Ciclo Anatomia

La Insulina, por Mª Dolores Pina

Nos acercamos al final de la sesión de Exposiciones de nuestros alumnos, pero aún podemos disfrutar mientras nos quede tiempo. De momento, os dejo con el trabajo de Mª Dolores sobre la Insulina y cómo el desarrollo de técnicas de Biología Molecular han permitido mejorar la obtención de esta hormona polipeptídica sin necesidad de sacrificar animales para ello.

Espero que disfrutéis este post.

LA INSULINA

ÍNDICE

¿QUÉ ES LA INSULINA Y PARA QUÉ SIRVE?

¿CUÁNDO SE DESCUBRIÓ Y CÓMO?

CÓMO SE CREABA ANTES Y CÓMO SE CREA AHORA

CURIOSIDADES

¿Qué es la insulina y para qué sirve?

➤ La insulina viene del  latín insula “isla”.

Es una hormona polipeptídica formada por 51 aminoácidos (51 aminoácidos distribuidos en dos cadenas, unidas entre sí por dos enlaces de tipo puente disulfuro entre los aminoácidos cisteína) , producida y secretada por las células beta de los islotes de Langerhans del páncreas. Determinada por Fred Sanger.

➤ Su función es la de favorecer la incorporación de glucosa desde la sangre hacia las células. Actúa siendo la insulina liberada cuando los niveles de glucosa en sangre son altos. Esta regulación la lleva a cabo la  hormona Somatostatina, al igual que cuando los niveles de glucosa en sangre son bajos, es esta hormona la encargada de regular la producción y  liberación de glucagón a la sangre. Digamos que la insulina es como una llave que abre las puertas de los vasos sanguíneos, los vuelve permeables para la salida de la glucosa a los órganos.

 

➤ La síntesis de la insulina pasa por varias etapas:

⇒ Primero la preproinsulina, que es creada por un ribosoma en retículo endoplasmático, que tras perder su secuencia señal pasa a ser proinsulina. Ésta es llevada al aparato de Golgi, donde es modificada, eliminando una parte y uniendo las dos partes restantes con puentes disulfuro, y así convertirse en insulina.

➤ Una manera de detectar si las células beta producen insulina, es haciendo una prueba, para ver si existe péptido C en sangre. El péptido C se libera a la sangre cuando las células Beta procesan la proinsulina, convirtiéndola en insulina. Cuando solo entre un 10 y un 20 % de las células Beta están en buen estado, comienzan a aparecer los síntomas de la diabetes.

➤  En  personas que padecen diabetes ésta función está alterada, ya sea porque la síntesis de insulina es defectuosa o nula (tipo I o juvenil) o porque la respuesta de las células a la insulina es deficiente (tipo II o adulta). Los individuos diabéticos se caracterizan por mantener una elevada concentración de glucosa en sangre, que puede tener consecuencias nefastas de no ser tratada, como ceguera, gangrena o en última instancia, la muerte.

➤ La diabetes se conoce desde hace unos 2000 años. De hecho, el 15 de Abril fue el 90 aniversario de la comercialización de la primera insulina. Y en el 2013 se cumplieron 60 años desde la primera comercialización de la “insulina lenta”.

➤ La insulina tiene una importante función reguladora sobre el metabolismo, sobre el que tiene los siguientes efectos:

⇒ Estimula e inhibe la glucogenogénesis.

⇒ Aumenta el transporte de glucosa en el músculo esquelético y en el tejido adiposo.

⇒ Aumenta la retención de sodio en los riñones.

⇒ Aumenta la re-captación celular de potasio y amino-ácidos.

⇒ Disminuye la gluco-secreción hepática.

⇒ Favorece la síntesis de triacilgleceroles (triglicéridos). Para ello, estimula la producción de acetil-CoA (por ejemplo, al acelerar la glucólisis), y también estimula la síntesis de ácidos grasos (componentes de los triacilgliceroles) a partir de la acetil-CoA.

⇒Estimula la síntesis de proteínas.

¿Cuándo se descubrió y cómo?

Cuándo….

Frederick Grant Banting, Charles Best, James Collip y J.J.R. Macleod de la Universidad de Toronto, Canadá, descubrieron la insulina en verano de 1921 consiguiendo aislar insulina a partir de páncreas de animales. El Doctor Banting recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por descubrir esta hormona pero se pudo demostrar que el verdadero descubridor fue Nicolae Paulescu en 1921, profesor de la Facultad de medicina de Bucarest (Rumanía).

