avanços Recentes e futuro da produção de insulina e terapia

A Organização Mundial de Saúde (OMS), indicou a insulina como um essenciais de medicina”; uma medicina que “satisfaz a prioridade necessidades de saúde da população” . Isto indica claramente o significado da insulina para o tratamento da doença humana. Com um aumento nos pacientes diabéticos em todo o mundo, novos métodos para a produção e aplicação de insulina mais eficaz estão atualmente sendo perseguidos. As técnicas para melhorar o design de medicamentos com insulina, a biossíntese e o fornecimento ainda são tópicos quentes para os campos da química medicinal, farmacologia e medicamentos. Este editorial abordará o tema popular e interessante dos recentes avanços e perspectivas futuras da produção e terapia de insulina. Deve constituir um recurso valioso para os investigadores e os médicos no domínio da diabetes e da terapêutica com insulina.

história da insulina, significância & estrutura básica

Zion Market Research previu um mercado para a insulina para chegar a $43.6 mil milhões de dólares em 2021 . O metabolismo dos hidratos de carbono e das gorduras é principalmente regulado pela insulina, tornando a insulina um medicamento importante e essencial. Descoberta em 1921 por Banting e melhor como um hormônio polipeptídeo, a insulina é produzida pelas ilhotas de Langerhans no pâncreas . A insulina é sintetizada pelas células beta do pâncreas como uma cadeia única de três peptídeos A, B E C, conhecida como pré-proinsulina . A pré-proinsulina é clivada e o polipeptido é translocado para a proinsulina formadora do retículo endoplasmático humano. A conversão em insulina madura é alcançada pelas enzimas proteolíticas conhecidas como prohormone convertases PC1/PC3 e PC2, clivando em duas posições para libertar o peptídeo-C central . A insulina madura resultante é constituída por 51 aminoácidos (30 cadeias de aminoácidos B e 21 cadeias de aminoácidos A) ligados entre si por duas ligações de dissulfureto permutáveis para formar um monómero . Além disso, a cadeia A contém uma ligação dissulfureto intra-cadeia. A clivagem do aminoácido C-terminal de qualquer cadeia, e os dois elos de ligação dissulfureto eliminam a atividade da insulina madura.

Antecedência de insulina mutantes: estrutura & função de relacionamento

a secreção de Insulina no corpo picos 1 h após a ingestão seguido por seu declínio nos próximos 2 h em indivíduos saudáveis . Em contraste, os doentes diabéticos necessitam que a insulina tenha um tempo de pico específico, início de acção e duração de Acção para atingir um perfil de insulina 24-h e evitar a hipoglicemia nocturna; assim, a necessidade de formulações múltiplas de insulina . Uma vez injectada a insulina, a molécula forma um hexâmero mantido unido por um único íon de zinco . Os hexâmeros dissociam-se em dimeros e monômeros que difundiram e penetram as paredes capilares para alcançar a corrente sanguínea. A taxa de dissociação é manipulada em diferentes formulações. As formulações de insulina de acção rápida são produzidas por tecnologia de ADN recombinante, mudando de resíduos de aminoácidos simples ou de dois na molécula de insulina. A modificação dos aminoácidos não altera a ligação aos receptores, mas inibe a formação de dímeros de insulina e hexâmeros . São prontamente disponibilizadas quantidades maiores de monómeros de insulina para uma absorção rápida. Os actuais exemplos de mercado incluem o Lispro e o Aspart. O análogo de Lispros tem os seus resíduos ProB28 e LysB29 na extremidade C-terminal da cadeia B invertida para LysB28 e ProB29 . A insulina aspártico tem a sua prolina na posição 28 na cadeia B substituída pelo ácido aspártico . A modificação de Aspart produz um aumento na repulsão de carga para evitar a formação de hexâmeros, criando uma insulina de ação mais rápida. Análogos intermédios, NPH (Haledão neutro-protamina) e LENTE, apresentam início de Acção próximo de 1-2 h, pico de Acção 6-10 h e duração de actividade de 10-16 h. As taxas de absorção diminuem no NPH devido à adição de protamina, uma pequena proteína nuclear rica em arginina, que atrasa o início e aumenta a duração da acção da insulina. A lenta atinge o mesmo através da adição de zinco à sua formulação.

