az Egészségügyi Világszervezet (WHO) az inzulint “alapvető gyógyszerként” sorolta fel; olyan alapvető gyógyszer, amely “kielégíti a lakosság elsődleges egészségügyi szükségleteit”. Ez egyértelműen jelzi az inzulin jelentőségét az emberi betegségek kezelésében. A diabéteszes betegek számának növekedésével világszerte új módszereket folytatnak a hatékonyabb inzulin termelés és alkalmazás érdekében. Az inzulin gyógyszertervezés, a bioszintézis és a szállítás javítására szolgáló technikák továbbra is forró témák a gyógyszerkémia, a farmakológia és a gyógyszerészet területén. Ez a szerkesztőség foglalkozik a népszerű és érdekes téma a közelmúltban elért és jövőbeli perspektívák az inzulin termelés és a terápia. Értékes erőforrást kell nyújtania a kutatók és a klinikusok számára a cukorbetegség és az inzulinterápia területén.
inzulin története, jelentősége & alapszerkezet
a Zion piackutatása azt jósolta, hogy az inzulin piaca eléri a 43 dollárt.6 milliárd USD 2021-ben . A szénhidrát – és zsíranyagcserét elsősorban az inzulin szabályozza, így az inzulin fontos és nélkülözhetetlen gyógyszer. Az inzulint 1921-ben Banting és Best polipeptidhormonként fedezték fel a hasnyálmirigyben található Langerhans-szigetek . Az inzulint a hasnyálmirigy béta-sejtjei szintetizálják három a, B és C peptid egyetlen láncaként; pre-proinsulin néven ismert . A Pre-proinsulin hasad, és a polipeptid transzlokálódik az emberi endoplazmatikus retikulumba, amely proinsulint képez. Az érett inzulinná történő átalakulást a PC1/PC3 és PC2 prohormon-konvertázok néven ismert proteolitikus enzimek érik el, amelyek két pozícióban hasadnak, hogy felszabadítsák a központi C-peptidet . Az így kapott Érett inzulin 51 aminosavból (30 aminosav B lánc és 21 aminosav a lánc) áll, amelyeket két interchain diszulfid kötés köt össze, hogy monomert képezzenek . Ezenkívül az A-lánc egy láncon belüli diszulfidkötést tartalmaz. A C-terminális aminosav hasítása mindkét láncból, valamint a két láncközi diszulfidkötés megszünteti az érett inzulin aktivitását.
az inzulin mutánsok előrehaladása: szerkezet & funkciókapcsolat
az inzulinszekréció a testben étkezés után 1 órával tetőzik, majd egészséges egyénekben a következő 2 órán belül csökken . Ezzel szemben a diabéteszes betegeknek az inzulinnak meghatározott csúcsidőre, hatáskezdetre és hatástartamra van szükségük a 24 órás inzulinprofil eléréséhez és az éjszakai hypoglykaemia elkerüléséhez; így több inzulinkészítményre van szükség . Az inzulin beadása után a molekula hexamert képez, amelyet egyetlen cinkion tart össze . A hexamerek dimerekké és monomerekké disszociálnak, amelyek diffundálnak és áthatolnak a kapilláris falakon, hogy elérjék a véráramot. A disszociáció sebességét különböző készítményekben manipulálják. A gyors hatású inzulinkészítményeket rekombináns DNS technológiával állítják elő az inzulinmolekula egy vagy két aminosavmaradékának váltásával. Az aminosav-módosítás nem változtatja meg a receptorkötődést, de gátolja az inzulin dimerek és hexamerek képződését . A gyors felszívódás érdekében nagyobb mennyiségű inzulin monomer áll rendelkezésre. A jelenlegi piaci példák közé tartozik a Lispro és az Aspart. Lispros analógjának ProB28 és LysB29 maradékai vannak a B-lánc C-terminális végén, LysB28 és ProB29-re fordítva . Az aszpart inzulin prolinja a B-lánc 28 .helyén van, amelyet aszparaginsav helyettesít. Az aszpart módosítása növeli a töltés taszítását, hogy megakadályozza a hexamerek képződését, gyorsabb hatású inzulint hozva létre. Az intermedier analógok, az NPH (semleges – protamin – Haledon) és a LENTE, a hatás kezdete közel 1-2 óra, a Csúcshatás 6-10 óra és az aktivitás időtartama 10-16 óra . Az NPH abszorpciós sebessége csökken a protamin, egy kis argininben gazdag nukleáris fehérje hozzáadása miatt, amely lelassítja az inzulin hatásának kialakulását és növeli az időtartamát. A LENTE ugyanezt éri el cink hozzáadásával a készítményéhez.
