Na początku lat dwudziestych Frederick Banting i Charles Best odkryli insulinę pod kierownictwem Johna Macleoda na Uniwersytecie w Toronto. Z pomocą Jamesa Collipa insulina została oczyszczona, dzięki czemu stała się dostępna w skutecznym leczeniu cukrzycy. Banting i Macleod zdobyli Nagrodę Nobla za swoją pracę w 1923 r.
Na przełomie XX i XXI wieku ścisła dieta niskokaloryczna, bez węglowodanów była jedynym skutecznym sposobem leczenia cukrzycy. Ale ta metoda, z spożycie żywności czasami tak niskie, jak 500 kalorii dziennie, miał swoje konsekwencje, jak powolne głodzenie, jak cukrzyca, drenowane pacjentów z ich siły i energii, pozostawiając je semi-inwalidów. Leczenie dietą wymagało również nadmiernej siły woli ze strony pacjenta, z których bardzo niewielu było w stanie utrzymać niskokaloryczną dietę przez dłuższy czas. W 1921 roku naukowcy z Uniwersytetu w Toronto rozpoczęli serię eksperymentów, które ostatecznie doprowadziły do wyizolowania i komercyjnej produkcji insuliny – hormonu trzustki niezbędnego do metabolizowania węglowodanów i skutecznego leczenia cukrzycy.
Setting Stage for the Discovery of Insulin
Związek między wydzielinami trzustki a cukrzycą został po raz pierwszy wykazany w 1889 roku przez dwóch niemieckich fizjologów z Uniwersytetu w Strasburgu, Oskara Minkowskiego i Josepha von Meringa. Badając wpływ wydzieliny trzustkowej na metabolizm tłuszczów, wykonali oni całkowitą pankreatektomię u psa laboratoryjnego, po czym odkryli, że u zwierzęcia rozwinęła się choroba nie do odróżnienia od cukrzycy. Dwadzieścia lat wcześniej niemiecki student medycyny, Paul Langerhans, odkrył dwa systemy komórek w trzustce: acini, o których wiedział, że produkują wydzieliny trawienne trzustki, oraz inny system, którego funkcja była dla niego nieznana. Komórki te wyglądały dla Langerhansa jak maleńkie skupiska komórek, lub wyspy, unoszące się wśród acini. W 1901 roku Eugene Opie, amerykański patolog z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, powiązał degenerację tych komórek, które nazwano „wysepkami Langerhansa”, z wystąpieniem cukrzycy. Eksperymentalne wysiłki tych i wielu innych badaczy umożliwiły odkrycie insuliny – hormonalnej substancji przeciwcukrzycowej wydzielanej przez wysepki Langerhansa – w pierwszych dziesięcioleciach XX wieku.
Frederick Banting
W 1920 roku Frederick Grant Banting (1891-1941) był chirurgiem w upadającej praktyce w London, Ontario, w Kanadzie. Najmłodszy syn metodystycznych rolników z Alliston, Ontario, Banting prawie wstąpił do ministerstwa metodystów, ale w ostatniej chwili zdecydował, że jego powołanie leżało w medycynie. Pierwsza wojna światowa skróciła jego pięcioletni kurs medyczny na Uniwersytecie w Toronto: jego klasa zaliczyła cały piąty rok w lecie 1916 roku, a po otrzymaniu pośpiesznych dyplomów wyruszyła na wojnę. Banting służył jako oficer medyczny batalionu w Canadian Army Medical Corps; wrócił do Toronto w 1919 roku po tym, jak został ranny w ramię odłamkiem. Szkolił się na chirurga w Szpitalu Chorych Dzieci w Toronto, a następnie zdecydował się otworzyć małą praktykę jako chirurg w London, Ontario. Niestety, jego zarobki z praktyki były niewielkie, co zmusiło go do podjęcia pracy jako demonstrator w miejscowej szkole medycznej. To właśnie w tym charakterze Banting przygotowywał 30 października 1920 r. wykład na temat funkcji trzustki. Zatrzymał się w bibliotece szkoły medycznej, gdzie odebrał najnowszy numer Surgery, Gynecology and Obstetrics i przeczytał artykuł zatytułowany „The Relation of the Islets of Langerhans to Diabetes, with Special Reference to Cases of Pancreatic Lithiasis.”
