بهینه سازی فناوری فراوری آزمایشگاهی انسولین انسانی - تعطیلات رو

به گزارش خبرنگاران، بر اساس گزارش این پژوهشگران، حدود یک قرن از کشف انسولین به عنوان هورمون تنظیم کننده قند خون می گذرد. به دلیل گسترش روزافزون بیماری دیابت در جامعه انسانی این هورمون در صدر فهرست پرفروش ترین داروهای پروتئینی و پپتیدی در جهان قرار گرفته است. به واسطه وظایف فیزیولوژیک مهم انسولین و همین طور به دلیل 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 داشته اند. از منظر ساختاری انسولین متشکل از زنجیره پپتیدی آلفا (21 آمینواسید) و زنجیره پپتیدی بتا (30 امینو اسید) است که با دو پیوند دی سولفیدی به همدیگر متصل اند.

این هورمون درسلول های جزایر لانگرهانس پانکراس به شکل کمپلکس هگزامری (شش تایی) ساخته و ذخیره می گردد و پس از رها شدن در خون به مولکول های مونومر (یک تایی) فعال تبدیل می گردد. محرک هایی نظیر گلوکز و پروتئین های موجود در غذا باعث ترشح هورمون انسولین از پانکرانس به خون می شوند. ضمن اتصال مولکول مونومر انسولین به پروتئین گیرنده غشای آن در سطح سلول امکان جذب قند آزاد موجود در خون بوسیله بافت های بدن فراهم می گردد. هرگونه نقص در ساختار، فراوری، ترشح و توانایی این هورمون در فعال سازی گیرنده های غشایی به بیماری دیابت شیرین منجر می گردد.

در بیماران مبتلا به دیابت شیرین نوع 1 توانایی فراوری انسولین به میزان زیادی کاهش می یابد و یا تماماً از بین می رود. این افراد به طور روزانه با تزریق انسولین سعی دارند تا علائم این بیماری را از بین ببرند. در بیماران دیابت نوع 2 حساسیت بدن به انسولین کم می گردد و تعدادی از مبتلایان به این نوع دیابت نیز به تزریق انسولین وابسته هستند. در صورتی که بیماران دیابتی با تزریق روزانه انسولین سطح قند خون را تنظیم نکنند، بالا بودن طولانی مدت قند آثار مخرب و جبران ناپذیری بر دیگر اندام های بدن از جمله مغز، چشم، کلیه و سیستم قلب و عروقی خواهد داشت.

مقایسه جمعیت جهانی 108 میلیونی مبتلایان به عارضه دیابت در سال 1980 به جمعیت بالغ بر 420 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 2 هستند. استرس های اکسایشی همراه با ایجاد رادیکال های 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 دریافت بیش از حد در معرض پرتوهای الکترومغناطیسی حاصل می گردد.

رشد سریع این بیماری متابولیکی در جامعه انسانی، انسولین را به پر مصرف ترین داروی پپتیدی جهان تبدیل نموده است. امروزه بیش از 80 درصد انسولین مصرفی جهان بوسیله شرکت Novo Nordisk کشور دانمارک فراوری و عرضه می گردد و میزان فروش جهانی این دارو در زمان حاضر حدود 30 میلیارد دلار است. امروزه از میزبان های باکتریایی، سلول های موجودات پستاندار و قارچ ها جهت فراوری انسولین نوترکیب انسانی استفاده می گردد ولی مسائل و محدودیت های جدی در روش های فراوریی باعث شده است که مقدار فعلی فراوری پاسخگوی احتیاج روزافزون این داروی مهم و حیاتی نباشد. میزان بیان ناچیز این هورمون در میزبان های فوق الذکر، تجزیه سریع و مسیر پیچیده و طولانی خالص سازی انسولین، تمایل زیاد این هورمون به لخته شدن و ایجاد فیبر آمیلوییدی از مسائل جدی است که فراوری صنعتی انسولین را با چالش های زیادی روبرو می نماید. اخیراً پژوهشگران دانشکده علوم دانشگاه شیراز ضمن ایجاد نوآوری در فناوری فراوری آزمایشگاهی انسولین نوترکیب انسانی، این داروی ضد دیابتی را در میزبان باکتریایی با موفقیت فراوری نموده اند. پژوهشگران دانشگاه شیراز ژن دو زنجیره پپتدی آلفا و بتای انسولینی را به طور جداگانه به ژن یکی از پروتئین های لنز چشم (آلفا کریستالین) متصل نموده اند و در ادامه، پلاسمیدهای حاوی ژن های هیبریدی را به میزبان باکتریایی انتقال داده اند. به طور اجمال روشی که این گروه پژوهشی برای فراوری انسولین نوترکیب انسانی بکار گرفته است، در شکل زیر به نمایش گذاشته شده است.

همان طور که در این شکل آمده است، میزبان باکتریایی، دو زنجیره آلفا و بتای انسولینی را به شکل مولکول های هیبریدی با پروتئین لنز چشم فراوری می نماید. 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 نموده اند. به گفته این پژوهشگران، یکی از مراحل مهم در فراوری انسولین اتصال صحیح دو زنجیره آلفا و بتا جهت ایجاد مولکول های فعال انسولینی است که به مرحله الحاق زنجیره ای معروف است. این گروه پژوهشی بعد از خالص سازی زنجیرهای آلفا و بتای انسولین انسانی، از فعالیت چاپرونی پروتئین لنز چشم (آلفا کریستالین) برای فراوری مولکول های فعال انسولینی استفاده نموده اند. پژوهشگران دانشگاه شیراز نشان داده اند که پروتئین چاپرون لنز چشم به میزان قابل توجهی بازده فراوری مولکول های فعال انسولینی را در مرحله موسوم به الحاق زنجیره ای بالا می برد.

این گروه پژوهشی عنوان نموده اند که روش به کار گرفته شده در این پژوهش قابلیت به کارگیری در فراوری صنعتی انسولین و برخی دیگر داروهای پپتیدی مشابه را نیز داراست. این پژوهش در آزمایشگاه شیمی پروتئین دانشکده علوم دانشگاه شیراز از طریق محسن اکبریان، دانشجوی دکتری سلولی-مولکولی این دانشگاه و به سرپرستی دکتر رضا یوسفی عضو هیأت علمی دانشگاه شیراز، اجرا شده است.

این پژوهش بخشی از پروژه بزرگ آزمایشگاه شیمی پروتئین با هدف بهینه سازی فراوری آزمایشگاهی انسولین انسانی و آنالوگ های آن است که در قالب همکاری با کرسی یونسکوی دانشگاه تهران در تحقیقات بین رشته ای و با محوریت دیابت، مستقر در مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک دانشگاه تهران، در حال اجرا است.

بر اساس اعلام دانشگاه تهران، نتایج این پژوهش در نشریه PLOS one به چاپ رسیده است.