➤Los ensayos clínicos se llevaron a cabo en 1922 y al año siguiente Eli Lilly lanzó al mercado la primera comercial con el nombre de “Iletin”.

➤ En Europa, la fábrica de colorante Hoechst comenzó a producir solo un año después bajo la dirección de Oskar Minkowski, quien en 1889 había descubierto la relación entre el páncreas y la diabetes.

Cómo…

➤En de 1921, Banting le presentó teorías sobre cómo identificar la hormona al doctor John Macleod, y este le prestó un pequeño laboratorio con 10 perros para poder experimentar, y le proporcionó un asistente:  Charles Best.

➤ Los experimentos comenzaron primero extirpando el páncreas de algunos perros, y comprobaron que los animales incrementaban los niveles de glucosa en sangre, comenzaban a beber mucha agua  y estaban debilitados.

Más tarde, mezcló otro páncreas con aguas y sales, lo congeló y filtró. De esta manera logró aislar la hormona a la que le dio el nombre de “isletin”.

El equipo consiguió administrar, por primera vez con éxito, la hormona en un perro diabético, observando cómo descendían los niveles de azúcar en sangre y remitían los síntomas de tal enfermedad tras varias inyecciones.

Este resultado impresionó a Macleod quien sugirió que se le cambiara el nombre al de insulina.

➤  Tras varios experimentos donde se testó la pureza de la insulina, se procedió a realizar la primera prueba en humanos. Fue un muchacho de 14 años, Leonard Thompson, vecino de Banting y cuya diabetes estaba a punto de costarle la vida. Los científicos le aplicaron la inyección de insulina y tras unos instantes, el joven recuperó las fuerzas y el apetito. Fue la primera persona que recibió una inyección de insulina con éxito, hecho que tuvo lugar entre las fechas de enero y octubre de 1922. La satisfactoria noticia ocupó decenas de portadas de periódicos de todo el mundo, y los científicos comenzaron a recibir decenas de solicitudes de personas que se querían presentar como voluntarios. Los efectos en todos los voluntarios fueron igual de buenos.

 

Como se creaba antes y cómo se crea ahora.

➤ En los primeros comienzos la insulina se sintetizaba de páncreas de animales. Los primeros animales de los que se sintetizaba la insulina eran bovinos. Pero era tan impura que causaba lesiones en el área de inyección y además  no era tolerada por cuerpo humano. Las investigaciones siguieron adelante para poder purificar la insulina, que fuera mejor tolerada y más efectiva .La insulina de cerdo difiere en un aminoácido de la humana y la de bovino en tres. Esta pequeña diferencia era suficiente para que algunos pacientes desarrollaran alergia a pesar de las mejoras que se habían hecho, y debieran abandonar el tratamiento. Para solventar este problema, en 1980 Hoechst aplicando un proceso químico llamado transpeptidización consiguió sustituir el aminoácido diferente en la insulina porcina (una alanina) por el aminoácido de la secuencia humana (una treonina). Pero la insulina animal presentaba varios problemas. Para empezar, su elevado precio. Para cubrir sus necesidades anuales, un diabético necesita los páncreas de aproximadamente 50 cerdos.

En la época de máxima producción, Hoechst procesaba diariamente 11 toneladas de páncreas de cerdo procedentes de más de 100.000 animales, por lo tanto el tratamiento solo estaba al alcance de unos pocos.

En 1973 Cohen y Boyer habían creado la primera bacteria transgénica que era capaz de expresar un gen foráneo. Todo parecía indicar que esta técnica podría servir para la producción de proteínas o péptidos de interés médico. Para eso hacía falta identificar el gen que codificaba la insulina en el genoma humano, algo que consiguieron W. Gilbert y Lydia Villa-Komaroff en 1977. No obstante, todavía había que solventar un inconveniente. La insulina se produce a partir de una única cadena que se corta en varios sitios hasta quedar convertida en dos cadenas unidas por los enlaces disulfuro. Las bacterias o las levaduras son capaces de sintetizar el precursor, pero no de procesarlo, por lo que el resultado era a todas luces inútil.

