Az inzulin a hasnyálmirigy-szigetek béta-sejtjei által termelt peptidhormon, amelyet az emberben az INS gén kódol. A szervezet fő anabolikus hormonjának tartják. Szabályozza a szénhidrátok, zsírok és fehérjék anyagcseréjét azáltal, hogy elősegíti a glükóz felszívódását a vérből a máj-, zsír- és vázizomsejtekbe.
Az inzulin aktivitás csökkenése vagy hiánya diabetes mellitushoz, a magas vércukorszint (hiperglikémia) állapotához vezet. A betegségnek két típusa van. Az 1-es típusú diabetes mellitusban a béta-sejtek egy autoimmun reakció következtében elpusztulnak, így az inzulin többé nem tud szintetizálódni vagy kiválasztódni a vérbe. A 2-es típusú diabetes mellitusban a béta-sejtek pusztulása kevésbé kifejezett, mint az 1-es típusban, és nem autoimmun folyamat eredménye. Ehelyett amiloid halmozódik fel a hasnyálmirigy szigeteiben, ami valószínűleg megzavarja anatómiájukat és fiziológiájukat. A 2-es típusú cukorbetegséget fokozott glukagonszekréció jellemzi, amelyet nem befolyásol a vércukor koncentrációja, és nem reagál rá. De az inzulin továbbra is kiválasztódik a vérbe a vércukorszint hatására. Ennek eredményeként a glükóz felhalmozódik a vérben.
Az inzulin szerkezete állatfajonként kissé eltér. Az állati eredetű inzulin hatékonysága (szénhidrát-anyagcsere-hatásai) némileg eltér a humán inzulintól ezen eltérések miatt. A sertés inzulin különösen közel áll az emberi változathoz, és széles körben használták 1-es típusú cukorbetegek kezelésére, mielőtt rekombináns DNS-technológiával nagy mennyiségben előállítottak volna humán inzulint.
Az inzulin volt az első felfedezett peptidhormon. Frederick Banting és Charles Herbert Best, a Torontói Egyetemen J. J. R. Macleod laboratóriumában dolgozók voltak az elsők, akik 1921-ben izolálták az inzulint a kutya hasnyálmirigyéből. Frederick Sanger 1951-ben szekvenálta az aminosav szerkezetét, ami az inzulint tette az első fehérjévé. A szilárd halmazállapotú inzulin kristályszerkezetét Dorothy Hodgkin határozta meg 1969-ben. Az inzulin egyben az első fehérje, amelyet kémiai úton szintetizálnak és állítanak elő DNS-rekombináns technológiával. A WHO alapvető gyógyszerek modelllistáján szerepel, amelyek az alapvető egészségügyi rendszerben szükséges legfontosabb gyógyszerek.
Az inzulin felfedezésének története
1869-ben, miközben mikroszkóp alatt tanulmányozta a hasnyálmirigy szerkezetét, Paul Langerhans, egy berlini orvostanhallgató néhány korábban észrevétlen szövetcsomót azonosított a hasnyálmirigy nagy részén szétszórva. A később Langerhans-szigetekként ismert „kis sejtkupacok” funkciója kezdetben ismeretlen maradt, de Édouard Laguesse később felvetette, hogy olyan váladékot termelhetnek, amely szabályozó szerepet játszik az emésztésben. Paul Langerhans fia, Archibald is segített megérteni ezt a szabályozó szerepet.
1889-ben Oskar Minkowski orvos Joseph von Meringgel együttműködve eltávolította a hasnyálmirigyet egy egészséges kutyából, hogy tesztelje az emésztésben vállalt szerepét. A vizeletvizsgálat során cukrot találtak, ami először állapított meg kapcsolatot a hasnyálmirigy és a cukorbetegség között. 1901-ben újabb nagy lépést tett Eugene Lindsay Opie amerikai orvos és tudós, amikor a hasnyálmirigy szerepét a Langerhans-szigetekre különítette el: „Diabetes mellitus, amikor a hasnyálmirigy sérülésének következménye a hasnyálmirigy károsodása a Langerhans szigetein, és csak akkor fordul elő, ha ezek a testek részben vagy teljesen megsemmisültek.”
