Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Inzulin

Cesta k jedinečnému objevu a k úspěšné terapii cukrovky
 |  5. 11. 2009
 |  Vesmír 88, 700, 2009/11

Objev inzulinu změnil ve dvacátých letech minulého století osud pacientů trpících cukrovkou, tehdy téměř neléčitelným onemocněním. V posledních desetiletích počet nemocných cukrovkou stoupá, ale z obecného povědomí se už vytratilo, že právě objev inzulinu umožnil milionům pacientů žít bez větších obtíží.

Roli slinivky břišní (pankreatu) při regulaci hladiny krevního cukru předpokládali lékaři a fyziologové již v posledních desetiletích 19. století, definitivní důkaz však podal tým z Univerzity v Torontu až v letech 1921–1923. Látka získaná z pankreatu prasat (isletin, dnes inzulin) byla během následujících tří desetiletí čištěna a izolována. Teprve v roce 1955 se však biochemikům v Cambridge podařilo objasnit její strukturu. Tím otevřeli cestu pro chemickou a později i biotechnologickou syntézu inzulinových preparátů.

Objev inzulinu

Cukrovka byla od starověku známa jako nemoc, při níž pacient pociťuje velkou žízeň a vylučuje více moči. V polovině 17. století si všiml Thomas Wills, že moč pacientů obsahuje látku podobnou cukru (odtud „mellitus“, sladký jako med); na konci 18. století prokázali Francis Home a John Rolo cukr v moči postižených a později i v jejich v krvi.

V roce 1889 zkoumali ve Štrasburku Joseph von Mering a Oskar Minkowski úlohu slinivky břišní (obr. 2) v metabolismu tuků: odstranili slinivku pokusným psům a sledovali změny v jejich tukovém metabolismu. Psi ztráceli po chirurgickém odstranění slinivky břišní velmi rychle na váze, neustále pili a v jejich moči byl nalezen cukr; umírali nejpozději deset dní po zákroku. Minkowski a von Mering tak potvrdili hypotézu francouzského fyziologa Gustava- Edouarda Laguesse přisuzující endokrinní funkci shlukům buněk, které r. 1869 objevil německý patolog Paul Langerhans; Laguesse je označil jako Langerhansovy ostrůvky.

Laguessovu hypotézu podpořili svými pokusy další badatelé. Ruský fyziolog Leonid V. Sobolev někdy kolem r. 1900 podvázal psům vývod pankreatu, a tím zabránil odchodu pankreatické šťávy do dvanáctníku. Buňky produkující tento sekret degenerovaly, protože jejich fyziologická funkce byla blokována. Zvířata sice trpěla poruchami trávení, ne však cukrovkou. Jeho poněkud ukvapeným a nepodloženým závěrem bylo, že Langerhansovy ostrůvky nedegenerovaly a dále mohly produkovat svůj dosud neznámý sekret. Americký patolog Eugene L. Opie zkoumal slinivky zemřelých diabetiků 1. typu mikroskopicky a dospěl k závěru, že mezi Langerhansovými ostrůvky a cukrovkou existuje souvislost. Svoje závěry podpořil pitevními nálezy specifického poškození buněk ostrůvků v jinak nepoškozené tkáni slinivky diabetických pacientů.

V roce 1908 použil berlínský dětský lékař a diabetolog Georg Ludwig Zuelzer poprvé extrakty z pankreatu telete (nazvané Acomatol) k snížení koncentrace glukózy v moči pacientů. Ačkoli jeho extrakty obsahovaly mnoho příměsí, působily pozitivně. V roce 1912 je Zuelzer v USA patentoval (obr. 1). Vyskytly se však i vedlejší účinky, které bylo možno pozorovat už při experimentech na zvířatech – třas, návaly pocení a zrychlená srdeční činnost. Proto Acomatol nebyl později používán. Dnes se kloníme k domněnce, že vedlejší účinky nebyly důsledkem nečistot v preparátu, ale spíše v důsledku předávkování a následného poklesu koncentrace glukózy v krvi.