előrehaladás a rekombináns inzulintermelésben
a rekombináns humán inzulintermelést elsősorban E. coli vagy Saccharomyces cerevisiae expressziós rendszerekben állítják elő . Alapvetően, E. a nagyüzemi rekombináns inzulintermelésnél a coli volt az előnyben részesített expressziós rendszer, magas hozama és költséghatékonysága miatt . A Genetech előállítási módszere kémiailag szintetizált cDNS-kódolást használt az A és B inzulin láncokhoz külön-külön . Így a két láncot megtisztítottuk és előnyös körülmények között együtt inkubáltuk, hogy felgyorsítsuk az intakt diszulfidkötés képződésének növekedését . Alternatív megoldásként Eli Lilly egyetlen kémiailag szintetizált cDNS kódolást használt a humán proinzulinhoz, majd ezt követően megtisztította és kivágta a C-peptidet, így aktív inzulinkészítményt kapott . S. a cerevisiae expressziós rendszerek mesterséges inzulin konstrukciókat tartalmaznak natív A és B láncokkal, amelyekben hiányzik a C-terminális B30 treonin, fuzionálva vagy összekapcsolva egy kis szintetikus C-peptiddel . A konstrukciót az S. cerevisiae alfa faktor jelszekvenciájával fuzionált cDNS-szekvencia készíti a proinzulin expressziójához . Ezt a proinsulin terméket tripszin által közvetített transzpeptidációs reakcióval treonin-észter jelenlétében megtisztítják és aktív inzulinná alakítják . A transzgenikus növényeket expressziós rendszerként használják költséghatékonyságuk, magas színvonalú fehérjefeldolgozásuk, emberi kórokozók hiánya és eukarióta gépek jelenléte miatt a transzláció utáni módosításokhoz . A rekombináns humán inzulint növényi Arabidopsis thaliana-ban állították elő olajtesteken keresztül . Az olajos testek az olajos magvak belsejében helyezkednek el, amelyek egy hidrofób triacil-glicerin magból állnak, amelyet egy foszfolipid membrán és egy oleozinként ismert fehérjék külső fala tartalmaz . Az olajos magokat genetikailag módosítják a rekombináns fehérjével, amely oleozin fúzióként célozza meg az olajtesteket . A további feldolgozás magában foglalja az olajtestek folyadék–folyadék fázis szétválasztásával történő elválasztását az inzulin tisztításának kromatográfiás lépéseinek csökkentése érdekében . Ezt követően az olajtestet megtisztítják, majd rekombináns inzulint hasítanak az oleozin fúziós partnerből, és tripszin emésztéssel érlelik, így aktív inzulinkészítmény keletkezik. Egy alternatív megközelítés magában foglalja a dohány és saláta kloroplasztok átalakítását humán proinzulinnal, amely a, B és C láncokból áll, a kolera toxin B alegységgel összeolvadva . A termelés a saláta levelekben a proinzulin akár 47% – át is eredményezheti, míg a dohánylevelekből származó proinzulint 98% – os tisztasággal extrahálták . A transzgenikus növényekben expresszált biológiailag aktív proinzulin magas szintje alacsony költséggel biztosítja az injektálható és orális proinzulin szállítását .
