minkowski en Joseph von Mering wilden in 1889 de regulerende rol van de pancreas in de vertering testen door de pancreas uit een gezonde hond te verwijderen. Een aantal dagen na deze verwijdering viel op dat een zwerm vliegen op de urine van de hond afkwam om zich te voeden, waardoor voor het eerst een link werd gelegd tussen de pancreas en diabetes. Eugene Opie zette de volgende grote stap in het pancreas-functie onderzoek toen hij de link legde tussen de eilandjes van Langerhans en diabetes: Diabetes mellitus… is caused by destruction of the islets of Langerhans and occurs only when these bodies are in part or wholly destroyed.[1]

Isolatie insuline
In de hieropvolgende jaren probeerden verschillende mensen het product van de eilandjes te isoleren. In 1911 liet E.L. Scott zien dat de toediening van pancreassappen leidde tot een lichte vermindering van glucose in de urine. De eerste die insuline isoleerde was Nicolae Paulescu. Hoewel hij het in zijn publicatie in 1921 nog pancreïn noemde.
Frederick Banting concludeerde al in oktober 1920 uit Minkowski’s publicaties dat de bestudeerde verteringsafscheidingen zorgden voor de afbraak van de afscheidingsproducten van de eilandjes. Hierdoor zou het onmogelijk zijn om de stof succesvol te extraheren. Banting kreeg van J.J.R. Macleod de kans om samen met de medische student Charles Best in Toronto 10 honden te onderzoeken. Banting en Best bonden de pancreas van de honden af, zodat de verteringscellen in de pancreas dood gingen en alleen de eilandjes overbleven. Vanuit deze eilandjes isoleerden ze vervolgens een extract , waardoor ze isletin, tegenwoordig insuline, overhielden. Als de honden vervolgens dit extract kregen, bleek dat een hond zonder pancreas een hele zomer lang in leven gehouden kon worden met het extract. Dit kwam doordat het extract de bloedsuikerspiegel verlaagde.
Op aandringen van Macleod werd het onderzoek nogmaals uitgevoerd. Ook deze keer werkte de methode en  deze resultaten werden in november 1921 gepubliceerd. De gebruikte methode nam echter 6 weken in beslag. Daarom stelde Banting voor om foetale kalfspancreas te gebruiken, waar nog geen verteringsklieren in ontwikkeld zijn. Ook dit werkte. Om dit extract te zuiveren hielp in december 1921 James Collip mee en binnen een maand konden klinische testen met het gezuiverde extract worden uitgevoerd.

Gebruik bij diabeticus
Tot dat moment was diabetes nog een onbehandelbare en dodelijke ziekte. Zoals voor de 14-jarige jongen Leonard Thompson, die in 1922 als eerste een insuline injectie kreeg. Doordat het extract nog niet zuiver genoeg was ontwikkelde Thompson echter een allergische reactie. Na 12 dagen had Collip de zuivering verbeterd en de tweede injectie vertoonde dan ook geen duidelijke bijwerkingen. Bovendien verdween glucose uit de urine door de injectie en was de ‘behandeling’ succesvol. Vlak hierna verliet Collip het project, omdat Banting en Best het niet goed met hem konden vinden.

In 1922 lukte het Best om grotere hoeveelheden insuline te produceren, maar de onzuivere bereiding bleef een probleem. In april werd een hulpaanbod van het farmaceutische bedrijf Eli Lilly and Company aangenomen. Lilly was in november in staat om grote hoeveelheden zuiverdere insuline te produceren. Kort daarna werd het te koop aangeboden. In Nederland besloten de Amsterdamse hoogleraar farmacologie Ernst Laquer en de eigenaar van de slachterij in Oss, Saal van Zwanenberg, in 1923 om Organon op te richten om onder meer insuline te gaan zuiveren.

Nobel Prijzen
In 1923 ontvingen Frederick Banting en J.J.R. Macleod de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde voor de ontdekking van insuline. Banting vond het niet eerlijk dat Best hier geen deel van uitmaakte en deelde daarom zijn prijs met Best. Macleod deelde direct hierop zijn prijs met Collip. Een tweede Nobelprijs op het gebied van insuline werd in 1958 uitgedeeld aan Frederick Sanger, die het in 1955 presteerde om de gehele primaire structuur, de aminozuurvolgorde, van insuline te ontrafelen. Dit was de eerste keer dat een eiwitvolgorde bepaald werd en hij kreeg hiervoor de Nobelprijs voor de Scheikunde. In 1969 werd de tertiaire, driedimensionale, structuur van insuline bepaald door Dorothy Hodgkin.

Recombinante DNA technologie
De pogingen om de zuiverheid van de insuline te verhogen bleven van 1921 tot 1980 doorgaan.[2] De zuivering werd verbeterd door het optimaliseren van proces condities en extractie. Er werden ook chromatografische technieken gebruikt om de hoeveelheid onzuiverheden eruit te halen. De ontdekking van de recombinante DNA (rDNA) technologie verhielp de problemen met beperkte productiebronnen en zorgde voor de productie van ongelimiteerde hoeveelheden insuline. De insulinefabrikanten zijn nu door de combinatie van rDNA technologie en verbeterde zuiveringsmethoden in staat om een zuiverheidgraad van >98% te krijgen. Met de rDNA technologie is men in staat om insuline analogen te maken die een verbeterde farmacologie hebben t.o.v. de eerder gebruikte producten.

Lees verder…

1. Wikipedia engels, Insulin. weblocatie: en.wikipedia.org/wiki/Insulin
2. Crommelin DJA, Sindelar RD, Meibohm B. Pharmaceutical Biotechnology. 3rd edition, New York: Informa healthcare, 2007.

Eerste figuur gemaakt met Yasara en PDB-file 2hiu (www.rcsb.org)
Tweede figuur van: www.chemsoc.org/timeline/pages/1966.html
©2007-LH/DB/EEM