Počátkem dvacátých let 20. století se o toto téma počal zajímat začínající kanadský lékař Frederick Banting. V roce 1920 četl v časopise Surgery, Gynecology and Obstetrics článek Mosese Barrona, který zjistil u pankreatické tvorby kaménků (litiázy), že buňky, které se vyplavováním enzymů podílejí na produkci pankreatické šťávy, jsou silně redukovány, kdežto buňky Langerhansových ostrůvků zůstaly nepoškozeny. Napadlo ho, že by takto degenerovaná slinivka mohla sloužit k získání antidiabetické látky, stačilo by odstranit trávicí enzymy, a tím i nebezpečí, že budou neznámou látku rozkládat během čištění. Rozhodl se dosáhnout podobné degenerace slinivky chirurgickým podvázáním vývodu do dvanáctníku.

Přesvědčil šéfa Fyziologického ústavu Univerzity v Torontu Johna Jamese Rickarda Macleoda, aby mu přenechal několik psů a poskytl laboratoř s asistentem. Tím byl student biologie Charles Herbert Best. Spolu s Bestem provedl Banting v roce 1921 první operace. Po několika neúspěších vyvinuli pro částečnou blokádu pankreatického vývodu techniku, která skutečně vedla k degeneraci slinivky břišní. Degenerovanou slinivku extrahovali a filtrovaný extrakt injikovali do žíly psům, u nichž byla odstraněním slinivky vyvolána cukrovka. Už první pokusy ukázaly, že koncentrace krevního cukru u psů poklesla zhruba na 50 procent.

Od experimentů na zvířatech k terapii diabetu

Protože při získávání extraktů přicházelo o život příliš mnoho psů, uvažovali experimentátoři o vhodnějším zdroji – o slinivce telecích zárodků odebraných na jatkách poraženým březím kravám. Pravděpodobně na radu Macleoda změnili extrakční proceduru. Místo Ringerova roztoku používali alkohol okyselený kyselinou sírovou, aby neznámou látku chránili před účinkem pankreatických (slinivkových) enzymů. Takto získané extrakty byly šetrně vysušeny a použity k přípravě injekčního roztoku. Jím bylo možno snížit krevní cukr až na 16 procent původní koncentrace. V dalším kroku zjistili, že i mírně kyselé extrakty ze žláz dospělých jatečních zvířat vyvolávají tentýž efekt.

Ani Banting, ani Best – ani Macleod – neměli základní biochemické znalosti nutné pro izolaci a čištění látky z biologického materiálu. Toho se ujal na konci roku 1921 biochemik Albertské univerzity v Edmontonu James Bertram Collip, který byl právě v Torontu na stáži. Collip zavedl novou proceduru, založenou na etanolové frakcionaci, tj. postupném vylučování jednotlivých substancí z roztoku se zvyšující se koncentrací alkoholu.

V první polovině roku 1922 se Banting a Best odvážili Collipovy preparáty testovat na pacientech. Prvním z nich byl Leonard Thompson, čtrnáctiletý chlapec s těžkým diabetem, patrně 1. typu. Po nepříliš úspěšné počáteční fázi se jeho stav zlepšil během několika málo týdnů. Díky inzulinové terapii pak bez výraznějších obtíží žil dalších třináct let (zemřel na zápal plic, nikoli na cukrovku). Dalším pacientem byl Bantingův kolega Dr. Joseph Gilchrist, který v té době už pět let trpěl těžkou cukrovkou (zřejmě rovněž 1. typu s pozdním začátkem). Od poloviny roku 1922 mu pravidelné podávání inzulinového preparátu umožňovalo normální život a lékařskou praxi. Mnozí tehdejší diabetici pak žili díky inzulinu dlouhá léta: Teddy Ryder, u něhož byla cukrovka diagnostikována v 5 letech, zemřel v 76, Jim Havens, první Američan léčený inzulinem, v 59; Elisabeth Ewans Hughesová (provdaná Gossettová) onemocněla v 11 letech a zemřela v 73; za svůj život dostala 43 000 inzulinových injekcí a vedla téměř normální život. Tak nečekaný a triumfální úspěch se v medicíně nepřihodí často.

Výsledky byly od počátku tak přesvědčivé, že ředitel výzkumu farmaceutického podniku
Eli Lilly, Georges Henry Alexander Clowes, zavedl ve spolupráci s torontskou skupinou výrobu inzulinu ze slinivek prasat a hovězího dobytka už v květnu 1922. Od podzimu toho roku měla většina diabetiků k dispozici vyčištěný inzulin; jeho chemické složení však ještě nebylo odhaleno. První krok k poznání jeho struktury učinili r. 1926 na Univerzitě Johnse Hopkinse v Baltimore Eugene Maximilian Karl Geiling a John Jacob Abelov, kteří z extraktu po přídavku zinečnatých solí získali čistý krystalický inzulin.