Advance in inzulin application
az inzulint elsősorban subcutan, injekciós üvegben és fecskendőben kell beadni . Azonban az injekciós üveg vagy fecskendő használatának korlátozásai miatt az inzulin tollak fejlődése emelkedni kezdett. Az inzulin tollak újrafelhasználhatók, növelik a betegek megfelelőségét és pontosabbak . A fejlett inzulin tollak intelligens technológiát tartalmaznak, amely a beépített számológépeken keresztül nyomon követi a beteg utolsó 16 adagját . Az injektálható inzulinnak még mindig vannak hátrányai, ami arra készteti a kutatókat, hogy új megközelítéseket alkalmazzanak az inzulin szállítására. Az inhalációs inzulin termékeket az FDA jelenleg felülvizsgálja jóváhagyás céljából, mivel a tüdőútvonalak előnyöket kínálnak. Az inhalált humán inzulin rDNS eredetű, és a technoszféra gyógyszeradagolását használja a tüdőbe jutáshoz . Ennek a pulmonalis inzulinadagolásnak a részletei tartalmazzák a lélegzetet aktiváló inhalátorokat, amelyek előre adagolt egységnyi inzulint tartalmaznak. Amint ez találkozik az alveoláris hám semleges pH-jával, folyékony formába oszlik. Az itt látható előny a gasztrointesztinális peptidázok hiánya, amelyek lebontják az inzulint a GI traktusban, ezt követően megkerülve az first-pass anyagcsere rendszert . Az inzulin transzdermális beadása egy újabb megközelítés, ahol iontoforézis, sonophereis vagy phonophereis technikákat alkalmaznak . Az inzulinadagolással ellentétben az őssejtterápiát az inzulinrezisztencia visszafordításának lehetőségeként kutatják. Az őssejtek képesek differenciálódni inzulintermelő sejtekké (IPC-k), javítani a hasnyálmirigy regenerálódását és javítani az inzulinrezisztenciát – alternatívát kínálva a szigetsejt-transzplantációval szemben . Pontosabban, a mesenchymalis őssejtek (MSC-k) hírnevet szereztek a hasnyálmirigy-szigetecske-sejtek regenerálódásának képessége miatt, megvédik őket az apoptózistól és javítják a perifériás szövetek inzulinrezisztenciáját azáltal, hogy optimális környezetet teremtenek a parakrin faktorok szekréciójával . Molekulárisan az MSC-k IPC-kké differenciálódnak olyan kulcsfontosságú transzkripciós faktorok átprogramozásával, mint a hasnyálmirigy endokrin részében található PDX-1, Ngn-3, NeuroD1, Pax4 és Pax6 . Számos kísérletet végeztek az MSC-k alkalmazásának hatékonyságának bizonyítására, Moriscot et al. elsőként indukálja az emberi csontvelő MSC-k (BM-MSC) differenciálódását IPC-kké . Az összehasonlító vizsgálatok sikeresen differenciálták Wharton zselés eredetű MSC-jét (WJ-MSC) Érett sejtes fenotípusokká . Az MSC-k képesek elősegíteni az endogén hasnyálmirigy-szigetecske-sejtek regenerálódását a parakrin és autokrin aktivitású citokinek és növekedési faktorok szekrécióján keresztül . Lee et al. a megfigyelt MSC-k a sztreptozocin (STZ) által indukált diabéteszes egerek szigete felé vándorolnak, ahol az MSC-k felgyorsítják a szövetek helyreállítását azáltal, hogy lehetővé teszik az endogén sejtek szaporodását és normális funkciójuk visszanyerését . Ezek az alternatív inzulinalkalmazások új inzulinkészítményeket eredményeztek a piacon.
az inzulin szabadalmak legújabb fejleményei & jövő
számos új módszert szabadalmaztattak az inzulin szállításának fokozására. Mivel az orális inzulinadagolás enzimatikus lebomlásnak van kitéve, a tudósok Nanorészecske-alapú megközelítéseket vizsgáltak. Ez a megközelítés javítja a biohasznosulást azáltal, hogy megvédi az inzulint a gyomor-bélrendszeri betegségektől, és fokozza az enzim permeabilitását. Ez a nanorészecskék sejtfelvételével vagy paracelluláris transzportdal történik a szoros csomópontokon keresztül. A jelenlegi Nanorészecske-szabadalom egyik példája egy anionos természetes polimer, közepes láncú zsírsavakkal, amelyek a bél sejtfalán keresztül abszorbeálódnak. A polimer blokkolja az inzulin felszabadulását a gyomorba, hogy megakadályozza az enzim lebomlását, és képes szűk csomópontokat nyitni, hogy fokozza az inzulin felszívódását paracellulárisan .