A következő két évtizedben a kutatók több kísérletet tettek a szigetek váladékának izolálására. 1906-ban George Ludwig Zuelzer részleges sikereket ért el a kutyák hasnyálmirigy-kivonattal történő kezelésében, de nem tudta folytatni munkáját. 1911 és 1912 között E.L. Scott a Chicagói Egyetemen vizes hasnyálmirigy-kivonatokat próbált ki, és „a glikozuria enyhe csökkenését” észlelte, de nem tudta meggyőzni igazgatóját munkája értékéről. Israel Kleiner hasonló hatásokat mutatott be 1915-ben a Rockefeller Egyetemen, de az első világháború megszakította munkáját, és nem tért rá vissza.
1916-ban Nicolae Paulescu kifejlesztett egy vizes hasnyálmirigy-kivonatot, amelyet cukorbeteg kutyába fecskendezve normalizáló hatást fejtett ki a vércukorszintre. Kísérleteit az I. világháború miatt meg kellett szakítania, és 1921-ben négy dolgozatot írt Bukarestben végzett munkájáról és egy cukorbeteg kutyán végzett vizsgálatairól. Még ugyanabban az évben publikálta a „Kutatás a hasnyálmirigy szerepéről az élelmiszer-asszimilációban” című kiadványt.
Az „inzulin” nevet Edward Albert Sharpey-Schafer találta ki 1916-ban egy hipotetikus molekulára, amelyet a hasnyálmirigy Langerhans szigetei termelnek, és amely szabályozza a glükóz anyagcserét. Sharpey-Schafer tudta nélkül, Jean de Meyer 1909-ben bevezette a nagyon hasonló „inzulin” szót ugyanarra a molekulára.
1920 októberében a kanadai Frederick Banting arra a következtetésre jutott, hogy a Minkowski által eredetileg vizsgált emésztési váladékok lebontják a szigetek váladékát, így lehetetlenné tették a sikeres kinyerést. Sebészként képzett Banting tudta, hogy a hasnyálmirigy-csatorna elzáródása a hasnyálmirigy nagy részét sorvadáshoz vezeti, miközben a Langerhans-szigeteket érintetlenül hagyja. Úgy érvelt, hogy viszonylag tiszta kivonatot lehet készíteni a szigetecskékből, ha a hasnyálmirigy többi része eltűnik.
1921 tavaszán Banting Torontóba utazott, hogy elmagyarázza ötletét J.J.R. Macleodnak, a Torontói Egyetem fiziológia professzorának. Macleod kezdetben szkeptikus volt, mivel Bantingnek nem volt háttere a kutatásban, és nem ismerte a legújabb szakirodalmat, de beleegyezett, hogy laboratóriumi teret biztosít Bantingnek, hogy kipróbálhassa ötleteit. Macleod arról is gondoskodott, hogy két egyetemista legyen Banting laborasszisztense azon a nyáron, de Bantingnek csak egy laborasszisztensre volt szüksége. Charles Best és Clark Noble feldobott egy érmét, Best nyerte az érmefeldobást, és átvette az első műszakot. Ez sajnálatosnak bizonyult Noble számára, mivel Banting az egész nyáron megtartotta Bestet, és végül megosztotta a Nobel-díjának és a felfedezésért járó elismerésének felét Besttel. 1921. július 30-án Banting és Best sikeresen izolált egy kivonatot egy lekötött kutya szigeteiből, és befecskendezte egy cukorbeteg kutyába, és megállapította, hogy a kivonat 40%-kal csökkentette a vércukorszintet 1 óra alatt.
