Магистерский диплом (ВКР) на тему Получение инсулина генно-инженерным методом

Содержание:

Введение. 2

Глава
I. Общее понятие об образовании инсулина в организме и его значение. 5

1.
Образование инсулина в организме. 5

2.
Химический состав инсулина. 11

3.
Роль инсулина в организме. 20

Глава
II. Обзор патологии возникающих при недостатке инсулина и методы её замещения. 30

1.
Патологии, возникающие при нехватке в организме инсулина. 30

2.
Методы замещения инсулина при патологиях поджелудочной железы.. 37

3.
Отечественные и зарубежные методы замещения инсулина. 43

Глава
III. Создание инсулина по технологии рекомбинантной ДНК.. 52

1.
Генная инженерия и ее методы.. 52

2.
Создание инсулина по технологии рекомбинантной ДНК.. 60

3.
Преимущества производства инсулина с помощью генной инженерии, по сравнению с
взятием его у животных?. 77

Заключение. 80

Список
использованной литературы.. 82

Введение:

Инсулин — это гормон, который
регулирует количество глюкозы (сахара) в крови и необходим для нормального
функционирования организма. Инсулин вырабатывается клетками поджелудочной
железы, называемыми островками Лангерганса. Эти клетки непрерывно выделяют
небольшое количество инсулина в организм, но они выделяют всплески гормона в
ответ на повышение уровня глюкозы в крови.

Некоторые клетки в организме
превращают пищу, которую они поглощают, в энергию, или глюкозу крови, которую
они могут использовать. Каждый раз, когда человек ест, уровень глюкозы в крови
повышается. Повышенный уровень глюкозы в крови заставляет клетки островков
Лангерганса выделять необходимое количество инсулина. Инсулин позволяет глюкозе
крови транспортироваться из крови в клетки. Клетки имеют внешнюю стенку,
называемую мембраной, которая контролирует то, что входит и выходит из клетки.
Исследователи еще не знают точно, как работает инсулин, но они знают, что
инсулин связывается с рецепторами на мембране клетки. Это активирует набор
транспортных молекул, так что глюкоза и белки могут попасть в клетку. Затем
клетки могут использовать глюкозу в качестве энергии для выполнения своих
функций. После транспортировки в клетку уровень глюкозы в крови возвращается к
норме в течение нескольких часов.

Без инсулина глюкоза в крови
накапливается, и клетки лишаются источника энергии. Некоторые из симптомов,
которые могут возникнуть, включают усталость, постоянные инфекции, помутнение
зрения, онемение, покалывание в руках или ногах, повышенную жажду и замедленное
заживление синяков или порезов. Клетки начнут использовать жир-источник
энергии, запасенный на случай чрезвычайных ситуаций. Когда это происходит
слишком долго, организм вырабатывает кетоны-химические вещества, вырабатываемые
печенью. Кетоны могут отравлять и убивать клетки, если они накапливаются в
организме в течение длительного периода времени. Это может привести к серьезным
заболеваниям и коме.

Люди, которые не вырабатывают
необходимое количество инсулина, страдают диабетом. Существует два основных
типа диабета. Самый тяжелый тип, известный как диабет I типа или ювенильный
диабет, — это когда организм не вырабатывает никакого инсулина. Диабетики
первого типа обычно вводят себе различные виды инсулина три-четыре раза в день.
Дозировка принимается на основе показаний глюкозы в крови человека, взятых из
глюкометра. Диабетики II типа вырабатывают некоторое количество инсулина, но
его либо недостаточно, либо их клетки не реагируют нормально на инсулин. Это обычно
происходит у людей с ожирением или среднего возраста и пожилых людей.
Диабетикам II типа не обязательно принимать инсулин, но они могут вводить
инсулин один или два раза в день.

