L’insulina, ormone peptidico prodotto dal pancreas dei vertebrati, permette alle cellule di utilizzare il glucosio presente nel sangue. Se l’insulina manca o è insufficiente le cellule “hanno fame” e il glucosio che ristagna nel sangue deteriora i vasi. Anche un’eccessiva presenza di questo ormone può portare dei seri problemi all’organismo: pertanto, l’ideale è avere nel sangue sempre e solo la quantità d’insulina necessaria. Infatti questo è l’obiettivo dei pazienti, dei diabetologi e delle Case produttrici.
In una prima fase ci si è occupati di produrre un’insulina a basso costo e affidabile: ma come si è arrivati a tale risultato?

Dopo la fine della Prima Guerra Mondiale il dottor Frederick Grant Banting incominciò l’attività di medico in Ontario. La sera del 20 ottobre 1920 il giovane medico canadese stava preparando la lezione del giorno dopo per gli studenti; riassumeva quanto sino ad allora era possibile sapere sul pancreas. In particolare colpì la sua attenzione un articolo di Moses Barron, riguardante l’analogia tra i cambiamenti degenerativi che seguivano la legatura dei dotti pancreatici e la loro ostruzione a seguito dei calcoli. Inoltre A.M. Dobson aveva dimostrato nel 1776 che le urine del soggetto diabetico contengono zucchero e solo un centinaio di anni dopo Von Mering e Minkowsky avevano osservato nel cane che l’asportazione nel pancreas provocava il diabete. In più Langherans aveva scoperto nel tessuto pancreatico raggruppamenti cellulari che verranno poi indicati come isole di Langherans., produttori di fermenti i quali si versavano direttamente nel sangue. A Banting non ci volle molto per notare la correlazione tra pancreas e diabete. Forse era questa la chiave per scoprire il mistero del diabete e dare speranza a milioni di pazienti.
Per condurre queste ricerche ottenne da Macleod, direttore del laboratorio di fisiologia dell’Università di Toronto, una decina di cani, attrezzature per effettuare analisi del sangue e delle urine per verificare la concentrazione degli zuccheri e l’aiuto di un giovane assistente, Charles Herbert Best, per otto settimane. Il lavoro di Banting e Best cominciò il 16 maggio 1921. Essi legarono il dotto pancreatico di un cane e dopo qualche settimana il pancreas era degenerato divenendo non più grande di un pollice. I due triturarono,allora, i residui in un mortaio, riducendolo in poltiglia e filtrandolo. Il 27 luglio 1921 alle ore 10 Banting somministra l’estratto così ottenuto a una cagnetta, quasi morente e in coma. L’attesa è drammatica ma dopo qualche momento l’animale inizia a scodinzolare e a saltare di qua e di là. La ricerca dello zucchero nell’urina ora indica una riduzione progressiva tanto da passare da 0.2 a 0.11 in due ore. Questo significava che l’estratto che avevano iniettato induceva l’organismo a metabolizzare il glucosio: era stata scoperta l’insulina, sembrava un miracolo! Ma a guastare la festa subentra la morte della cagnetta.
Infatti, per mantenerla in vita sarebbe occorsa tanta altra “isletina” (così Banting battezza inizialmente la sostanza che ha estratto dalle isole) procurabile solo attraverso il pancreas di ben altri otto cani. Come procurarsi tanto materiale? Il problema è ben presto risolto: ci si rivolse al mattatoio comunale dove i pancreas degli animali venivano gettati via.
Ma giunse, immancabilmente, il momento di provare la nuova sostanza sull’uomo. Occorreva dunque, dopo aver purificato ulteriormente l’estratto, trovare qualcuno disposto a sottoporsi alla prova. Era l’11 gennaio 1922 e l’uomo si chiamava Joe Gilchrist: un laureato in medicina affetto da un forte diabete. Fu infine Macleod a trovare il nome di insulina, e Collip a renderla somministrabile.
Gli esperimenti continuarono su altri numerosi casi sempre con successi. Per esempio un caso notevole si verificò quando vennero impiantate cellule di maiale in alcuni diabetici: dopo l’impianto due di loro si ripresero completamente, tre videro regredire la loro malattia del 40%, i rimanenti, infine, migliorarono solo leggermente. In seguito l’insulina suina venne utilizzata per tentare di mantenere sotto controllo la glicemia.
Successivamente alla Duke University si innestarono cellule produttrici d’insulina in un babbuino facendo regredire la sua malattia. Dopo l’intervento la glicemia si stabilizzò e dopo nove mesi l’animale non risultava insulino- dipendente.
L’esperimento venne ripetuto su cinque babbuini diversi con risultati positivi tanto che si presume di poterlo effettuare anche sull’uomo entro un anno. Hugh Auchincloss Jr afferma, infatti, che non vi è nessun motivo per credere che le cellule dei babbuini non funzionino nell’uomo dal momento che i diabetici usano già da molti anni l’insulina animale.

