インスリン産生と治療の最近の進歩と近未来

世界保健機関（WHO）は、インスリンを”必須薬”、すなわち”人口の優先医療ニーズを満たす基礎薬”として挙げている。 これは明らかにヒト疾患治療のためのインスリンの意義を示しています。 世界中の糖尿病患者の増加に伴い、より効果的なインスリン産生および適用のための新しい方法が現在追求されている。 インスリン薬の設計、生合成および送達を改善するための技術は、医薬化学、薬理学および医薬品学の分野にとって依然としてホットな話題である。 この編集はインシュリンの生産および療法の最近の進歩そして未来の見通しの普及した、興味深いトピックに演説する。 それは糖尿病およびインシュリン療法の分野の研究者および臨床医に貴重な資源を提供するべきです。

インスリンの歴史、意義&基本構造

Zionの市場調査では、インスリンの市場が43ドルに達すると予測されています。2021年に60億ドル。 炭水化物および脂肪質の新陳代謝は主にインシュリンによって調整され、インシュリンに重要で、必要な薬物をします。 1921年にbantingによって発見され、ポリペプチドのホルモンとして最もよく、インシュリンは膵臓のLangerhansの島によって作り出されます。 インシュリンは3つのペプチッドA、BおよびCの単一の鎖として膵臓のベータ細胞によって総合されます;前proinsulinとして知られています。 前proinsulinは開裂され、ポリペプチドはproinsulinを形作る人間の小胞体に移動します。 成熟インスリンへの変換は、プロホルモン変換酵素PC1/PC3およびPC2として知られているタンパク質分解酵素によって達成され、二つの位置で開 得られた成熟インスリンは、51個のアミノ酸（30個のアミノ酸B鎖および21個のアミノ酸A鎖）を二つの鎖間ジスルフィド結合によって連結して単量体を形成する。 さらに、A鎖は一つの鎖内ジスルフィド結合を含む。 いずれかの鎖からのC末端アミノ酸の切断、および二つの鎖間ジスルフィド結合は、成熟したインスリンの活性を排除する。

インスリン変異体の進歩：構造&機能関係

体内のインスリン分泌は、食事後1時間でピークに達し、健康な個体では次の2時間以内に低下する。 対照的に、糖尿病患者は、24時間インスリンプロファイルを達成し、夜間低血糖を避けるために、特定のピーク時間、作用の開始および作用期間を有する インスリンが注入されると、分子は単一の亜鉛イオンによって一緒に保持された六量体を形成する。 ヘキサマーは二量体および単量体に解離し、それが拡散して毛細血管壁を貫通して血流に到達する。 解離の速度は、異なる製剤中で操作される。 急速な代理のインシュリンの公式は組換えDNAの技術によってインシュリンの分子の単一か二つのアミノ酸の残余の転換によって作り出されます。 アミノ酸の修正は受容器の結合を変えませんが、インシュリンの二量体およびhexamersの形成を禁じます。 インシュリンの単量体の多量は速い吸収のために容易に利用できるようにされます。 現在の市場の例には、LisproとAspartが含まれます。 Lisprosの類似体は、B鎖のC末端にそのProb28およびLysb29残基を有し、Lysb28およびProb29と逆になっている。 インシュリンのAspartにアスパラギン酸によって取り替えられるB鎖の位置28でプロリンがあります。 アスパルトの修正はhexamersがより速い代理のインシュリンを作成する形作ることを防ぐために充満反発の増加をもたらします。 中間類似体、NPH（中立プロタミンHaledon）およびLENTEは、1-2hの近くの行為の手始め、ピーク行為6-10hおよび10-16hの活動の持続期間を表わします。 吸収率はprotamine、手始めを減速し、インシュリンの行為の持続期間を高める小さいアルギニン豊富な核蛋白質の付加によるNPHで減ります。 LENTEは公式へ亜鉛の付加によって同じを達成する。

組換えインスリン産生の進歩

組換えヒトインスリン産生は、主に大腸菌またはSaccharomyces cerevisiae発現系で産生される。 当初はE. 大腸菌は、その高い収率と費用対効果のために、大規模な組換えインスリン産生のための好ましい発現系であった。 Genetechの製造方法では、インスリンA鎖とB鎖を別々にコードする化学合成cDNAを使用しました。 このように，二つの鎖を精製し，無傷のジスルフィド結合形成の生成成長を促進するために好ましい条件下で共インキュベートした。 また、Eli Lillyは活動的なインシュリンプロダクトをもたらすcペプチッドのそれに続く浄化そして切除の人間のproinsulinのためにコードする単一の化学的に合 S. cerevisiae発現システムは、融合または小さな合成Cペプチドによってリンクされたc末端B30スレオニンを欠いているネイティブAとB鎖と設計されたイン 構築物は、プロインスリンの発現のためにｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ中のα因子シグナル配列と融合したｃＤＮＡ配列によって作製される。 このプロインスリン生成物を精製し，トレオニンエステルの存在下でトリプシン媒介トランスペプチダーゼ反応により活性インスリンに変換した。 トランスジェニック植物は、その費用対効果、高品質のタンパク質処理、ヒト病原体の不在および翻訳後修飾のための真核生物の機械の存在のため 組換えヒトインスリンは、油体を介して植物シロイヌナズナthalianaで生産されています。 油体は、リン脂質膜によってカプセル化された疎水性トリアシルグリセロールコアとオレオシンとして知られているタンパク質の外壁で構成されている油の種子の内側に位置しています。 オイル種はoleosinの融合としてオイルボディを目標とする組換え蛋白質と遺伝的に設計されます。 さらなる処理は、インスリンの精製におけるクロマトグラフィー工程を減少させるために、液液相分離を介して油体を分離することを含む。 その後、オイルボディは浄化され、次に組換えのインシュリンはoleosinの融合パートナーから裂かれ、活動的なインシュリンプロダクトをもたらすtrypsinの消化力に 別のアプローチは、コレラ毒素Bサブユニットと融合したA、BおよびC鎖からなるヒトプロインスリンとタバコおよびレタスの葉緑体を変換す 生産はタバコの葉からのproinsulinが98%純度と得られた間、レタスの葉のproinsulinの47%までもたらすことができます。 トランスジェニック植物で表現される生物学的に活動的なproinsulinの高レベルは注射可能な、口頭proinsulin配達の低価格の生産を提供します。

インスリン投与の事前

インスリンは、主にバイアルと注射器を介して皮下投与されます。 しかし、注射のためにバイアルまたは注射器を使用することの制限のために、インスリンペンの開発が上昇し始めた。 インシュリンのペンは再使用可能、増加の忍耐強い承諾であり、より正確である。 高度のインシュリンのペンは作り付けの計算機を通して患者のための最後の16の線量を把握するスマートな技術を含んでいる。 注射可能なインシュリンにまだインシュリンを渡すために新しいアプローチを取るために研究者を導く欠点があります。 吸入インスリン製品は、肺経路が利点を提供するように、現在、承認のためにFDAによって検討されています。 吸入されたヒトインスリンは、rDNA起源のものであり、肺に到達するためにTechnosphere薬物送達を利用する。 この肺のインシュリン配達の細部はインシュリンの前メーターで計られた単位の線量を含んでいる呼吸活動化させた吸入器を含んでいます。 これが肺胞上皮の中性pHに遭遇すると、それは液体の形態に放散される。 ここに見られる利点は続いて最初パス新陳代謝システムをとばすGI地域のインシュリンを破壊する胃腸ペプチダーゼの不在、である。 インシュリンのTransdermal管理はiontophoresis、sonophereisまたはphonophereisの技術が使用されるところで使用されるより新しいアプローチです。 インシュリン配達と対照をなしてインシュリン抵抗性を逆転させるために、幹細胞療法は選択として研究されています。 幹細胞は、インスリン産生細胞（Ipc）に分化し、膵臓の再生を改善し、インスリン抵抗性を改善する能力を有し、膵島細胞移植の代替を提供する。 具体的には、間葉系幹細胞（MSCs）は、膵島β細胞を再生し、アポトーシスからそれらを保護し、パラクリン因子の分泌によって最適な環境を作り出すことによ 分子的には、mscは、膵臓の内分泌部分に位置するPdx-1、Ngn-3、Neurod1、Pax4およびPax6などの主要な転写因子を再プログラミングすることによってIpcに分化する。 Ｍｏｒｉｓｃｏｔらと共に、Ｍｓｃを使用することの有効性を実証するために、いくつかの実験が実施されている。 ヒト骨髄MSCs（BM-MSC）分化をIpcに誘導した最初のものである。 比較研究では、ウォートンのゼリー由来MSC（WJ-MSC）を成熟したβ細胞表現型に分化させることに成功した。 MSCsは、サイトカインおよびパラクリンおよびオートクリン活性を有する成長因子の分泌を介して内因性膵島β細胞の再生を促進する能力を有する。 Lee et al. mscsは、内因性細胞が増殖し、その正常な機能を回復することを可能にすることにより、組織修復を加速ストレプトゾシン（STZ）誘導糖尿病マウスの島に向 これらの代わりとなるインシュリンの適用は市場の新しいインシュリンプロダクトをもたらしました。

