Insulin là một hormon quan trọng, giúp cơ thể hấp thu glucose. Ngoài ra, hormone Insulin còn tác dụng đến chuyển hóa mô mỡ và gan thành năng lượng ATP cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể. Khi insulin thiếu, không có, không công hiệu thì dẫn đến rối loạn chuyển hóa và tăng đường huyết.
Năm 1921, Collip và MacLeod là những người đầu tiên đã dùng Insulin chiết xuất từ tiểu đảo Langerhan để tiêm cho bệnh nhân. Năm 1955, Frederick Sanger-người đoạt giải Nobel đã tìm ra chuỗi axit amin của insulin người. Điều này đã cho phép các nhà khoa học tạo ra một gene insulin, dùng để tạo ra chủng vi khuẩn biến đổi di truyền có khả năng sinh ra số lượng lớn insulin với độ tinh khiết cao. Insulin người được sản xuất bằng kỹ thuật di truyền đầu tiên tại Công ty Genetech (Hoa Kỳ) và sản phẩm này được đưa ra thị trường vào năm 1982. Trong lịch sử, đây cũng là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào dược phẩm thành công
.
Nguồn gốc của insulin: Từ nguồn gốc động vật (Từ tụy của bò hay lợn hay Insulin người); Bán tổng hợp từ insulin lợn hoặc Tái tổ hợp gen.
Sau khi hai nhà khoa học người Canada ( Frederick G. Bantingvà Charles H. Best ) phát hiện ra insulin và vai trò của chúng từ thí nghiệm về những chú chó, từ những thập niên 1920 cho đến những năm đầu của thập niên 1980, insulin được tạo ra bằng cách cô lập từ tuyến tụy của động vật như heo và bò. Tuy nhiên, insulin người có sự khác biệt trong thành phần acid amin so với insulin bò (hai vị trí trong chuỗi A và một vị trí trong chuỗi B) và insulin heo (một vị trí trong chuỗi B). Do đó gây ra những tác dụng không mong muốn (như dị ứng) khi sử dụng insulin có nguồn gốc từ heo hay bò. Ngoài ra, quá trình sản xuất và tinh sạch insulin từ động vật còn gặp nhiều khó khăn.
Nhược điểm của việc sản xuất Insulin dùng trong lâm sàng chủ yếu có nguồn gốc động vật ( bò và lợn). Tụy của động vật này sẽ được dùng để tách chiết insulin , vì thế cần một lượng lớn tụy mới có thể sản xuất một lượng nhỏ insulin. Việc insulin được sản xuất trực tiếp từ tụy động vật thường có cấu trúc không hoàn toàn giống với insulin người, hoạt động chức năng trong cơ thể kém hơn so với insulin người , khả năng hấp thụ kém, có thể gây ra những phản ứng phụ. Mặt khác trong quá trình tách chiết, không thể loại bỏ hết đươc những tác nhân gây bệnh của động vật, quá trình tách chiết này đòi hỏi kỹ thuật cao, chi phí đắt, không thể sản xuất với qui mô rộng lớn, giá thành cao.
Sau đó, các phương pháp bán tổng hợp insulin người từ insulin heo và bò đã được phát triển bằng các sử dụng phản ứng chuyển peptide (transpeptidation) sử dụng trypsin.
Sản xuất Insulin bằng công nghệ tái tổ hợp là một bước tiến nhảy vọt trong việc chữa trị bệnh tiểu đường. Ngoài ra một ý nghĩa khá quan trong khi sử dụng công nghệ này để sản xuất Insulin, đó là hiệu quả kinh tế, khi sử dụng công nghệ này, giá thành sản phẩm hạ khá nhiều mà chất lượng sản phẩm vẫn bảo đảm, chính là nhờ ý nghĩa sản xuất sinh khối cao của tế bào nhân tham gia quy trình con nghệ ADN tái tổ hợp.
Tổng hợp Insulin người là một quá trình sinh hóa gồm nhiều bước, gồm hai phương pháp: Tạo ra các chuỗi riêng biệt, kết hợp hoá học hoặc tạo một tiền chất chuỗi đơn proinsulin người, sau đó phân cắt để tạo thành insulin hoàn chỉnh. (Phương pháp 1). Tổng hợp riêng rẽ hai chuỗi A và B (Phương pháp 2 - Phương pháp này sẽ tránh được việc sản xuất enzym đặc hiệu cần thiết để biến proinsulin thành insulin).
Ngày nay, nấm men cũng được sử dụng thay thế cho vi khuẩn E.Coli để sản xuất insulin. Có nhiều ưu điểm: tế bào nấm men tạo phân tử insulin người gần như hoàn chỉnh với cấu trúc không gian hoàn hảo. Điều đó làm giảm tối đa tính phức tạp và giá thành của các giai đoạn tinh sạch. Sản xuất insulin dựa trên công nghệ gene và công nghệ sinh học mang lại rất nhiều lợi ích và tính năng vượt trội hơn so với việc thu nhận từ động vật. Insulin được sản xuất trên nhiều hệ thống khác nhau như tế bào E. coli, tế bào Saccharomyces và ngay cả tế bào thực vật, đều có những thành công đáng kể. Tuy nhiên khi tạo ra insulin trên các hệ thống trên gặp một số hạn chế.
Mới đây nhất, Công ty Bio-Technology General đã đưa ra một phương pháp mới. Trong phương pháp này, một dạng protein dung hợp (fusion protein) bao gồm superoxide dismutase (SOD) gắn với proinsulin được biểu hiện trong tế bào E.coli. Bằng cách này, hiệu suất của quá trình biểu hiện protein và hiệu quả của quá trình hình thành các cầu nối. Sau đó, proinsulin được chuyển thành insulin nhờ xử lý với trypsin và carboxypeptidase B.
Các nhà khoa học Anh và Mỹ cho biết họ có thể sử dụng tế bào gốc lấy từ máu trong dây rốn của trẻ sơ sinh để giúp bệnh nhân tiểu đường loại 1 khôi phục khả năng sản xuất insulin trong cơ thể.
Ưu thế của phương pháp mới:
Insulin tạo ra gần như hoàn chỉnh với cấu trúc Insulin ở người.
Tạo ra một số lượng lớn Insulin trong một thời gian ngắn.
Năng suất cao.
Nguồn nguyên liệu dễ tìm ,không nguy hại đến môi trường.
Trong quá trình tách chiết: dễ thao tác kĩ thuật và chuẩn hóa trong phòng thí nghiệm.
Ít tốn kém chi phí.
Giá thành rẻ.
DS Nguyễn Doãn Anh
