tìm hiểu nguyên nhân gây ra bệnh tiểu đường liên quan đến insulin dùng insulin để chứa bệnh này

Trong lịch sử, đây cũng là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào dược phẩm thành công.Về sau, nhiều phương pháp sản xuất insulin tái tổ hợp đã được phát triển..

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Đỗ Ngọc Liên đã trực tiếp giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong quá trình làm tiểu luận này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ công nhân viên Trường Cao đẳng Sư phạm Ngô Gia Tự Bắc giang

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Bắc Giang, ngày 24 tháng 09 năm 2009

Học viên: Đỗ Văn Tình

Mục lục

Lêi c¶m ¬n……… ……… ….…1

Mở đầu……… ……… ……… … 3

I Đặt vấn đề 3

II Nhiệm vụ cụ thể 3

III Mục tiêu của tiêu luận 3

Nội dung……… ……… …… 4

I Insulin và công nghệ sản xuất insulin trên thế giới ……… …….4

1.1 Insulin là gì…… … ……… …… ….4

1.2 Cấu trúc của phân tử insulin và quá trình phân cắt tạo thành insulin 5

1.3 Công nghệ sản xuất insulin 5

II Insulin và nguyên nhân gây ra bệnh tiểu đường 9

2.1 Bệnh tiểu đường là gì? 9

2.2 Các loại tiểu đường 9

2.3 Nguyên nhân gây ra bệnh tiểu đường 10

III Tiểu đường và việc điều trị bằng insulin 11

3.1 Sản xuất insulin bằng tế bào gốc 11

3.2 Trị bệnh tiểu đường bằng insulin từ rau riếp 13

3.3 Cấy ghép tế bào tạo insulin cho bệnh nhân tiểu đường type I 14

3.4 Triển vọng cấy ghép tế bào insulin cho bệnh nhân tiểu đường 15

3.5 Vai trò của Insulin 15

Kết luận……… ………… ……… ….17

Tài liệu tham khảo……… …… ……… ……18

Mở đầu

I Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, đái tháo đường (ĐTĐ) đang ngày càng trở nên là vấn

đề lớn đầu với giới y khoa cũng như đối với cộng đồng Điều đó hoàn toàn có căn

nguyên xác đáng Thứ nhất bệnh đang gia tăng với tốc độ đáng ngại (khoảng 300%

trong vòng mười năm) Nhìn số lượng bệnh nhân đông đảo tại các cơ sở khám chữa bệnh chuyên khoa chúng ta chắc chắn đều cảm nhận được sự gia tăng này Thế nhưng

có thể nhiều người còn chưa biết con số bệnh nhân được chẩn đoán đến thời điểm hiện nay mới chỉ là phần nổi của tảng băng trôi, có tới 65% bệnh nhân còn chưa biết mình

mắc bệnh?! Thứ hai bệnh gây tổn hại đến sức khỏe cộng đồng, biến chứng tim mạch tăng gấp 2-3 lần ở bệnh nhân đái tháo đường so với người không đái tháo đường.Thứ

ba bệnh thường được chẩn đoán muộn, có khi sau cả chục năm từ lúc đường máu có

dấu hiệu tăng hơn bình thường Điều đó dẫn đến hệ quả là có khoảng 50% bệnh nhân

đã có biến chứng với các mức độ khác nhau ngay khi được chẩn đoán mắc bệnh.Thứ tư

bệnh gây tốn kém cho bệnh nhân, gia đình và xã hội.đó là bệnh tuy nguy hiểm nhưng chúng ta hoàn toàn có thể phòng và điều trị được

Chúng ta đang ở thế kỷ thứ 21 và đứng trước sự kiện lớn của đất nước-trước ngưỡng cửa hội nhập WTO Hãy cùng vươn lên làm chủ thông tin, làm chủ bản thân, hướng tới cuộc sống khỏe mạnh hơn, tươi vui hơn Xuất phát từ ý kiến trên tôi xin

mạnh dạn tìm hiểu về insulin và bệnh đái tháo đường.