Poučení z příběhu

Úspěch inzulinu byl tak obrovský, že se mu nevyhnuly vášnivé spory. Nejprve Banting obvinil Macleoda z nedostatečné podpory a později dokonce z krádeže výsledků. Ve skutečnosti Macleod umožnil oběma mladým vědcům experimenty ve svém ústavu, dal jim patrně řadu užitečných rad, a navíc se sám aktivně zapojil, když viděl, že pokusy přinesly důležité výsledky. Jeho chování bylo, nahlíženo z odstupu, velkorysé: dal příležitost mladému lékaři bez vědeckých zkušeností a podpořil jím navrhovaný, profesionálně nepřipravený projekt, který nadto v rukou předchozích badatelů nevedl k výsledkům. Který vedoucí ústavu by si to dnes vzal na odpovědnost?

Celá tato historie nebyla pouze idylická a bez rozporů. Prvý z mnoha dalších konfliktů vzplál již v lednu 1922 mezi Collipem a Bantingem: Collip mu odmítal prozradit svou čisticí proceduru pankreatických extraktů a naznačil, že ji po domluvě s Macleodem přihlásí k patentování. Banting se nechal strhnout až k téměř fyzickým útokům. Macleodovi se pak podařilo dosáhnout dohody, že prozatím inzulin nepatentuje nikdo ze zúčastněných.

Rok 1923 a Nobelova cena

Impulzivní chování Fredericka Bantinga se projevilo i při udělení Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu v roce 1923, která byla přiřčena jemu a Macleodovi. V první chvíli po zveřejnění laureátů chtěl cenu odmítnout, jednak proto, že se Macleod podle jeho mínění o vývoj inzulinu ve skutečnosti nezasloužil, a také proto, že Charles Best byl opomenut. Teprve po domluvě profesora hygieny v Torontu Johna Geralda Fitzgeralda a mecenáše tamější univerzity plukovníka Alberta Gooderhama uznal význam této jedinečné ceny pro Kanadu a odmítavý telegram do Švédska neposlal. Okamžitě však oznámil, že se o svůj finanční podíl ceny rozdělí s Charlesem Bestem. (Macleod se později o svou polovinu rozdělil s Jamesem Collipem). Při slavnostním předávání ve Stockholmu však nebyl přítomen ani Banting, ani Macleod.

Rozhodnutí Nobelovy komise bylo opravdu poněkud zvláštní a jistě bylo poplatné hierarchickému uvažování. Pominut byl nejen Charles Best, ale i řada dalších, kteří v přibližně stejnou dobu či dokonce dříve dospěli k podobným výsledkům jako Banting a Best.

Nároky na prvenství

Nepřekvapuje tedy, že po udělení Nobelovy ceny upozorňovala řada vědců na to, že oni sami nebo jejich kolegové při objevu inzulinu hráli rovněž pionýrskou roli. Už v první dekádě 20. století vyšel Georg Ludwig Zuelzer z téhož předpokladu jako Banting. Je pravděpodobné, že Banting jeho práce neznal: byly zveřejněny v němčině, kterou Banting neovládal.1) Nicolae Paulescu z Bukurešti, který skutečně publikoval před Bantingem a Bestem v letech 1920–1921 podobné výsledky s pankreatickými extrakty ve francouzštině, obvinil torontskou skupinu dokonce z „krádeže“ a požadoval revizi rozhodnutí Nobelovy komise. Rozhodujícím faktorem byl však tehdy čas. Paulescu si patrně plně neuvědomoval, jaký by jeho práce mohla mít klinický dosah. Torontský tým byl prostě rychlejší.

Také profesor fyziologie na Collège de France Marcel Eugen Emil Gley už v devadesátých letech 19. století zkoumal extrakty slinivky břišní, které byly ve způsobu přípravy i v účincích velmi podobné těm, s nimiž zpočátku pracovali Banting a Best. Není jasné, proč své výsledky nezveřejnil. Protokoly zapečetil a deponoval je u francouzské Společnosti biologické. Na jeho přání byly otevřeny až v prosinci 1921, poté co už byly oznámeny prvé výsledky z Toronta. Tento počinek je dodnes nevysvětlitelný a eticky velmi pochybný.