b) Struttura proteica dell’insulina

L’insulina è un ormone proteico secreto dalle isole di Langerhans del pancreas anche se è presente, ma sempre in minori quantità, nel fegato, nel timo, nella milza, nelle ghiandole salivari, nel cervello e nel sangue. L’insulina ha un alto contenuto di zolfo, è una polvere bianca, amorfa o cristallina, solubile in acqua e in alcool a 80°.
Questo ormone agisce a livello del fegato stimolando la formazione di glicogeno e inibendo la conversione di sostanze diverse dai carboidrati in glucosio. L’insulina ha inoltre un effetto ipoglicemizzante perché, promuovendo la diffusione del glucosio attraverso le membrane cellulari, si ha conseguentemente una riduzione del livello di glucosio nel sangue. L’insulina stimola anche la sintesi e l’immagazzinamento dei grassi nelle cellule adipose. La sua secrezione è regolata dalla concentrazione di glucosio nel sangue, quindi, quando la concentrazione è alta, ad esempio dopo un pasto, il pancreas rilascia l’insulina, mentre quando la glicemia diminuisce la secrezione di insulina si riduce.
La molecola dell’insulina è formata da due catene polipeptidiche:
una catena A, con 21 amminoacidi e un ponte disolfuro che le fa assumere una forma cilindrica, e una catena B, con 30 amminoacidi. Queste due catene sono unite da due ponti disolfuro e derivano da un unico polipeptide da cui viene scisso il Peptide C, un corto frammento proteico apparentemente privo di funzioni fisiologiche che, in quanto secreto insieme all’insulina, è un utile indicatore della funzionalità insulare.
La sintesi biotecnologia dell’insulina umana fu realizzata completamente nel 1966 da due catene A e B sintetizzate da P.G.Katsoyannis e da allora viene utilizzata in medicina come cura del diabete e, in genere, contro l’iperglicemia e la glicosuria.

c) Produzione biotecnologica attuale di insulina

Grazie all’avvento dell’era biotecnologica è possibile produrre l’insulina tramite tecnologia del DNA ricombinante in sistemi batterici.
L’insulina si ottiene con la tecnologia del DNA ricombinante dal 1982, quando negli Stati Uniti fu messo a punto un sistema batterico in E.coli. La strategia di clonaggio prevede la produzione della catena A e B separatamente.
L’informazione per la catena A è stata sintetizzata fondendo la sequenza nucleotidica con il gene lacZ nel plasmide pBR322, vettore di clonazione in E.coli, e nel punto di fusione tra lacZ e l’informazione relativa alla catena A è stato inserito il codone codificante l’amminoacido metionina.
La catena B è stata, invece, sintetizzata in due tempi: prima è stata sintetizzata la porzione N-terminale con procedimento analogo a quello seguito per la catena A, poi è stata sintetizzata la porzione C-terminale con lo stesso procedimento. In seguito all’espressione di tali geni in E.coli si sono isolati i frammenti codificanti la catena, sono stati fusi col gene lacZ inserendo nel punto di fusione l’amminoacido metionina.
L’utilizzo del sistema lacZ beta-galattosidasi ha numerosi vantaggi, ad esempio, il fatto che il sistema sia inducibile perché le catene vengono sintetizzate in fusione con la beta-galattosidasi, che svolge un’azione protettiva nei confronti della demolizione proteolitica.
I due peptidi vengono trattati quindi con bromuro di cianogeno, un agente chimico capace di scindere i peptici con taglio proteolitico in corrispondenza dell’amminoacido metionina.

Non resta, quindi, che purificare i prodotti di sintesi e mescolare le due catene, permettendo la formazione spontanea dei ponti disolfuro.
Inoltre, l’insulina in soluzione è in equilibrio tra forma dimera ed esamera.
In presenza di zinco assume forma esamera, diventando un complesso cristallino o amorfo più stabile ma insolubile e quindi di più lento assorbimento. La forma cristallina viene assorbita più lentamente ed è nota come “insulina ultralenta” e la sua azione appare dopo circa 36 ore; la forma amorfa è nota come “insulina semilenta”, viene assorbita più rapidamente e la sua azione ha una durata di sole 12-16 ore.
Il prodotto commerciale più noto è l’Humulin, disponibile in diverse forme differenti in composizione e modalità di azione.