a nanorészecskék inzulinadagolási módszerként történő felhasználása mellett más rendszereket is szabadalmaztattak, például a biorezpenzív inzulinadagoló rendszert. Ez a rendszer egy mesterséges béta-sejtet tartalmaz glükózérzékeny hidrogél membránnal az inzulin visszacsatolás-vezérelt leadásához. Ez a membrán csapdába ejti a glükóz-oxidáz enzimeket egy hidrogél polimerben, csökkenti a membrán pH-ját és növeli a hidrogél membrán inzulinpermeabilitását. Így a rendszer arra törekszik, hogy felgyorsítsa az inzulin felszabadulását a glükózszint növekedésével .
újabban a kutatók felfedezték a liposzómák, a bilioszómák és a proliposzómák használatát az inzulin szállításához. Ezek úgy működnek, hogy az inzulint a megfelelő foszfolipid/koleszterin arány alkalmazásával kapszulázzák, hogy megakadályozzák az inzulin szivárgását a liposzóma magból és az enzimek általi lebomlást. A biloszómák epesókat tartalmaznak a liposzómákba, hogy stabilizálják a biloszómát az epesó lebomlása ellen a GI traktusban, és fokozzák a membrán folyékonyságát. A proliposzómákat film diszperziós fagyasztva szárítással állítják elő, hogy szárított és szabad áramlású részecskéket képezzenek. Ezek a módszerek magukban foglalják a liposzómák alkalmazását az inzulin gastrointestinalis felszívódásának és orális biohasznosulásának fokozására .
bár ez csak néhány példa az inzulinadagolási szabadalmak közelmúltbeli fejlődésére, sok más termék létezik. Néhány további példa az inzulin beépítése a víz az olajban emulzió nagynyomású homogenizálással az inzulin védelme érdekében a gyomor lebomlása ellen, az inzulin kapszulázása egy kis lágy zselatin kapszulába, poliakril polimerrel történő bevonás az enzimatikus lebontás ellen, és még sok más termék, amelyek segítenek megakadályozni az inzulin lebontását a zord gyomor-bél környezetben .
következtetés
az inzulin MSC-n keresztüli termelésének legújabb fejleményei ígéretesnek bizonyultak. Az MSC állatokon történő alkalmazásának hatékonyságának teszteléséből származó eredmények előnyökkel jártak, de néhány hátrány még mindig fennáll. Az előnyök közé tartozik az MSC-k képessége a hiperglikémiás epizódok kezelésére az IPC-kre történő differenciálással, a hasnyálmirigy regenerációjával és az inzulinrezisztencia javításával állati modellekben . Az állatok nem a 2-es típusú diabetes mellitusban szenvedő emberi betegek másolatai, de hasonló hatásmechanizmusokat biztosítanak az MSC-k számára. Az MSC inzulin alkalmazások mellett az új termelési rendszerek kiváló előnyöket nyújtottak a cukorbetegségben szenvedő betegek számára. A transzgenikus növényi expressziós rendszerek nagy kapacitású inzulintermelést biztosítanak alacsony termelési költséggel. Ez az előny előnyös lesz, mivel a cukorbetegek száma tovább növekszik.
pénzügyi & versengő érdekek nyilvánosságra hozatala
a szerzőknek nincs releváns kapcsolata vagy pénzügyi kapcsolata olyan szervezettel vagy szervezettel, amelynek pénzügyi érdekeltsége vagy pénzügyi konfliktusa van a kéziratban tárgyalt témával vagy anyagokkal. Ez magában foglalja a foglalkoztatást, tanácsadók, honoraria, részvénytulajdon vagy opciók, szakértői bizonyság, kapott vagy függőben lévő támogatások vagy szabadalmak, vagy jogdíjak.
a kézirat elkészítéséhez nem használtak írási segítséget.