La solución elegida fue sintetizar las dos cadenas por separado y unirlas por métodos químicos. Los primeros en conseguirlo en 1977 fueron Riggs, Itaura y Boyer. El primer ensayo clínico se llevó a cabo en 17 voluntarios en Julio de 1980 en el Guy’s Hospital de Londres y la comercialización se llevó a cabo por Elli Lilly en consorcio con el propio Boyer y Genetech en 1982 con el nombre comercial de Humulin. La ventaja de la ingeniería genética es que no nos limitamos en copiar, sino que se puede mejorar. Según las necesidades del paciente, interesa que el efecto de la insulina sea inmediato (durante un choque hiperglucémico, por ejemplo) o persistente a lo largo del tiempo. Sabemos que la insulina se almacena formando un hexámero (3 moléculas de insulina, seis cadenas) y que en esas condiciones es inactiva. Solo es activa como monómero (una sola molécula de insulina, dos cadenas).

En 1996 se produjo la Humalog, una versión de la insulina que, cambiando de posición dos aminoácidos conseguía aumentar la velocidad del efecto. Por otra parte, alargando una de las cadenas con dos aminoácidos y sustituyendo una glicina por una arginina se produjo la glargina, comercializada bajo la marca Lantus. Esta versión tenía la particularidad de estabilizar la forma hexamérica, por lo que era poco soluble, lo que provocaba que su efecto se alargara a lo largo del día y no de forma inmediata.

Actualmente toda la insulina que se encuentra en el mercado se sintetiza por técnicas de ingeniería genética, lo que permite que ya no sea un tratamiento para unos pocos sino al alcance de la mayoría de la gente.

Datos curiosos

➤ La terapia de choque con insulina, terapia del coma insulínico o cura de Sakel, fue un tratamiento de la esquizofrenia utilizado en psiquiatría y que consistía en la inducción en un coma hipoglucémico del paciente psicótico por medio de la administración de grandes dosis de insulina.

Fue desarrollada entre 1928 y 1933 por Manfred Sakel, un psiquiatra austríaco, y utilizada ampliamente durante las décadas de 1940 y 1950, hasta que fue reemplazada por los fármacos neurolépticos en la década de 1960. La terapia de insulina, de metrazol y la electroterapia son conocidas colectivamente como las terapias de choques.

➤ En 2007, se descubrió que en las células madre del cordón umbilical se produce insulina. Un estudio realizado por investigadores estadounidenses y británicos concluye que las células madre obtenidas del cordón umbilical de recién nacidos pueden ser manipuladas para producir insulina y que en el futuro es posible que se empleen para tratar la diabetes.

➤La investigación fue dirigida por el Dr. Randall Urban, de la University of Texas Medical Branch (Estados Unidos), quien explica que fueron los primeros en conseguir cultivar grandes cantidades de células madre y dirigirlas para que se asemejaran a células beta productoras de insulina. A juicio del Dr. Urban, “este descubrimiento nos muestra que tenemos el potencial de producir insulina a partir de células madre adultas para ayudar a las personas con diabetes”.

➤El estudio se publica en “Cell Proliferation” y, según los investigadores, ofrece una alternativa al uso de células madre embrionaria.

➤Científicos de University of Missouri, pertenecientes a la School of Medicine , en 2013, descubrieron que la combinación de células de la médula ósea con un nuevo medicamento puede ayudar a curar la diabetes de tipo 1.

➤Zaghouani, uno de los investigadores, comentó:Hemos descubierto que la diabetes tipo 1 no sólo destruye las células productoras de insulina, sino también los vasos sanguíneos que los apoyan.

➤Cuando el equipo de investigadores se dio cuenta de la importancia que tienen los vasos sanguíneos para la producción de insulina, desarrolló una cura que combina un fármaco de creación propia con células madre adultas de la médula ósea. Parece que el fármaco detiene el ataque del sistema inmune y que las células madre generan nuevos vasos sanguíneos que ayudan a que las células productoras de insulina se multipliquen y prosperen. En definitiva, descubrieron que la cura de la diabetes tipo 1 necesita reparar los vasos sanguíneos para que las células beta del sujeto crezcan y distribuyan la insulina por todo el cuerpo.

 

Bibliografía

https://culturacientifica.com/2013/04/19/la-historia-de-la-insulina-90-anos-salvando-vidas/

https://www.news-medical.net/health/Insulin-Discovery-(Spanish).aspx

https://es.wikipedia.org/wiki/Insulina

https://sumedico.com/se-descubrio-la-insulina/

https://es.wikipedia.org/wiki/Terapia_de_choque_con_insulina

 

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