¿Cómo se fabrica la insulina artificial? Materias primas, Proceso de manufactura, Comenzando con las cadenas A y B.
La insulina es básicamente una hormona que regula la cantidad de glucosa (azúcar) en la sangre y se requiere para que el cuerpo funcione normalmente. Es producido por células llamadas islotes de Langerhans en el páncreas. Estas células siguen liberando pequeñas cantidades en el cuerpo.
Cada vez que una persona consume alimentos o bebidas, la glucosa en la sangre aumenta. Esto provoca que las células en los islotes de Langerhans liberen la cantidad necesaria de insulina, ya que ayuda a transportar la glucosa de la sangre a las células. Las células tienen una pared externa llamada membrana, que controla lo que entra y sale de ella.
Aunque los investigadores no saben exactamente cómo funciona la insulina, sí saben que se une a los receptores en la membrana de una célula. Esto activa un conjunto de moléculas de transporte que permiten que la glucosa y las proteínas entren en la célula. Las células pueden utilizar esta glucosa como fuente de energía. Una vez transportado, el nivel de glucosa vuelve a la normalidad en unas horas.
En su ausencia, la glucosa se acumula en la sangre y las células se ven privadas de su fuente de energía, dando lugar a varios trastornos. Si el cuerpo no produce ninguna cantidad adecuada, la gente debe tomarlo artificialmente. Los pacientes diabéticos son los que más se benefician, ya que son incapaces de producirlos naturalmente.
Los intentos de producir insulina fuera del cuerpo humano se remontan a 1921 cuando los científicos canadienses Frederick G. Banting y Charles H. Best purificaron con éxito la insulina, del páncreas de un perro.
En 1936, los investigadores encontraron una manera de hacerlo con una liberación más lenta en la sangre. Agregaron una proteína que se encuentra en el esperma de un pez, protamine , que el cuerpo puede descomponer lentamente. Una inyección duró 36 horas.
En la década de 1970, los investigadores comenzaron a producir una insulina que se parecía más a la insulina natural del cuerpo. Sin embargo, un avance importante se produjo en la década de 1980 con invenciones revolucionarias en el campo de la biotecnología. Los investigadores utilizaron los principios de la ingeniería genética para fabricar insulina humana.
En 1982, Eli Lilly and Company lo produjo con éxito, que fue el primer producto farmacéutico de ingeniería genética aprobado. Sin tener que depender de los animales, los investigadores ahora podrían producirlo en cantidades abundantes.
Materias primas
La insulina humana se cultiva en el laboratorio dentro de Escherichia coli , una bacteria. Aunque es, con mucho, el tipo de bacteria más ampliamente utilizado, la levadura también se puede usar como sustituto.
La proteína humana que la produce se obtiene a través de una máquina de secuenciación de aminoácidos que sintetiza el ADN. Los fabricantes ingresan los aminoácidos de la insulina (cuyo número exacto es conocido por los fabricantes), y la máquina de secuenciación conecta los aminoácidos entre sí. Se necesitan grandes tanques para cultivar las bacterias y también para sintetizar la insulina.
Aparte de esto, se necesitan varios instrumentos para separar y purificar el ADN, como una máquina de centrifugado y varios instrumentos de cromatografía y cristalografía de rayos X.
Proceso de manufactura
El gen de la insulina es una proteína que consta de dos cadenas separadas de aminoácidos, “A y B”, que se mantienen unidas con enlaces. Los aminoácidos son los bloques de construcción de todas las proteínas. La cadena ‘A’ consta de 21 aminoácidos, mientras que la cadena ‘B’ tiene 30.
Antes de producir una proteína de insulina activa, se produce preproinsulina. Es una sola cadena de proteína larga con las cadenas ‘A’ y ‘B’ juntas. Hay una sección en el centro que une las cadenas y una secuencia de señal en un extremo, que estimula a la proteína a comenzar a secretarse fuera de la célula.
Después de la preproinsulina, la cadena se convierte en proinsulina, que de nuevo es una cadena única pero sin la secuencia de señalización. Finalmente, se genera la proteína activa insulina, la proteína sin la sección que une las cadenas ‘A’ y ‘B’.
En cada paso, la proteína requiere enzimas específicas para generar la siguiente forma de insulina. Cualquiera de los siguientes métodos puede ser adoptado para producirlo.
Comenzando con las cadenas A y B
Un método de fabricación es hacer crecer las dos cadenas por separado. Esto evitará la fabricación de cada una de las enzimas específicas necesarias en cada paso. Se necesitan dos mini-genes para este proceso; uno que produce la cadena ‘A’, y el otro para la cadena ‘B’.
Como los fabricantes conocen la secuencia exacta de ADN de cada cadena, sintetizan el ADN de cada mini-gen en una máquina de secuenciación de aminoácidos. Las dos moléculas de ADN se insertan en plásmidos que se asimilan más fácilmente en el ADN del huésped.
Luego, los fabricantes insertan los plásmidos en una bacteria no dañina, E. coli. La inserción se realiza junto al gen lacZ, que permite eliminar la insulina para que no se pierda en el ADN de la bacteria. Adyacente a este gen está el aminoácido metionina que inicia la formación de proteínas.
Los plásmidos se mezclan con las células bacterianas para ingresar a las bacterias en un proceso llamado transfección . Las bacterias que sintetizan la insulina experimentan un proceso de fermentación en tanques grandes y comienzan a multiplicarse rápidamente.
Después de la multipicación, las células se extraen de los tanques y se descomponen para obtener el ADN. El ADN de la bacteria luego se trata con bromuro de cianógeno, un reactivo que divide las cadenas de proteínas en el residuo de metionina para separar las cadenas del resto del ADN.
Las dos cadenas se mezclan y se conectan mediante enlaces disulfuro a través de la reacción de oxidación por reducción. Luego se agrega un agente oxidante a esto. La centrifugación se realiza para separar los componentes celulares por tamaño y densidad. Al final, la mezcla de ADN se purifica para que solo queden las cadenas de insulina.
Proceso de Proinsulina
Este es otro método para sintetizar la insulina humana. El proceso comienza con el precursor directo del gen de la insulina, la proinsulina. Muchos de los pasos son los mismos que en el método anterior, excepto que en este método la máquina de aminoácidos sintetiza el gen de la proinsulina.
La secuencia que lo codifica se inserta en las células de la bacteria E. coli no patógena. Las bacterias pasan por el proceso de fermentación para reproducirse y producir proinsulina. Luego, la secuencia de conexión entre las cadenas ‘A’ y ‘B’ se rompe con una enzima y la insulina resultante se purifica.
Insulina analógica
Este es un método mejorado y se realiza principalmente cambiando su secuencia de aminoácidos y creando un análogo , una sustancia química que imita a otra sustancia tan bien que engaña a la célula. La insulina analógica se acumula menos y se asimila más fácilmente en la sangre, lo que le permite comenzar a trabajar en el cuerpo solo minutos después de una inyección.
Humulin es un tipo de insulina análoga que no tiene enlaces fuertes con otra insulina y, por lo tanto, se absorbe rápidamente. Otra insulina análoga, llamada Glargine, cambia la composición química de la proteína para hacer que tenga una liberación relativamente constante durante 24 horas, sin picos pronunciados.
A lo largo de los años, los investigadores han ideado procedimientos más avanzados para producir insulina, que es muy similar a su forma natural. Personas de todo el mundo se han dado cuenta de los beneficios de la insulina fabricada y han comenzado a consumirla en grandes cantidades.