K úspěchu neměl daleko ani Israel Simon Kleiner, který pracoval v Rockefellerově institutu v New Yorku spolu se známým fyziologem a diabetologem Samuelem Jamesem Melzelem. V jeho pracích, které publikoval před Bantingem a Bestem (v letech 1915 až 1919), byly už základy působení inzulinu popsány.

Ať je tomu jakkoli, klinické úspěchy, které svým významem daleko předčily fyziologické poznatky, přišly z Toronta. Z tohoto úhlu pohledu se rozhodnutí Nobelovy komise může zdát ukvapené, nicméně ospravedlnitelné.

Objev inzulinu a pokusy na zvířatech

Práce F. Bantinga, Ch. Besta i všech jejich předchůdců (viz obr. 34) stály život tisíce zvířat, zejména psů. Nevedly by k výsledkům i jiné cesty? Kategorická odpověď: rozhodně nevedly. Zaprvé až do poloviny 20. století neexistovala k pokusu na zvířeti žádná přesvědčivá alternativa. Zadruhé je i dnes obtížné testovat biologickou aktivitu
inzulinových preparátů in vitro. Zatřetí hrál roli i čas: podstatná modifikace tehdy užívaných metod by si vyžádala velmi dlouhou dobu. Výsledky torontské skupiny naznačovaly možnost zachránit lidské životy, a z tohoto hlediska by bylo jakékoliv podstatné zdržení nezodpovědné.

Ovšemže nejsou tyto pokusy srovnatelné s dnešními standardy ani z právně-etického, ani z metodického hlediska. Během první série pokusů, které Banting a Best prováděli, zemřelo čtrnáct z celkového počtu devatenácti psů, a to často kvůli experimentálním chybám. Tehdejší podmínky, jako ostatně žádné historické děje, však nelze měřit dnešními právními ci morálními měřítky.

Vedlejší účinky a problém rizikovosti

Vedlejší účinky inzulinových injekcí u prvních pacientů nebyly zanedbatelné: preparáty nebyly dost vyčištěny docházelo tak k bolestivým abscesům v místě vpichu. Dostavovaly se rovněř obávané hypoglykemické reakce, dávkování nebylo spolehlivě stanoveno a inzulin byl občas předávkován. Ošetřující lékaři si také byli vědomi nebezpečí možných toxických účinků, horečky a imunitní reakce na cizí proteiny. Přesto pacienti jevili o tuto léčbu zájem, protože následky nemoci byly daleko závažnější než vedlejší účinky léku.

Tato historická zkušenost hovoří i k dnešku. Rizika existují při každé terapii, zvláště je-li ještě v pokusném stádiu. Vyžadovat „nulová rizika“, jejichž záruku dnes proklamují některá zájmová seskupení nejen v terapii, ale i jinde, je buď prostředkem politické strategie, nebo projevem nedostatku smyslu pro realitu.

Závěrem

Tyto události z počátku dvacátých let minulého století byly nejen velkým vědeckolékařským, ale i skutečně humanitním krokem vpřed, a to přes všechny lidské a vědecké nedostatky, sváry mezi jejich protagonisty a opominutými vědci. Pro všechny platí strohá věta tehdejšího pečlivého pozorovatele torontské scény, Dr. Lewellyse Barkera v listopadových číslech kanadských deníků: „There is in insulin enough glory for all.“

Pozn. red.: Tento text je redakcí značně krácená a upravená verze původního rozsáhlého článku publikovaného v BioFokus Nr. 69, 2005; (viz www.forschung-leben.ch/download/BioFokus69.pdf).

Poznámky

1) Kanadský historik Michael Bliss z Univerzity v Torontu nalezl nedávno v archivech nobelovského výboru dopis, v němž Zuelzer požaduje uznání svého prvenství.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Medicína

O autorovi

Vladimír Pliška

Prof. Dr. Vladimír Pliška (*1934) vystudoval Vysokou školu chemicko‑technologickou v Praze. Do roku 1970 pracoval v Ústavu organické chemie a biochemie ČSAV, od r. 1970 do emeritování profesor na Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) v Curychu. Zabývá se molekulární a buněčnou endokrinologií. Od roku 1999 spoluorganizuje každoročně v Praze seminář „Science, or else?“, na němž se podílí jak ETH, tak AV ČR.

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné