فناوری تولید آزمایشگاهی انسولین انسانی
پژوهشگران دانشکده علوم دانشگاه شیراز، در قالب همکاری با کرسی یونسکوی تحقیقات بین‌رشته‌ای مستقر در مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک دانشگاه تهران، ضمن ایجاد نوآوری در فناوری تولید آزمایشگاهی انسولین نوترکیب انسانی، این داروی ضد دیابتی را در میزبان باکتریایی با موفقیت تولید کردند.
بر اساس گزارش این پژوهشگران، حدود یک قرن از کشف انسولین به عنوان هورمون تنظیم کننده قند خون می‌گذرد. به‌دلیل گسترش روزافزون بیماری دیابت در جامعه انسانی این هورمون در صدر فهرست پرفروش‌ترین داروهای پروتئینی و پپتیدی در جهان قرار دارد. به‌واسطه وظایف فیزیولوژیک مهم انسولین و همین‌طور به‌دلیل اهمیت بالای این دارو برای جامعه انسانی، تا کنون چهار جایزه نوبل به پژوهشگرانی اعطا شده است که مطالعات مهمی بر روی این هورمون پپتیدی داشته‌اند. از منظر ساختاری انسولین متشکل از زنجیره پپتیدی آلفا (۲۱ آمینواسید) و زنجیره پپتیدی بتا (۳۰ امینو اسید) است که با دو پیوند دی‌سولفیدی به همدیگر متصل‌اند.
این هورمون درسلول‌های جزایر لانگرهانس پانکراس به شکل کمپلکس هگزامری (شش‌تایی) ساخته و ذخیره می‌شود و پس از رها شدن در خون به مولکول‌های مونومر (یک‌تایی) فعال تبدیل می‌شود. محرک‌هایی نظیر گلوکز و پروتئین‌های موجود در غذا باعث ترشح هورمون انسولین از پانکرانس به خون می‌شوند. ضمن اتصال مولکول مونومر انسولین به پروتئین گیرنده غشای آن در سطح سلول امکان جذب قند آزاد موجود در خون بوسیله بافت‌های بدن فراهم می‌شود. هرگونه نقص در ساختار، تولید، ترشح و توانایی این هورمون در فعال‌سازی گیرنده‌های غشایی به بیماری دیابت شیرین منجر می‌شود.
در بیماران مبتلا به دیابت شیرین نوع ۱ توانایی تولید انسولین به میزان زیادی کاهش می‌یابد و یا تماماً از بین می‌رود. این افراد به طور روزانه با تزریق انسولین سعی دارند تا علائم این بیماری را از بین ببرند. در بیماران دیابت نوع ۲ حساسیت بدن به انسولین کم می‌شود و تعدادی از مبتلایان به این نوع دیابت نیز به تزریق انسولین وابسته هستند. در صورتی‌که بیماران دیابتی با تزریق روزانه انسولین سطح قند خون را تنظیم نکنند، بالا بودن طولانی مدت قند آثار مخرب و جبران ناپذیری بر دیگر اندام‌های بدن از جمله مغز، چشم، کلیه و سیستم قلب و عروقی خواهد داشت.
مقایسه جمعیت جهانی ۱۰۸ میلیونی مبتلایان به عارضه دیابت در سال ۱۹۸۰ به جمعیت بالغ بر ۴۲۰ میلیونی این بیماران در زمان حاضر نشان از عدم کنترل و پیشرفت سریع این بیماری در جامعه انسانی دارد. سابقه خانوادگی (ژنتیک)، چاقی، عدم تحرک، مصرف زیاد مواد خوراکی پر کالری، استعمال دخانیات، التهاب، کم خوابی و استرس از عوامل مؤثر در ابتلاء به دیابت نوع ۲ هستند. استرس‌های اکسایشی همراه با ایجاد رادیکال‌های آزاد مسبب پیشرفت عارضه دیابت هستند که با مصرف غذاهای صنعتی حاوی مواد نگهدارنده، مصرف مواد آرایشی و بهداشتی غیر استاندارد، عدم آرامش محیط و قرار گرفتن بیش از حد در معرض پرتوهای الکترومغناطیسی حاصل می‌شود.
رشد سریع این بیماری متابولیکی در جامعه انسانی، انسولین را به پر مصرف‌ترین داروی پپتیدی جهان تبدیل کرده است. امروزه بیش از ۸۰ درصد انسولین مصرفی دنیا بوسیله شرکت Novo Nordisk کشور دانمارک تولید و عرضه می‌شود و میزان فروش جهانی این دارو در زمان حاضر حدود ۳۰ میلیارد دلار است.
امروزه از میزبان‌های باکتریایی، سلول‌های موجودات پستاندار و قارچ‌ها جهت تولید انسولین نوترکیب انسانی استفاده می‌شود ولی مشکلات و محدودیت‌های جدی در روش‌های تولیدی باعث شده است که مقدار فعلی تولید پاسخگوی نیاز روزافزون این داروی مهم و حیاتی نباشد. میزان بیان ناچیز این هورمون در میزبان‌های فوق‌الذکر، تجزیه سریع و مسیر پیچیده و طولانی خالص‌سازی انسولین، تمایل زیاد این هورمون به لخته شدن و ایجاد فیبر آمیلوییدی از مشکلات جدی است که تولید صنعتی انسولین را با چالش‌های زیادی مواجه می‌کند.
اخیراً پژوهشگران دانشکده علوم دانشگاه شیراز ضمن ایجاد نوآوری در فناوری تولید آزمایشگاهی انسولین نوترکیب انسانی، این داروی ضد دیابتی را در میزبان باکتریایی با موفقیت تولید کرده‌اند. پژوهشگران دانشگاه شیراز ژن دو زنجیره پپتدی آلفا و بتای انسولینی را به طور جداگانه به ژن یکی از پروتئین‌های لنز چشم (آلفا کریستالین) متصل کرده‌اند و در ادامه، پلاسمیدهای حاوی ژن‌های هیبریدی را به میزبان باکتریایی انتقال داده‌اند. به طور اجمال روشی که این گروه پژوهشی برای تولید انسولین نوترکیب انسانی بکار گرفته است، در شکل زیر به نمایش گذاشته شده است.
همان‌طور که در این شکل آمده است، میزبان باکتریایی، دو زنجیره آلفا و بتای انسولینی را به شکل مولکول‌های هیبریدی با پروتئین لنز چشم تولید می‌کند. در مرحله بعد، این پژوهشگران به روش برش شیمیایی، دو زنجیره آلفا و بتای انسولینی را از پروتئین حامل (پروتیین آلفا کرستالین لنز چشم) رها کرده‌اند. به گفته این پژوهشگران، یکی از مراحل مهم در تولید انسولین اتصال صحیح دو زنجیره آلفا و بتا جهت ایجاد مولکول‌های فعال انسولینی است که به مرحله الحاق زنجیرهای معروف است. این گروه پژوهشی بعد از خالص‌سازی زنجیرهای آلفا و بتای انسولین انسانی، از فعالیت چاپرونی پروتئین لنز چشم (آلفا کریستالین) برای تولید مولکول‌های فعال انسولینی استفاده کرده‌اند.
پژوهشگران دانشگاه شیراز نشان داده‌اند که پروتئین چاپرون لنز چشم به میزان قابل توجهی بازده تولید مولکول‌های فعال انسولینی را در مرحله موسوم به الحاق زنجیرهای بالا می‌برد.
این گروه پژوهشی عنوان کرده‌اند که روش به‌کار گرفته شده در این پژوهش قابلیت به‌کارگیری در تولید صنعتی انسولین و برخی دیگر داروهای پپتیدی مشابه را نیز داراست. این پژوهش در آزمایشگاه شیمی پروتئین دانشکده علوم دانشگاه شیراز به وسیله محسن اکبریان، دانشجوی دکتری سلولی-مولکولی این دانشگاه و به سرپرستی دکتر رضا یوسفی عضو هیأت علمی دانشگاه شیراز، انجام شده است.
این پژوهش بخشی از پروژه بزرگ آزمایشگاه شیمی پروتئین با هدف بهینه‌سازی تولید آزمایشگاهی انسولین انسانی و آنالوگ‌های آن است که در قالب همکاری با کرسی یونسکوی دانشگاه تهران در تحقیقات بین‌رشته‌ای و با محوریت دیابت، مستقر در مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک دانشگاه تهران، در حال انجام است.
بر اساس اعلام دانشگاه تهران، نتایج این پژوهش در نشریه PLOS one به چاپ رسیده است.