Banting és Best bemutatta eredményeiket Macleodnak, amikor az visszatért Torontóba 1921 őszén, de Macleod rámutatott a kísérleti terv hibáira, és azt javasolta, hogy a kísérleteket több kutyával és jobb felszereléssel is megismételjék. Egy jobb laboratóriumba költöztette a Bantingot és a Bestet, és kutatási ösztöndíjaiból kezdett fizetni Bantingnek. Néhány héttel később a kísérletek második köre is sikeres volt, és Macleod abban a novemberben segített, hogy eredményeiket privát módon publikálják Torontóban. Banting javaslatára, inzulint vontak ki a borjú magzati hasnyálmirigyéből, amelyben még nem fejlődtek ki emésztőmirigyek. Decemberre sikerült inzulint kinyerniük a felnőtt tehén hasnyálmirigyéből is. Macleod leállított minden egyéb kutatást laboratóriumában, hogy az inzulin tisztítására összpontosítson. Felkérte James Collip biokémikust, hogy segítsen ebben a feladatban, és a csapat készen állt egy hónapon belüli klinikai tesztre.
1922. január 11-én Leonard Thompson, egy 14 éves cukorbeteg, aki a Torontói Általános Kórházban haldoklott, megkapta az első inzulin injekciót. A kivonat azonban annyira tisztátalan volt, hogy Thompsonnál súlyos allergiás reakciót váltott ki, és így a további injekciókat törölték. A következő 12 nap során Collip éjjel-nappal dolgozott az ökör-hasnyálmirigy-kivonat javításán. A második adagot január 23-án fecskendezték be, ami nyilvánvaló mellékhatások nélkül megszüntette a cukorbetegségre jellemző glikozuriát. Az első amerikai beteg Elizabeth Hughes, Charles Evans Hughes amerikai külügyminiszter lánya volt. Az Egyesült Államokban elsőként kezelt beteg James D. Havens volt; Dr. John Ralston Williams inzulint importált Torontóból a New York állambeli Rochesterbe Havens kezelésére.
Banting és Best soha nem dolgozott jól Collippel, valami közbeszólónak tartották és Collip nem sokkal ezután kilépett a projektből. 1922 tavaszán Bestnek sikerült odáig fejlesztenie technikáját, hogy igény szerint nagy mennyiségű inzulint lehetett kinyerni, de a készítmény tisztátalan maradt. Az Eli Lilly and Company gyógyszercég nem sokkal az 1921-es első publikációk után felajánlotta a segítségét, és áprilisban éltek is Lilly segítségével. Novemberben Lilly fő vegyésze, George B. Walden felfedezte az izoelektromos csapadékot, és nagy mennyiségben képes volt előállítani a rendkívül finomított inzulint. Röviddel ezután az inzulint eladásra kínálták a nagyközönség számára.
1923. január vége felé az inzulin négy „társfelfedezője” és Collip között felerősödött feszültség rövid időre azzal fenyegetett, hogy külön szabadalmaztatja tisztítási eljárását. John G. FitzGerald, a Connaught Laboratories nem kereskedelmi közegészségügyi intézmény igazgatója ezért lépett béketeremtőként. Az így létrejött, 1922. január 25-i megállapodás két kulcsfontosságú feltételt határozott meg: 1) a munkatársak szerződést írnak alá, amelyben megállapodnak abban, hogy a Connaughttal folytatott kezdeti munkaidőszakban nem kötnek szabadalmat egy kereskedelmi gyógyszercéggel; és 2) a kutatási politikában semmiféle változtatás nem megengedett, hacsak FitzGerald és a négy munkatárs között meg nem vitatják. Segített megfékezni a nézeteltéréseket, és a kutatást Connaught nyilvános megbízatásához kötötte.
Kezdetben Macleod és Banting különösen vonakodott az inzulinra vonatkozó eljárás szabadalmaztatásától orvosi etikai okokból. Mindazonáltal továbbra is fennálltak az aggodalmak, hogy egy magántulajdonban lévő harmadik fél eltérítené és monopolizálná a kutatást (ahogyan az Eli Lilly and Company utalt rá), és hogy minőség-ellenőrzési kapacitás nélkül nehéz lenne garantálni a biztonságos terjesztést. Ennek érdekében Edward Calvin Kendall értékes tanácsokat adott. 1914-ben izolálta a tiroxint a Mayo Clinic-en, és szabadalmaztatta az eljárást a közte, Mayo testvérek és a Minnesotai Egyetem között létrejött megállapodás révén, így a szabadalmat az állami egyetemre ruházta át. Április 12-én Banting, Best, Collip, Macleod és FitzGerald közösen írt a Torontói Egyetem elnökének, hogy hasonló megállapodást javasoljanak azzal a céllal, hogy szabadalmat rendeljenek az egyetem kormányzótanácsához. A levél hangsúlyozta, hogy:
„A szabadalmat nem használnák fel más célra, mint annak megakadályozására, hogy a szabadalmat más személyek megvonják. Az elkészítési mód részleteinek nyilvánosságra hozatalakor bárki szabadon elkészítheti a kivonatot, de nyereséges monopóliumot senki sem tud biztosítani.”