Banting Approaches John Macleod
Myśląc o wydzielinach trzustki po przeczytaniu artykułu, Banting zanotował pomysł na wstępny eksperyment, który miał na celu dalsze zbadanie związku między wydzielinami trzustki a cukrzycą. 7 listopada, za radą kolegi, Banting zwrócił uwagę na swój pomysł Johna Jamesa Rickarda Macleoda (1876-1935), szkockiego fizjologa i eksperta w dziedzinie metabolizmu węglowodanów w jego alma mater, University of Toronto.
macleod.jpg
John Macleod w 1923 roku.
C. H. Best Papers, Thomas Fisher Rare Book Library, University of Toronto
Macleod, syn ministra, otrzymał wykształcenie medyczne na Uniwersytecie w Aberdeen oraz wykształcenie biochemiczne na Uniwersytecie w Lipsku. W 1903 roku Macleod wyemigrował do Stanów Zjednoczonych, aby objąć stanowisko profesora fizjologii na Western Reserve University (obecnie Case Western Reserve University) w Cleveland, Ohio. Po 15 latach pracy w Western, Macleod przyjął profesurę na Uniwersytecie w Toronto, gdzie prowadził badania nad oddychaniem.
Wcześniej w swojej karierze Macleod opublikował serię prac na temat glikozurii, czyli obecności cukru w moczu (częsty wskaźnik cukrzycy). Jako naukowiec zaznajomiony z literaturą przedmiotu, nie był pod wrażeniem zakresu wiedzy Bantinga na temat cukrzycy i trzustki oraz sceptycznie odnosił się do zasadności pomysłu Bantinga. Jednak Macleod postanowił dać mu miejsce w laboratorium, asystenta i kilka psów laboratoryjnych na dwa miesiące pod koniec roku akademickiego.
Experiments Begin
Banting i jego asystent, Charles Herbert Best (1899-1978), rozpoczął swoje eksperymenty w maju 1921 roku. Best, amerykański syn kanadyjskich rodziców, właśnie ukończył studia licencjackie z fizjologii i biochemii na Uniwersytecie w Toronto i został zatrudniony jako asystent Macleoda, swojego byłego nauczyciela. Macleod przydzielił go do Bantinga, a 29-letni chirurg i 22-letni asystent rozpoczęli wspólną pracę.
bio_banting_best.jpg
Frederick Banting i Charles Best na dachu budynku medycznego Uniwersytetu Toronto w 1922 roku. Psy były wykorzystywane jako obiekty doświadczalne w testach insuliny.
F. G. Banting Papers, Thomas Fisher Rare Book Library, University of Toronto
Połączenie wyczucia czasu i szczęścia pozwoliło badaczom z Toronto jako pierwszym ogłosić odkrycie insuliny. Naukowcy w Niemczech i na Węgrzech byli bardzo bliscy znalezienia czystej insuliny, ale brak funduszy i zniszczenia I wojny światowej zahamowały ich postępy. Idąc w ślady wcześniejszych badaczy, Banting i Best rozpoczęli badania nad cukrzycą od eksperymentalnego połączenia podwiązania przewodu trzustkowego z jelitem cienkim oraz pankreatektomii, czyli całkowitego chirurgicznego usunięcia trzustki. Podwiązanie przewodu służyło zanikowi komórek acini, które produkowały wydzieliny trawienne, pozostawiając za sobą jedynie komórki wysepek Langerhansa. Odkryto, że psy z podwiązanymi przewodami nie chorowały na cukrzycę. Pancreatectomy była metoda wywoływania cukrzycy: gdy cała tkanka trzustki została usunięta, psy doświadczalne natychmiast wykazały objawy glikozurii.
Banting pomysł 30 października obejmował podwiązanie przewodów trzustkowych psa i ekstrakcji i izolacji co wydzieliny zostały wyprodukowane po zaniku komórek acini. On i Best rozpoczął ten eksperyment, ale okazało się, że trudno było utrzymać psy z podwiązanymi przewodami i pozbawione trzustki przy życiu wystarczająco długo, aby przeprowadzić jakiekolwiek badania. Po lecie obfitującym w liczne niepowodzenia i porażki, jesienią zespół poinformował, że udało im się utrzymać przy życiu psa chorego na ciężką cukrzycę dzięki zastrzykom z ekstraktu sporządzonego z trzustki usuniętej przewodowo i przygotowanego, zgodnie z instrukcjami Macleoda, w soli fizjologicznej. Niesamowite, ten ekstrakt dramatycznie obniżył poziom cukru we krwi psów doświadczalnych diabetic.
Wyniki są prezentowane i napięcia zaczynają
Na 30 grudnia 1921, Macleod, Banting, i Best przedstawił swoje ustalenia na konferencji American Physiological Society, na Uniwersytecie Yale. Banting, z nerwowości i niedoświadczenia, zrobił złą pracę dostarczania papieru, a publiczność była bardzo krytyczna ustaleń przedstawionych. Macleod, jako przewodniczący sesji, dołączył do dyskusji, starając się uratować Bantinga przed pogardliwym komentarzem. Po tym fiasku Banting stał się przekonany, że Macleod wkroczył, aby ukraść zasługi jemu i Bestowi, a stosunki między nimi zaczęły się pogarszać.
Oczyszczanie insuliny i pierwsze testy na ludziach
Pod koniec 1921 roku Macleod zaprosił Jamesa Bertrama Collipa (1892-1965), biochemika z wydziału fizjologii Uniwersytetu w Toronto, aby pomógł Bantingowi i Bestowi w oczyszczaniu ich ekstraktu. Collip, kolejny absolwent University of Toronto, był na urlopie naukowym z University of Alberta i, wspierany przez stypendium, wrócił do swojej alma mater. Ponieważ tempo eksperymentów przyspieszyło, Banting i Best potrzebowali dużych ilości swojego ekstraktu, a Collip zabrał się do pracy nad oczyszczeniem ekstraktu do testów klinicznych na ludziach.
collip.jpg
James Collip jako student, ok. 1914.
J. B. Collip Papers, Thomas Fisher Rare Book Library, University of Toronto
Pierwsze testy kliniczne na ludzkim pacjencie przeprowadzono na ciężko chorym na cukrzycę 14-letnim chłopcu. Chociaż zastrzyki z ekstraktu nie przyniosły spektakularnie korzystnych efektów, zespół z Toronto kontynuował eksperymenty. Niedługo później Collip dokonał przełomu w oczyszczaniu ekstraktu, stosując alkohol o stężeniu nieco ponad 90 procent do wytrącenia składnika aktywnego (insuliny). W tym samym czasie wśród czterech naukowców narastało osobiste napięcie, ponieważ Banting stawał się coraz bardziej rozgoryczony w stosunku do Macleoda, a w wyścigu o oczyszczenie ekstraktu przeciwstawiał siebie i Besta Collipowi. Pod koniec stycznia Collip przyszedł do laboratorium Bantinga i Besta i poinformował ich, że choć odkrył metodę produkcji czystego ekstraktu, podzieli się nią tylko z Macleodem. Tylko szybka powściągliwość Besta powstrzymała Bantinga przed zaatakowaniem Collipa. Na szczęście dla przyszłości insuliny niełatwe porozumienie zawarte kilka dni później pozwoliło im kontynuować współpracę. 3 maja 1922 roku Macleod, reprezentujący grupę, ogłosił międzynarodowej społeczności medycznej na spotkaniu Stowarzyszenia Lekarzy Amerykańskich, że odkryli „insulinę” – środek przeciwcukrzycowy.
Nagroda Nobla
Banting i Macleod otrzymali w 1923 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za odkrycie insuliny. Fakt, że komitet noblowski wybrał do nagrody tylko Bantinga i Macleoda, spowodował jeszcze większe animozje. Banting, oburzony faktem, że Macleod został wybrany do podzielenia się z nim nagrodą, natychmiast ogłosił, że podzieli się swoją wygraną z Bestem. Macleod, być może w reakcji na gest Bantinga, ogłosił, że on również podzieli się swoją nagrodą z Collipem. Pod koniec 1923 roku insulina była już od roku produkowana komercyjnie w laboratoriach Eli Lilly and Company w Indianapolis. Pacjenci z cukrzycą, którzy otrzymali zastrzyki z insuliny, otrząsnęli się ze śpiączek, wznowili spożywanie węglowodanów (z umiarem) i zdali sobie sprawę, że otrzymali nowe życie.
Informacje zawarte w tej biografii zostały ostatnio zaktualizowane 1 grudnia 2017 r.
Zapisz
.