o avanço na produção de insulina recombinante

a produção de insulina humana recombinante é produzida primariamente em sistemas de expressão de E. coli ou Saccharomyces cerevisiae . = = Ligações Externas = = coli foi o sistema de expressão preferido para a produção de insulina recombinante em grande escala devido ao seu elevado rendimento e à sua relação custo-eficácia . O método de produção da Genetech utilizou cDNA sintetizado quimicamente para as cadeias de insulina a e B separadamente . Assim, as duas cadeias foram purificadas e co-incubadas em condições preferenciais para acelerar o crescimento de geração de formação de ligação dissulfeto intacta . Em alternativa, Eli Lilly utilizou um único cDNA de síntese química para a proinsulina humana, com subsequente purificação e excisão do péptido-C, produzindo uma insulina activa . S. os sistemas de expressão cerevisiae contêm estruturas de insulina de engenharia com cadeias nativas a e B sem o C-terminal B30 treonina, fundidas ou ligadas por um pequeno péptido-C sintético . A construção é feita pela sequência cDNA fundida com a sequência de sinal do factor alfa em S. cerevisiae para a expressão de proinsulina . Este produto de proinsulina é purificado e transformado em insulina activa por uma reacção de transpeptidação mediada pela tripsina na presença de éster de treonina . As plantas transgênicas são usadas como Sistemas de expressão devido à sua relação custo–eficácia, processamento de proteínas de alta qualidade, ausência de patógenos humanos e presença de máquinas eucarióticas para modificações pós-translacionais . A insulina humana recombinante foi produzida em planta Arabidopsis thaliana através de corpos oleosos . Os corpos de óleo estão localizados dentro de sementes de óleo, que são compostos por um núcleo hidrofóbico de triacilglicerol encapsulado por uma membrana fosfolípida e uma parede exterior de proteínas conhecidas como oleosinas . As sementes de óleo são geneticamente modificadas com a proteína recombinante visando corpos de óleo como fusão de oleosina . O processamento posterior envolve a separação de corpos oleosos através da separação de fase líquido–líquido para reduzir os passos cromatográficos na purificação da insulina . A partir daí, o organismo oleoso é purificado, e a insulina recombinante é clivada do parceiro de fusão oleosina e amadurecida pela digestão de tripsina, produzindo um produto de insulina activo. Uma abordagem alternativa inclui a transformação de cloroplastos de tabaco e alface com proinsulina humana constituída por cadeias A, B E C fundidas com a subunidade B da toxina da cólera . A produção pode produzir até 47% de proinsulina em folhas de alface, enquanto a proinsulina de folhas de tabaco foi extraída com 98% de pureza . O elevado nível de proinsulina biologicamente activa expresso em plantas transgénicas proporciona uma produção de baixo custo de fornecimento de proinsulina injectável e oral .

a insulina é administrada principalmente por via subcutânea através de frascos para injectáveis e seringas . No entanto, devido às limitações da utilização de um frasco para injectáveis ou seringa para injectáveis, o desenvolvimento de canetas de insulina começou a aumentar. As canetas de insulina são reutilizáveis, aumentam a adesão do doente e são mais precisas . Canetas avançadas de insulina incluem tecnologia inteligente que mantém o controle das últimas 16 doses para o paciente através de calculadoras embutidas . A insulina injetável ainda tem desvantagens, levando pesquisadores a tomar novas abordagens para fornecer insulina. As insulinas inaladas estão actualmente a ser revistas pela FDA para aprovação, uma vez que as vias pulmonares oferecem vantagens. A insulina humana inalada é de origem rDNA e utiliza o fornecimento de drogas da tecnosfera para atingir os pulmões . Os detalhes deste fornecimento de insulina pulmonar incluem inaladores activados pelo hálito que contêm doses unitárias pré-medidas de insulina. Uma vez que este encontra o pH neutro do epitélio alveolar, ele se dissipa em forma líquida . Uma vantagem vista aqui é a ausência de peptidases gastrintestinais que decompõem a insulina no trato gastrointestinal, subsequentemente contornando o sistema de metabolismo de primeira passagem . Transdermal administration of insulin is a newer approach used where iontophoresis, sonophereis or phonophereis techniques are used . Em contraste com a administração de insulina, a terapia com células estaminais está sendo pesquisada como uma opção para reverter a resistência à insulina. As células estaminais têm a capacidade de se diferenciar em células produtoras de insulina (Pisq), melhorar a regeneração pancreática e melhorar a resistência à insulina-oferecendo uma alternativa ao transplante de células de ilhéu . Especificamente, o das células estaminais mesenquimais (MSCs) ganharam notoriedade devido à sua capacidade de se regenerar ilhota pancreática células β, protegê-los de apoptose e melhorar a resistência à insulina dos tecidos periféricos, criando um ambiente ideal pela secreção parácrina fatores . Molecularmente, os MSCs diferenciam-se nos Pisq reprogramando os factores de transcrição principais tais como Pdx-1, Ngn-3, NeuroD1, Pax4 e Pax6 localizados na secção endócrina do pâncreas . Foram realizadas várias experiências para demonstrar a eficácia da utilização de MSCs, com Moriscot et al. ser a primeira a induzir a diferenciação da MSCs da medula óssea humana (BM-MSC) em Pisq . Estudos comparativos diferenciaram com sucesso a MSC derivada de geleia de Wharton (WJ-MSC) em fenótipos de células β Maduras . MSCS capacidade de promover a regeneração da célula β do Ilhéu pancreático endógeno através da secreção de citoquinas e factores de crescimento que têm actividades de paracrina e autocrina . Lee et al. os MSC observados migrando para o ilhéu de ratinhos diabéticos induzidos pelo estreptozocina (STZ), onde o MSCs acelerou a reparação dos tecidos, permitindo que as células endógenas proliferassem e recuperassem a sua função normal . Estas aplicações alternativas de insulina conduziram a novas insulinas no mercado.

avanços recentes em patentes de insulina & future

muitos métodos novos foram patenteados para melhorar a entrega de insulina. Como a administração oral de insulina está sujeita a degradação enzimática, os cientistas procuraram abordagens baseadas em nanopartículas. Esta abordagem melhora a biodisponibilidade protegendo a insulina das condições gastrointestinais e aumentando a permeabilidade da enzima. Isto é feito pela captação celular de nanopartículas ou transporte paracelular através de junções apertadas. Um exemplo de uma patente atual de nanopartículas é um polímero natural aniônico com ácidos gordos de cadeia média que são absorvidos através da parede celular intestinal. O polímero bloqueia a libertação de insulina no estômago para evitar a degradação da enzima e é capaz de abrir junções apertadas para aumentar a absorção de insulina paracelularmente .

além do uso de nanopartículas como um método de fornecimento de insulina, outros sistemas, como o sistema de fornecimento de insulina biorreactivo, foram patenteados. Este sistema é constituído por uma célula beta artificial com uma membrana de hidrogel sensível à glucose para o fornecimento controlado de insulina pelo feedback. Esta membrana prende as enzimas glucose-oxidase num polímero de hidrogel, reduz o pH da membrana e aumenta a permeabilidade da membrana do hidrogel à insulina. Assim, o sistema funciona para acelerar a libertação de insulina com níveis crescentes de glicose .Mais recentemente, pesquisadores exploraram o uso de lipossomas, biliossomas e prolipossomas para o fornecimento de insulina. Estes funcionam através do encapsulamento da insulina utilizando a razão fosfolípido/colesterol apropriada para prevenir a fuga de insulina do núcleo lipossómico e a degradação pelas enzimas. Os bilossomas incorporam sais biliares aos lipossomas para estabilizar o bilossoma contra a degradação do sal biliar no trato GI e aumentar a fluidez da membrana. Os prolipossomas são formados por dispersão de película-secagem congelante para formar partículas secas e sem fluxo livre. Estes métodos incorporam o uso de lipossomas para aumentar a absorção gastrointestinal e a biodisponibilidade oral da insulina .Embora estes sejam apenas alguns exemplos de recentes avanços em patentes de entrega de insulina, muitos outros produtos existem. Alguns outros exemplos incluem a incorporação de insulina numa emulsão de água no óleo por homogeneização de alta pressão para proteger a insulina contra a degradação gástrica, encapsulando a insulina numa pequena cápsula de gelatina macia e revestimento com um polímero poliacrílico para proteger da degradação enzimática, e muitos outros produtos que ajudam a prevenir a degradação da insulina pelo ambiente gastrointestinal severo .

conclusão

os recentes avanços na produção de insulina através de MSCs mostraram ser promissores. Os resultados dos testes de eficácia da utilização MSC em animais proporcionaram vantagens, mas ainda existem algumas desvantagens. As vantagens incluem a capacidade dos SCM para gerirem episódios hiperglicémicos, diferenciando-se em Pisq, regeneração pancreática e melhoria da resistência à insulina em modelos animais . Os animais não são réplicas de pacientes humanos com diabetes mellitus tipo 2, mas fornecem mecanismos semelhantes de ação para MSCs. Para além das aplicações de insulina MSC, os novos sistemas de produção proporcionaram excelentes benefícios para os doentes com diabetes mellitus. Os sistemas de expressão de origem vegetal transgénica fornecem uma produção de insulina de elevada capacidade com baixo custo de produção. Esta vantagem será benéfica à medida que o número de pacientes diabéticos continua a crescer.