Od cukrzycy do insuliny

Barbara Mietkowska

Jej odkrycie to dla milionów chorych na cukrzycę jedno z najważniejszych dokonań w dziejach medycyny. Liczy sobie już prawie sto lat.

Historia insuliny to jednocześnie historia cukrzycy – jednej z najstarszych rozpoznanych chorób ludzkości. Zajmowali się nią od tysiącleci najwięksi światowi medycy i uczeni, nie potrafiąc stawić jej czoła. Droga od pierwszych wzmianek o cukrzycy do najnowocześniejszych metod jej leczenia była długa, fascynująca i została uwieńczona sukcesem. Choć wciąż nie potrafimy wyleczyć tej choroby, to odkrycie insuliny sprawiło, że z choroby śmiertelnej stała się chorobą przewlekłą, a pacjenci, których dotyka, przestrzegając pewnych zasad, mogą normalnie funkcjonować.


Najstarsze świadectwa

Pierwsze noty na temat „choroby pragnienia” pojawiły się już w 2696 p.n.e. w fundamentalnym dziele: „Traktacie o medycynie z czasów cesarza Huanga”, uznawanego za prekursora medycyny Wschodu. Podobne zapisy odnotowano w papirusach z Teb z 1550 r. p.n.e. odkrytych w 1873 r., za których autora uznaje się lekarza i kapłana Imhotepa żyjącego w trzecim tysiącleciu przed naszą erą. O objawach cukrzycy wspominał Hipokrates (460–377 p.n.e.), ojciec medycyny europejskiej i filozof Arystoteles (384–382 p.n.e.). Wielki lekarz starożytnej Grecji Areteusz z Kapadocji jako pierwszy użył terminu „diabetes” (co znaczy kanał lub przepływ), opisując zadziwiającą chorobę, w której „pragnienie jest duże, lecz nie ma sposobu, aby je zaspokoić. Wargi pękają, ciało schnie, śmierć nadchodzi szybko”.

Galen (130–120 n.e.), rzymski anatom, badacz i lekarz, który wywarł olbrzymi wpływ na rozwój nauk medycznych naszej ery, dopatrywał się przyczyny objawów cukrzycy w uszkodzeniu nerek, choć nie potrafił wyjaśnić ich natury. Z kolei Avicena (980–1037 n.e.), perski uczony, lekarz i filozof jako pierwszy opisał pocukrzycowe zmiany skórne, czyraki i gangrenę. Opracował też mieszankę ziół obniżających ilość wydzielanego cukru, stosowaną do dziś, składającą się z łubinu, kozieradki i kurkumy. O cukrzycy pisał Paracelsus (1493–1541), lekarz i przyrodnik, nazywany ojcem medycyny nowożytnej.

Warto odnotować, że pierwsze próby rozdzielenia cukrzycy na typy pojawiły się w V wieku n.e., a dokonało tego dwóch hinduskich lekarzy – Sushrut i Charak. Rozróżnili oni dwa typy choroby, jeden kojarząc z młodością, a drugi z otyłością.

Ciekawe jest też, że z najdawniejszego piśmiennictwa medycznego wynika, że cukrzyca typu 1 była rozpoznawana bardzo rzadko, co wskazuje na fakt, że jej występowanie rosło wraz z rozwojem cywilizacji.


Pierwsze badania

Świadectwa studiów nad cukrzycą pojawiają się w wiekach XVII i XVIII, a prym w tej dziedzinie wiodą lekarze angielscy. W 1675 r. Thomas Willis, uczony z Oxfordu publikuje pracę „Diabetes lub szatański mocz” (Pissing Evil), w której opisuje słodki jak miód mocz cukrzyków, a przyczyn choroby upatruje w diecie, zbyt obfitej w wino. Sto lat później o słodkim smaku moczu i krwi cukrzyków pisze Matthew Dobson, który dzieli się też obserwacjami na temat dwóch rodzajów przebiegu cukrzycy. Mniej więcej w tym samym czasie szkocki lekarz John Rollo odkrywa zależność pomiędzy ilością cukru w moczu, a sposobem odżywiania chorych. Stwierdziwszy u swych pacjentów wzrost cukru w moczu po spożyciu wysokowęglowodanowych pokarmów roślinnych, leczy ich, z pozytywnym skutkiem, dietą tłuszczowo-białkową. To jedna z pierwszych odnotowanych prób leczenia dietą cukrzycy typu 2.

Niedługo potem wprowadzono terminy „cukrzyca osób szczupłych” i „cukrzyca osób otyłych”. Przyczyniły się do tego m.in. wyniki badań francuskiego lekarza, Apollinaire’a Bouchardata, który podzielił chorych na dwie zasadnicze grupy. Do pierwszej należały osoby młode i szczupłe, drugą stanowili starsi i otyli pacjenci. Potwierdził tym samym obserwacje indyjskich lekarzy z początków epoki, o których dokonaniach nie miał zapewne najmniejszego pojęcia.


Kroki milowe

Wiek XIX to czas fundamentalnych postępów w studiach nad cukrzycą. Aż do tej chwili nie było jasne, ani co ją powoduje, ani jak ją leczyć. Przyczyn szukano w wadliwym funkcjonowaniu nerek lub żołądka. Badania rozmaitych naukowców często miały miejsce równolegle, nie znali oni efektów wzajemnych dokonań ani nie mieli okazji do wymiany doświadczeń.

W roku 1848 prekursor fizjologii francuski lekarz Claude Bernard odkrył produkowaną w wątrobie substancję, która wyzwalała magazynowanie glukozy i powstawanie cukru. Nazwał ją glikogenem („tworzący cukier”), odkrył też, że ten sam rodzaj cukru znajduje się w moczu cukrzyków.

Dwadzieścia lat później student medycyny Paul Langerhans, stosując mikroskop świetlny, jako pierwszy na świecie opisał budowę miąższu trzustki wraz z dziwnymi skupiskami komórek o niejasnej funkcji. Nazwał je wyspami (łac. insula), do dziś nazywa się je „wyspami Langerhansa”.

Rolę trzustki jako organu regulującego poziom cukru we krwi odkryli w 1889 roku Józef von Mering i Oskar Minkowski (naukowiec o polskich korzeniach; Europejskie Stowarzyszenie Badań nad Cukrzycą corocznie przyznaje nagrodę jego imienia młodym naukowcom). Podobne doświadczenia, przeprowadzane głównie na psach, którym usuwano trzustkę, kontynuowali w tym czasie badacze w różnych krajach, m.in. rumuński prof. Nicolae Paulescu.

Był to początek na drodze odkrycia ratunku dla chorych na cukrzycę.


Insulina wkracza na scenę

Nazwy „insulina” (z łac. insula – wyspa) dla substancji wydzielanej przez wysepki trzustkowe użył po raz pierwszy i czysto hipotetycznie angielski fizjolog Sir Edward Albert Sharpey-Schafer w 1894 roku. Krótko potem, w roku 1908 udało się wyekstrahować ją z trzustki, czego dokonał Georg Ludwig Zuelzer. Intensywne prace nad jej klinicznym zastosowaniem trwały od początku XX wieku na całym świecie.

Przełom nastąpił na początku lat dwudziestych w Toronto. Dokonał go zespół w niezwykle oryginalnym składzie: młody chirurg ortopeda bez żadnego dorobku naukowego Frederick Banting, biochemik James Bertram Collip i student czwartego roku medycyny Charles Best.

Banting, przeczytawszy o doświadczeniach Minkowskiego, postanowił wyizolować insulinę z psich trzustek. Ze swym pomysłem zgłosił się do kierownika zakładu fizjologii uniwersytetu w Toronto Johna Macleoda. Udało mu się uzyskać zgodę na otwarcie niewielkiej pracowni badawczej i zaangażowanie asytenta. Podobno żaden ze studentów nie miał ochoty uczestniczyć w tym projekcie i 22-letni Charles Best trafił do pracowni w wyniku... ciągnięcia losów.