インスリン特許の最近の進歩&将来

多くの新規な方法は、インスリンの送達を強化するために特許を取得しています。 経口インスリン送達は酵素分解の影響を受けるため、科学者はナノ粒子ベースのアプローチを検討してきました。 このアプローチは胃腸条件からインシュリンを保護し、酵素の透磁率を高めることによって生物学的利用能を改善します。 これは、ナノ粒子の細胞取り込みまたは緊密な接合部を横切る傍細胞輸送によって行われる。 現在のナノ粒子特許の一例は、腸の細胞壁を通して吸収される中鎖脂肪酸を有するアニオン性天然ポリマーである。 ポリマーは酵素の低下を防ぐために胃にインシュリンの解放を妨げ、インシュリンの吸収をparacellularly高めるために堅い接続点を開けることができます。

インスリン送達の方法としてナノ粒子を使用することに加えて、bioresponsive insulin deliver systemなどの他のシステムが特許を取得しています。 このシステムはインシュリンのフィードバック制御された配達のためのブドウ糖敏感なヒドロゲルの膜が付いている人工的なベータセルから成ります。 この膜はヒドロゲルポリマー中のグルコースオキシダーゼ酵素を捕捉し、膜のpHを低下させ、ヒドロゲル膜のインスリンへの透過性を増加させる。 従ってシステムはブドウ糖のレベルの増加するインシュリンの解放を加速するために働きます。

最近、研究者らはインスリン送達のためのリポソーム、ビリオソームおよびプロリポソームの使用を検討している。 これらは、リポソームコアからのインスリンの漏れや酵素による分解を防ぐために、適切なリン脂質/コレステロール比を使用してインスリンを封入する ビロソームはリポソームに胆汁塩を取り込み、消化管における胆汁塩分解に対してビロソームを安定化させ、膜の流動性を高める。 プロリポソームは、膜分散-凍結乾燥によって形成され、乾燥および自由流動粒子を形成する。 これらの方法はインシュリンの胃腸吸収そして口頭生物学的利用能を高めるliposomesの使用を組み込みます。

これらはインスリン送達特許の最近の進歩のほんの一例ですが、他の多くの製品が存在します。 他の例としては、胃の分解からインスリンを保護するための高圧均質化による油中水エマルジョンへのインスリンの取り込み、小さな柔らかいゼラチンカプセルにインスリンを封入し、酵素の分解から保護するためにポリアクリルポリマーでコーティングするなど、厳しい胃腸環境によるインスリンの分解を防ぐのに役立つ多くの製品が挙げられる。

結論

Mscを介したインスリン産生の最近の進歩は有望であることが示されている。 動物でのMSCの使用の有効性を試験した結果、利点が得られましたが、いくつかの欠点が依然として存在しています。 利点には、MscがIpcへの分化、膵臓再生、および動物モデルにおけるインスリン抵抗性の改善によって高血糖エピソードを管理する能力が含まれる。 動物は2型糖尿病のヒト患者のレプリカではありませんが、Mscに対して同様の作用機序を提供します。 MSCのインシュリンの適用に加えて、新しいプロダクションシステムは糖尿病を患者に優秀な利点を提供した。 トランスジェニック植物ベースの発現システムは、生産の低コストでインスリンの高容量生産を提供します。 この利点は、糖尿病患者の数が増加し続けるにつれて有益であろう。