II Nhiệm vụ cụ thể của tiểu luận

Thu thập tài liệu có liên quan đến insulin và bệnh tiểu đường

Phân tích, tổng hợp để tìm ra những vấn đề quan tâm

III Mục tiêu của tiểu luận

Tìm hiểu insulin và công nghệ sản xuất insulin trên thế giới

Tìm hiểu nguyên nhân gây ra bệnh tiểu đường liên quan đến insulin

Dùng insulin chữa bệnh này

Nội dung

I Insulin và công nghệ sản xuất insulin trên thế giới

1.1 Insulin là gì?

Hình 1 Phân tử insulin

Insulin là một hormone được tiết ra bởi tế bào beta trong đảo Langerhans của tuyến tụy khi động vật tiêu ăn thức ăn, đây là hormone quan trọng nhất cho quá trình lưu trữ, sử dụng đường, acid amin và acid béo và duy trì lượng đường trong máu Hàm lượng đường trong máu (hay còn gọi là hàm lượng glucose trong máu) là nguồn năng lượng thiết yếu cho cơ thể Nếu lượng đường trong máu không duy trì ở mức bình thường có thể gây ra những căn bệnh nguy hiểm Hàm lượng đường trong máu tăng có thể gây ra sự bài tiết đường qua nước tiểu, kết quả là bị mất glucose, hiện tượng này còn gọi là bệnh tiểu đường Nếu tình trạng này tiếp diễn trong thời gian dài, sẽ gây ra những biến chứng nguy hiểm trong mô, các cơ quan của cơ thể Mặt khác, hàm lượng đường trong máu giảm dẫn đến năng lượng cung cấp cho cơ thể bị thiếu hụt gây nguy hiểm cho sự duy trì cơ thể sống Hàm lượng đường trong máu được duy trì ở mức bình thường là do sự cân bằng giữa các yếu tố làm tăng lượng đường trong máu (như glucagon, hormone, cortisol, catecholamine) với các yếu tố làm giảm lượng

đường trong máu Insulin là hormone duy nhất có thể làm giảm lượng đường trong máu Do đó, khi khả năng tiết hormone này giảm đi (do một số nguyên nhân) thì insulin không cung cấp đủ cho cơ thể gây ra bệnh tiểu đường phụ thuộc insulin

(Insulin-Dependent Diabetes Mellitus - IDDM), còn gọi là tiểu đường type I Với những bệnh

nhân mắc tiểu đường type I thì insulin là phương thuốc điều trị duy nhất

1.2 Cấu trúc của phân tử insulin và quá trình phân cắt tạo thành insulin.

Insulin người là một polypeptide bao gồm một chuỗi A với 21 acid amin và một chuỗi B với 30 acid amin, có một cầu nối disulfur trong chuỗi A và 2 cầu nối disufur nối giữa hai chuỗi A và B

Insulin ban đầu được tổng hợp ở dạng “preproinsulin” (tiền insulin) trên ribosome trong tế bào beta trong đảo Langerhans của tuyến tụy

Preproinsulin là một phân tử dạng thẳng bao gồm: một peptide tín hiệu chứa 24 acid amin (SP), chuỗi B, peptide C với 31 acid amin (C) và chuỗi A nối với nhau theo thứ tự SP-B-C-A

Khi vận chuyển qua lưới nội chất, peptide tín hiệu bị phân cắt tạo ra proinsulin (B-C-A) Proinsulin hình thành cầu nối disulfur trong lưới nội chất, hình thành cấu trúc bậc

ba Proinsulin bị phân cắt bởi enzyme PC1/3 tại liên kết giữa chuỗi B và peptide C và sau đó bị phân cắt bởi enzyme PC2 ngay vị trí liên kết giữa chuỗi A và peptide C Hai acid amin đầu N của peptide nối với đầu C của chuỗi B khi bị phân cắt bởi PC1/3 sẽ được phân cắt ra khỏi chuỗi B bởi enzyme carboxypeptidase H Kết quả cuối cùng của quá trình phân cắt tạo thành insulin

Hình 2 Cấu trúc của phân tử insulin

1.3 Công nghệ sản xuất insulin

Trong năm 2005, nhu cầu insulin dùng trong trị bệnh tiểu đường ước tính khoảng 4.000 đến 5.000 kg và dự kiến năm 2010 là 16.000 kg Nhu cầu về insulin của thế giới

vượt qua con số vài tấn/năm và vì thế nguồn cung cấp insulin cho trị bệnh tiểu đường đang thiếu hụt

Từ những thập niên 1920 cho đến những năm đầu của thập niên 1980, insulin được tạo ra bằng cách cô lập từ tuyến tụy của động vật như heo và bò Tuy nhiên, insulin người có sự khác biệt trong thành phần acid amin so với insulin bò (hai vị trí trong chuỗi A và một vị trí trong chuỗi B) và insulin heo (một vị trí trong chuỗi B) Do

đó gây ra những tác dụng không mong muốn (như dị ứng) khi sử dụng insulin có nguồn gốc từ heo hay bò

Ngoài ra, quá trình sản xuất và tinh sạch insulin từ động vật còn gặp nhiều khó khăn Sau đó, các phương pháp bán tổng hợp insulin người từ insulin heo và bò đã được phát triển bằng các sử dụng phản ứng chuyển peptide (transpeptidation) sử dụng trypsin Tuy nhiên, insulin tái tổ hợp được sản xuất bằng công nghệ tái tổ hợp di truyền hiện đang được sử dụng chủ yếu do chi phí sản xuất thấp và hiệu quả sản xuất cao Insulin người được sản xuất bằng kỹ thuật di truyền đầu tiên tạiCông ty Genetech (Hoa Kỳ) và sản phẩm này được đưa ra thị trường vào năm 1982 Trong lịch sử, đây cũng là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào dược phẩm thành công.Về sau, nhiều phương pháp sản xuất insulin tái tổ hợp đã được phát triển

Ví dụ: phương pháp sản xuất của Tập đoàn Eli Lilly: phương pháp sản xuất này biểu

hiện chuỗi A và chuỗi B riêng biệt bằng cách sử dụng Escherichia coli, sau đó thu

chuỗi A và chuỗi B, trộn với nhau in vitro tạo cầu nối disulfur Phương pháp này có hiệu quả sản xuất thấp Do đó, Eli Lilly phát triển một phương pháp cải tiến hơn,

phương pháp này biểu hiện proinsulin thay vì biểu hiện chuỗi A và B riêng biệt như phương pháp cũ, tạo cầu nối disulfur in vitro, sau đó phân cắt peptide C khỏi hai chuỗi

A và B bằng trypsin và carboxypeptidase, tạo thành insulin

Hình 3 Sản xuất insulin tái tổ hợp với chuỗi A và chuỗi B riêng biệt

Một phương pháp khác được phát triển bởi tập đoàn Novo Nordisk, phương pháp này biểu hiện miniproinsulin bao gồm chuỗi B và chuỗi A nối với nhau bằng 2 acid amin, được biểu hiện trong nấm men, sau đó xử lý miniproinsulin in vitro bằng trypsin tạo thành insulin Phương pháp này có nhiều thuận lợi như cầu nối disulfur được hình thành trong quá trình biểu hiện và quá trình tiết miniproinsulin, và miniproinsulin này được tách chiết và tinh sạch dễ dàng do được tiết thẳng ra môi trường nuôi cấy Hiện tại, người ta vẫn tiếp tục phát triển những phương pháp sản xuất insulin tái tổ hợp Công ty Hoechst đã đưa ra một phuơng pháp sản xuất insulin bao gồm: biểu hiện một

dạng dẫn xuất mới của insulin hoặc biểu hiện preproinsulin trong E coli; tạo các cầu

nối disulfur invitro; sau đó, xử lý bằng lysylendopeptidase hoặc

clostripain/carboxypeptidase B; cuối cùng tạo ra insulin

Mới đây nhất, Công ty Bio-Technology General đã đưa ra một phương pháp mới Trong phương pháp này, một dạng protein dung hợp (fusion protein) bao gồm

superoxide dismutase (SOD) gắn với proinsulin được biểu hiện trong tế bào E coli

Bằng cách này, hiệu suất của quá trình biểu hiện protein và hiệu quả của quá trình hình thành các cầu nốii Sau đó, proinsulin được chuyển thành insulin nhờ xử lý với trypsin

và carboxypeptidase B Bằng những cách tương tự như thế, người ta đã đưa ra ngày càng nhiều các phuơng pháp sản xuất insulin tái tổ hợp và cải tiến nhièu hơn để nâng cao hiệu quả của các quá trình biểu hiện protein, hình thành cầu nối disulfur, chuyển proinsulin thành insulin

Hình 4 Sản xuất insulin tái tổ hợp trên vi khuẩn

Hiện nay, hầu hết những phương pháp sản xuất insulin thương mại đều dựa trên

các chủng nấm men (Saccharomyces cerevisiae) hoặc vi khuẩn (E coli) kết hợp với các

kỹ thuật gene để sản xuất insulin người tổng hợp Người ta nuôi cấy các chủng này trên quy mô lớn, trong những bồn lên men bằng thép đặt tiền, sau đó, insulin được ly trích

ra, tinh sạch để được sản phẩm cuối cùng Nói về các hệ thống tế bào dùng để biểu hiện insulin tái tổ hợp, người ta sử dụng rất đa dạng từ vi sinh vật tới tế bào động vật và cả thực vật Trong số đó, tế bào vi sinh vật được sử dụng nhiều nhất do chúng dễ thao tác,

dễ đưa vào áp dụng ở quy mô sản xuất công nghiệp, nhiều nhất là E coli và nấm men

Gần đây, người ta đưa ra một hệ thống biểu hiện khác cho các loại protein tái tổ hợp –

đó là Bacillus brevis.

Mục đích của những nghiên cứu, phát minh hiện tại là muốn phát triển một hệ thống biểu hiện và 1 phương pháp sản xuất insulin có năng suất cao và hiệu quả sản xuất phải ngang bằng hay vuợt trội hơn so với những hệ thống sản xuất insulin đã từ trước tới nay Hay nói cách khác, các nghiên cứu trong giai đoạn này nhằm cải tiến phương pháp cổ điển chuyển các tiền chất của insulin thành insulin; nghiên cứu tìm ra môi trường tối ưu cho việc hình thành các cầu nối cần thiết cho việc biểu hiện hoạt tính của insulin; tìm ra một hệ thống biểu hiện insulin cho năng suất, sản luợng cao

II Insulin và nguyên nhân gây ra bệnh tiểu đường

2.1 Bệnh tiểu đường là gì?

Tiểu đường là một bệnh mà trong đó mức glucoza máu trên mức bình thường

Người mắc bệnh tiểu đường có các vấn đề về chuyển hóa thức ăn thành năng lượng Sau một bữa ăn, thức ăn được phân tích thành một loại đường gọi là glucoza, đường này được mang vào trong máu tới các tế bào khắp cơ thể Các tế bào sử dụng insulin - một hormon được tuyến tụy sản xuất ra để chuyển hóa đường trong máu thành năng lượng

2.2 Các loại tiểu đường

Có 3 dạng tiểu đường là tiểu đường type 1, type 2 và tiểu đường thời kỳ thai

nghén Tiểu đường type 1, trước đây được gọi là tiểu đường ở tuổi vị thành niên,

thường được chẩn đoán lần đầu tiên ở trẻ em, thiếu niên và những người trưởng thành còn trẻ Trong loại tiểu đường này, các tế bào beta của tuyến tụy không còn sản xuất ra

insulin nữa vì hệ miễn dịch của cơ thể đã tấn công và hủy diệt chúng Tiểu đường type

2, trước đây được gọi là tiểu đường tấn công ở người lớn, là dạng phổ biến nhất Con

người có thể tiến triển dạng tiểu đường này ở bất kỳ lứa tuổi nào, thậm chí từ trong thời thơ ấu Dạng tiểu đường này thường bắt đầu bằng sự kháng lại insulin, một tình trạng trong đó cơ, gan và các tế bào mỡ không sử dụng insulin đúng mức Đầu tiên, tuyến tụy

cố gắp tiếp tục duy trì đáp ứng nhu cầu tăng thêm insulin của cơ thể bằng cách sản xuất thêm insulin Tuy nhiên, sớm hay muộn thì sự “gắng sức” này của tuyến tụy cũng sẽ

không thể tồn tại được lâu và khi đó bệnh tiểu đường type 2 sẽ xuất hiện Tiểu đường thời kỳ thai nghén Khi mang thai, cơ thể người phụ nữ có nhiều thay đổi, và họ có thể

mắc dạng tiểu đường này Do vậy, mọi phụ nữ mang thai nên kiểm tra để phát hiện tiểu đường trong tháng thứ 6 của thai kỳ (tuần thứ 24-28) Các thống kê cho thấy, có

khoảng 2-5% thai phụ bị tiểu đường thời kỳ thai nghén Tiểu đường thai nghén hay xảy

ra ở phụ nữ béo phì, hoặc “cứng” tuổi Khoảng 35-50% bệnh nhân tiểu đường thời kỳ thai nghén về sau sẽ mắc tiểu đường type 2 Duy trì chế độ ăn uống phù hợp, tập thể dục và giảm trọng lượng cơ thể có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh Ngày nay, do mức sống tăng, chất lượng cuộc sống được cải thiện, nên chế độ dinh dưỡng của các bà mẹ mang thai cũng được cải thiện rất nhiều Tuy nhiên, do thiếu hiểu biết trong cách ăn uống, sinh hoạt và nghỉ ngơi nên tỷ lệ các bà mẹ mắc tiểu đường trong thời kỳ mang thai cũng tăng lên

Hình 5 Tuyến tuỵ ở người

Tiểu đường loại 1 còn gọi là tiểu đường phụ thuộc insulin hay tiểu đường ở người trẻ Trong bệnh tiểu đường loại 1, là do cơ chế tự miễn, tức tuyến tuỵ bị tấn công

và phá hủy bởi chính cơ thể, làm cho tuyến tuỵ không còn khả năng sản xuất insulin nữa.Kháng thể bất thường này được thành lập ngay trong cơ thể người bệnh tiểu đường

loại 1 Kháng thể này bản chất là protein trong máu, một phần trong hệ thống miễn dịch

của cơ thể Bệnh nhân bị tiểu đường loại 1 muốn sống được cần phải chích insulin mỗi

ngày Trong bệnh lý miễn dịch, cũng như ở bệnh nhân bị tiểu đường loại 1, hệ thống

miễn dịch sản xuất ra kháng thể trực tiếp chống lại chính mô của người bệnh Bệnh tự miễn này thường gây bệnh tiểu đường loại 1, mặt khác bệnh này không phải do di

truyền Gen gây bệnh tiểu đường loại 1 có nhiễm sắc thể số 11 giống nhau (nhiễm sắc

thể là nơi lưu trữ mọi thông tin di truyền bằng các nucleotic trong tế bào) Tiếp xúc, nhiễm một số virus như quai bị, Coxakies virus hay các độc chất trong môi trường có thể khởi phát đáp ứng kháng thể một cách bất thường, là nguyên nhân làm hư tổn tế bào tuỵ tiết insulin Tiểu đường loại 1 có xu hướng xảy ra ở người trẻ, thường dưới 30 tuổi Tuy nhiên ở bệnh nhân trẻ còn có dạng tiểu đường do cơ hội Tiểu đường loại 1 chiếm

khoảng 10%, còn tiểu đường loại 2 chiếm 90% Tiểu đường loại 2 còn gọi là tiểu đường không phụ thuộc insulin hay tiểu đường ở người trưởng thành Trong tiểu

đường loại 2, tuỵ người bệnh vẫn còn khả năng sản xuất insulin, nhưng không đủ Trong một số trường hợp,sau khi ăn tuỵ sản xuất một lượng insulin nhiều hơn bình thường Ða số bệnh nhân tiểu đường loại 2, tế bào cơ thể vẫn còn nhạy cảm với insulin ( đặc biệt là tế bào mỡ và tế bào cơ), lượng lớn insulin được sản xuất được tế bào nhận diện.=>Tóm lại vấn đề tăng kháng insulin, sự phóng thích insulin từ tuỵ cũng có thể bị thiếu, gây ra tình trạng tăng glucose máu Hầu hết tiểu đường loại 2 xảy ra ở người trên