A Torontói Egyetem kormányzótanácsának megbízatása 1923. január 15-én fejeződött be, 1 dollár jelképes fizetés ellenében.
Az Eli Lillynek a gyártási folyamat egyes részeit külön szabadalmaztatási kísérletei miatti további aggodalmakat követően Connaught igazgatóhelyettese és az inzulin részleg vezetője, Robert Defries szabadalmak egyesülési politikáját alakította ki, amely megköveteli a gyártóktól, hogy szabadon megosszák a gyártási folyamat bármely fejlesztését a megfizethetőség veszélyeztetése nélkül.
Nobel-díjak
A Nobel-díj bizottság 1923-ban az inzulin gyakorlati kitermelését a Torontói Egyetem csapatának tulajdonította, és a Nobel-díjat két embernek ítélte oda: Frederick Bantingnek és J.J.R. Macleodnak. Az inzulin felfedezéséért 1923-ban fiziológiai és orvosi Nobel-díjat kaptak. Benting felháborodva azon, hogy Bestet nem említették, megosztotta vele a nyereményét, Macleod pedig azonnal megosztotta a díjat James Collippal.
Két másik Nobel-díjat ítéltek oda az inzulinnal kapcsolatos munkáért. Frederick Sanger brit molekuláris biológus, aki 1955-ben meghatározta az inzulin elsődleges szerkezetét, 1958-ban kémiai Nobel-díjat kapott. Rosalyn Sussman Yalow 1977-ben megkapta az orvosi Nobel-díjat az inzulin radioimmunoassay kifejlesztéséért.
Több Nobel-díj is közvetett kapcsolatban áll az inzulinnal. George Minot, aki az 1934-es Nobel-díjban részesült a vészes vérszegénység első hatékony kezelésének kifejlesztéséért, diabetes mellitusban szenvedett. Dr. William Castle megfigyelte, hogy az inzulin 1921-es felfedezése, amely időben megérkezett ahhoz, hogy Minot életben tartsa, szintén felelős a vészes vérszegénység gyógymódjának felfedezéséért. Dorothy Hodgkint 1964-ben kémiai Nobel-díjjal tüntették ki a krisztallográfia kifejlesztéséért, az inzulin teljes molekulaszerkezetének megfejtésére használt technikáért 1969-ben.
A Banting, Best, Collip és Macleod által publikált munka humán betegeken történő felhasználásra alkalmas tisztított inzulinkivonat előállítását jelentette. Bár Paulescu felfedezte a kezelés alapelveit, a sós kivonatát nem lehetett embereken alkalmazni; az 1923-as Nobel-díjban nem említették. Ian Murray professzor különösen aktívan dolgozott a Nicolae Paulescuval szembeni „történelmi tévedés” kijavításán. Murray a skóciai Glasgow-ban található Anderson College of Medicine élettan professzora, egy vezető glasgow-i kórház metabolikus betegségek osztályának vezetője, a British Association of Diabetes alelnöke és a Nemzetközi Diabetes Szövetség alapító tagja volt. Murray a következőket írta:
„Nem kapott kellő elismerést Paulescu, a jeles román tudós, akinek a torontói csapat kutatásának megkezdésekor már sikerült kinyernie a hasnyálmirigy antidiabetikus hormonját, és bebizonyítani annak hatékonyságát a cukorbeteg kutyák hiperglikémiájának csökkentésében.”
Arne Tiselius professzor, a Nobel Intézet korábbi vezetője egy privát közleményben személyes véleményének adott hangot, miszerint Paulescu is méltó volt a díjra 1923-ban.