Существует четыре основных типа
инсулина, производимых в зависимости от того, как скоро инсулин начинает
работать, когда он достигает максимума и как долго он сохраняется в организме.
По данным Американской диабетической ассоциации, быстродействующий инсулин
достигает крови в течение 15 минут, достигает максимума через 30-90 минут и
может длиться пять часов. Инсулин короткого действия достигает крови в течение
30 минут, достигает максимума примерно через два-четыре часа и остается в крови
в течение четырех-восьми часов. Инсулин промежуточного действия достигает крови
через два-шесть часов после инъекции, достигает максимума через четыре-14 часов
и может длиться в крови в течение 14-20 часов. А инсулину длительного действия
требуется от шести до 14 часов, чтобы начать работать, он имеет небольшой пик
вскоре после этого и остается в крови в течение 20-24 часов. Диабетики имеют
разные реакции и потребности в инсулине, поэтому нет одного типа, который лучше
всего подходит для всех.

Хотя производство человеческого
инсулина неоспоримо приветствуется большинством инсулинозависимых пациентов,
существование меньшинства диабетиков, которые недовольны продуктом, нельзя
игнорировать. Несмотря на то, что инсулин не является новым лекарственным
средством, он должен продолжать изучаться и оцениваться, чтобы все его
потребители имели возможность наслаждаться свободным от осложнений
существованием.

Цель работы: Изучить процесс
получения инсулина генно-инженерным методом.

Для достижения поставленной цели
необходимо решить ряд задач:

1. Получить общее понятие об
образовании инсулина в организме и его значение

2. Изучить патологии возникающих
при недостатке инсулина и методы её замещения

3.Рассмотреть процесс создания
инсулина по технологии рекомбинантной ДНК.

Объект исследования: Инсулин

Предмет исследования: Получение
рекомбинантного инсулина

Методы исследования:

Теоретические: Изучение научной и
научно-методологической литературы посвященной проблематике исследования.

Практические: Анализ методов
получения рекомбинантного инсулина.

Структура работы: Работа
напечатана на 90 листах печатного компьютерного набора и включает в себя
введение, три главы, заключение и список использованной литературы, состоящий
из 85 источников.

Заключение:

По оценкам ВОЗ, в течение
следующих 20 лет продажи инсулина в мире вырастут с 12 до 54 миллиардов
долларов. Изменения в питании и образе жизни приводят к резкому росту
заболеваемости диабетом во всем мире. Как больные сахарным диабетом I, так и
больные сахарным диабетом II типа используют инсулин, однако больные сахарным
диабетом II типа на поздней стадии нуждаются в больших дозах инсулина,
поскольку у них развивается инсулинорезистентность.

Резкое увеличение числа больных
сахарным диабетом во всем мире и изучение альтернативных методов доставки
инсулина, таких как ингаляции или пероральный путь, неизбежно увеличат спрос на
рекомбинантный инсулин в ближайшем будущем. Современные технологии производства
не смогут удовлетворить растущий спрос на инсулин из-за ограниченности
производственных мощностей и высокой себестоимости продукции. Рекомбинантный
человеческий инсулин вырабатывается преимущественно с использованием кишечной
палочки и Saccharomyces cerevisiae для терапевтического применения у человека.

Однако существует настоятельная
необходимость увеличить в несколько раз производство биологически активного
инсулина и его аналогов из кишечной палочки и дрожжей с использованием новейших
новых и эффективных технологий. Другая стратегия, использующая другую
экспрессию хозяина, отличную от E. coli и Saccharomyces cerevisiae можно было
бы наняться. Растительные экспрессионные системы обладают огромным потенциалом
для высокоэффективного производства инсулина очень экономичным способом. Очень
высокий уровень экспрессии биологически активного проинсулина в семенах или
листьях с длительной стабильностью, предлагает недорогую технологию как
инъекционной, так и пероральной доставки проинсулина.

Будущее инсулина таит в себе
много возможностей. Поскольку инсулин был впервые синтезирован, диабетикам
необходимо было регулярно вводить жидкий инсулин с помощью шприца
непосредственно в кровоток. Это позволяет инсулину немедленно попасть в кровь.
В течение многих лет это был единственный известный способ переместить
неповрежденный белок инсулина в организм. В 1990-х годах исследователи начали
делать успехи в синтезе различных устройств и форм инсулина это диабетики могут
использовать в альтернативной системе доставки лекарств.