Doświadczenia Bantinga polegały na wywołaniu cukrzycy u psów doświadczalnych poprzez usunięcie im trzustki, a następnie leczenie ich ekstraktem pozyskanym z trzustki innych psów. Szybko pojawiła się fundamentalna trudność: w wyekstrahowanej substancji, prócz insuliny, obecne były produkowane przez trzustkę toksyczne enzymy trawienne, co wykluczało jej zastosowanie.

Wszystko zmieniło się, gdy do zespołu dołączył James Collip, doświadczony biochemik. Udało mu się usunąć większość zanieczyszczeń, a uzyskany ekstrakt podawany zwierzętom nie wywoływał ropni. Psem, który jako pierwszy doświadczył leczniczej mocy insuliny, była suczka Marjorie*, u której poziom cukru we krwi spadł o połowę po godzinie od jej podania.


Historyczny pacjent

Momentem zwrotnym było oczywiście podanie wyekstrahowanej insuliny człowiekowi. Miało to miejsce 21 stycznia 1922 roku, a historycznym pacjentem został 14-letni Leonard Thompson będący w stanie śpiączki wywołanej ketozą cukrzycową. Na zachowanych zdjęciach widzimy wychudzone, zniszczone chorobą dziecko, skazane na pewną śmierć. Pierwsza próba podania mu insuliny była nieudana, potrzebny był dalszy proces oczyszczania. Kolejne iniekcje zakończyły się pomyślnie. Zawartość glukozy we krwi pacjenta błyskawicznie spadła do poziomu ponadpięciokrotnie niższego. Chłopiec wybudził się ze śpiączki, został uratowany. Na zdjęciach po kuracji insulinowej widzimy dorodnego nastolatka. Leonard Thompson przeżył jeszcze 13 lat, zmarł na zapalenie płuc.

Do czasu tego przełomowego dokonania jedyną metodą leczniczą stosowaną w walce z cukrzycą była niezwykle restrykcyjna dieta. Jej autorem był prof. Frederick Allen z Uniwersytetu Harvarda, który po zaobserwowaniu, że zwierzęta z cukrzycą żyją dłużej, jeśli radykalnie obniży się im dzienną dawkę kalorii, zalecał swym pacjentom dostarczanie w pożywieniu tylko tyle energii, by wystarczało jej na podstawowe funkcje życiowe. W efekcie doprowadzał pacjentów do stanu skrajnego niedożywienia. Zdjęcia dzieci leczonych dietą Allena przypominały ofiary głodu.


Zasłużony Nobel... do podziału

Choć leczenie insuliną pierwszego pacjenta zakończyło się sukcesem, w kręgach medycznych rewolucyjne dokonania Bantinga były dyskredytowane, głównie z powodu jego wcześniejszego braku doświadczania. Punktem zwrotnym okazało się uratowanie od niechybnej śmierci córki sekretarza stanu USA Charlesa Hughesa. Nastolatka leczona dietą Allena ważyła 20 kilogramów i była w stanie skrajnego wycieńczenia, gdy matka zdecydowała się na nowatorską terapię. Po czterech miesiącach podawania insuliny wróciła do normalnej wagi, a kuracja Bantinga doczekała się usankcjonowania.

W roku 1923 Szwedzka Akademia Nauk postanowiła uhonorować wynalazców Nagrodą Nobla, choć między odkryciem a nagrodą minął tylko rok. To jedyny taki przypadek w historii!

Nie obyło się przy tym bez kontrowersji. Norweski Komitet Noblowski postanowił uhonorować nagrodą Bantinga i Macleoda, profesora, który jedynie „opiekował się” projektem. Kompletnie pominięto natomiast wkład pracy Charlesa Besta. Banting był tak oburzony, że początkowo nie chciał przyjąć wyróżnienia. W końcu zgodził się, ale ostentacyjnie podzielił się swoją nagrodą pieniężną z Bestem. Wobec takiego obrotu sprawy Macleod postanowił podzielić się swoją nagrodą pieniężną z uczestniczącym w projekcie biochemikiem Jamesem Bertramem Collipem.