В настоящее время производители
выпускают несколько относительно новых устройств доставки лекарств. Инсулиновые
ручки выглядят как пишущая ручка. Картридж содержит инсулин, а наконечник-иглу.
Пользователь устанавливает дозу, вводит иглу в кожу и нажимает кнопку, чтобы
ввести инсулин. С ручками нет необходимости использовать флакон с инсулином.
Однако ручки требуют введения отдельных наконечников перед каждой инъекцией.
Еще одним недостатком является то, что ручка не позволяет пользователям смешивать
типы инсулина, и не все инсулины доступны.

Похожие на ручки, струйные
форсунки используют давление, чтобы протолкнуть крошечный поток инсулина через
кожу. Эти устройства не так широко используются, как ручка, и они могут вызвать
синяки в точке ввода.

Инсулиновая помпа обеспечивает
контролируемое высвобождение инсулина в организме.

Фрагмент текста работы:

Глава I. Общее понятие об
образовании инсулина в организме и его значение

1. Образование инсулина в
организме Инсулин — это гормон,
вырабатываемый поджелудочной железой, который выполняет ряд важных функций в
организме человека, в частности в контроле уровня глюкозы в крови и
предотвращении гипергликемии. Он также оказывает влияние на несколько других
областей организма, включая синтез липидов и регуляцию ферментативной
активности [1].

Важнейшей ролью инсулина в
организме человека является его взаимодействие с глюкозой, позволяющее клеткам
организма использовать глюкозу в качестве энергии. Поджелудочная железа обычно
вырабатывает больше инсулина в ответ на скачок уровня сахара в крови, например
после приема пищи с высоким содержанием энергии. Это происходит потому, что
инсулин действует как «ключ», чтобы открыть клетки в организме и позволяет
глюкозе использоваться в качестве источника энергии.

Кроме того, при избытке глюкозы в
кровотоке, известном как гипергликемия, инсулин стимулирует накопление глюкозы
в виде гликогена в печени, мышцах и жировых клетках. Эти хранилища могут быть
использованы позже, когда потребность в энергии будет выше. В результате этого
в кровотоке остается меньше инсулина, и нормальные уровни глюкозы в крови
восстанавливаются [2].

Инсулин стимулирует синтез
гликогена в печени, но, когда печень насыщается гликогеном, появляется
альтернативный путь. Это включает в себя поглощение дополнительной глюкозы в
жировую ткань, что приводит к синтезу липопротеинов.

В отсутствие инсулина организм не
способен использовать глюкозу в качестве энергии в клетках. В результате
глюкоза остается в кровотоке и может привести к высокому уровню сахара в крови,
известному как гипергликемия. Хроническая гипергликемия характерна для
сахарного диабета и, если ее не лечить, связана с тяжелыми осложнениями, такими
как повреждение нервной системы, глаз, почек и конечностей.

В тяжелых случаях недостаток
инсулина и снижение способности использовать глюкозу в качестве источника
энергии может привести к зависимости от жировых запасов как единственного
источника энергии. Расщепление этих жиров может высвобождать кетоны в кровоток,
что может привести к серьезному состоянию, называемому кетоацидозом [3].

Помимо регуляции уровня глюкозы,
инсулин также играет определенную роль в других областях организма. Он может
быть задействован во всех следующих функциях:

Модифицирует активность ферментов
и возникающие в результате реакции в организме.

Строит мышцы после болезни или
травмы путем транспортировки аминокислот в мышечную ткань, которая необходима
для восстановления мышечных повреждений и увеличения размера и силы. Он
помогает регулировать поглощение аминокислот, репликацию ДНК и синтез белков.

Управляет синтезом липидов путем
поглощения их жировыми клетками, которые преобразуются в триглицериды [4].

Управляет расщеплением белков и
липидов из-за изменений в жировых клетках.