Banting po otrzymaniu Nobla w końcu zdobył uznanie i sławę na świecie. Pojawił się na okładce „Time’a” i otrzymał dożywotnią rentę od kanadyjskiej Izby Gmin.


Insulina wczoraj i dziś

Amerykański przemysł farmaceutyczny śledził prace nad wynalezieniem insuliny i przygotowywał się do jej produkcji od samego początku. Prym wiodły zakłady Eli Lilly w Indianapolis, gdzie linię produkcyjną obmyślono jeszcze przed klinicznymi testami na ludziach. Nie bez powodu firma jest do dziś światowym liderem w dziedzinie produkcji leków na cukrzycę.

Psie trzustki, za małe na potrzeby przemysłu, szybko zaczęto zastępować wieprzowymi i wołowymi, co pozwoliło obniżyć cenę leku o 90%. Terapia insuliną mogła stać się powszechnie dostępna.

Obecnie już nie pozyskuje się insuliny z trzustek zwierzęcych.

W 1982 roku, po raz pierwszy w historii światowej medycyny dopuszczono do stosowania lek stworzony metodami inżynierii genetycznej: insulinę ludzką. Od tej chwili uzyskuje się ją w nieograniczonych ilościach.

Do jego produkcji wykorzystuje się komórki drożdży lub pałeczki okrężnicy. Wstrzykuje się do nich plazmid, czyli wyhodowaną w laboratorium cząsteczkę pozachromosowego DNA, które potrafi kodować gen ludzkiej insuliny. Tak zmodyfikowane bakterie syntetyzują insulinę. Pozyskaną tą metodą oczyszcza się i wykorzystuje do produkcji leku.

Najnowszym osiągnięciem insulinoterapii są wprowadzone w ostatnich latach nowe preparaty insuliny, tzw. analogi, które skutecznie obniżają cukier po posiłku, pozwalają na dostosowanie przyjmowania analogu do pory posiłków, zapobiegają niedocukrzeniom. W Polsce insulina analogowa nie jest refundowana we wszystkich przypadkach, chory musi spełnić określone warunki.

Zabiegiem dającym chorym na cukrzycę nadzieję na całkowite wyleczenie jest przeszczepienie pobranych od zmarłego dawcy wyizolowanych wysp trzustkowych i osadzenie ich w żyle wrotnej. Po pewnym czasie przeszczepione komórki zaczynają produkować własną insulinę w organizmie biorcy, co w zamyśle ma wykluczyć konieczność stosowania insuliny. Transplantologia wysp trzustkowych ma jednak nadal wiele wad, na ogół potrzeba więcej niż jednego zabiegu, a operacja wcale nie gwarantuje odstawienia insuliny, pozwala jedynie zmniejszyć jej dawki. Pacjent do końca życia przyjmuje też leki immunosupresyjne, osłabiające mechanizmy obronne organizmu. Uczeni nie ustają w pracach nad rozwiązaniem tych problemów. Obecnie najbardziej obiecującą techniką wydaje się kapsułkowanie przeszczepionych komórek wysp trzustkowych. Grupuje się je i otacza ochronną powłoką, chroniącą je przed atakiem układu odpornościowego. Niestety, dotychczasowe eksperymentalne zabiegi, wykonane u chorych z cukrzycą typu 1 lub w późnym stadium cukrzycy typu 2, zakończyły się tylko połowicznym sukcesem – nie pozwoliły na trwałe odstawienie insuliny. Pacjenci nadal musieli przyjmować insulinę, choć w mniejszej ilości, by po kilku latach powrócić do dawek sprzed przeszczepu.

Najpopularniejsze artykuły