제조공정
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인슐린은 혈액 내 포도당(당)의 양을 조절하는 호르몬으로 신체가 정상적으로 기능하는 데 필요합니다. 인슐린은 랑게르한스 섬이라고 하는 췌장의 세포에서 생성됩니다. 이 세포는 지속적으로 소량의 인슐린을 체내로 방출하지만 혈당 수치의 상승에 대한 반응으로 호르몬의 급증을 방출합니다.
신체의 특정 세포는 섭취한 음식을 세포가 사용할 수 있는 에너지 또는 혈당으로 바꿉니다. 사람이 먹을 때마다 혈당이 상승합니다. 상승된 혈당은 랑게르한스 섬의 세포가 필요한 양의 인슐린을 방출하도록 합니다. 인슐린은 혈당이 혈액에서 세포로 운반되도록 합니다. 세포에는 세포에 들어가고 나가는 것을 조절하는 막이라고 하는 외벽이 있습니다. 연구자들은 인슐린이 어떻게 작용하는지 아직 정확히 알지 못하지만 인슐린이 세포막의 수용체에 결합한다는 것은 알고 있습니다. 이것은 포도당과 단백질이 세포에 들어갈 수 있도록 수송 분자 세트를 활성화합니다. 그러면 세포는 포도당을 에너지로 사용하여 기능을 수행할 수 있습니다. 일단 세포로 운반되면 혈당 수치는 몇 시간 내에 정상으로 돌아갑니다.
인슐린이 없으면 혈당이 혈액에 축적되고 세포는 에너지원을 고갈시킵니다. 발생할 수 있는 일부 증상으로는 피로, 지속적인 감염, 흐린 시력, 무감각, 손이나 다리의 따끔거림, 갈증 증가, 타박상이나 베인 상처의 치유 속도 저하 등이 있습니다. 세포는 응급 상황을 위해 저장된 에너지원인 지방을 사용하기 시작합니다. 이것이 너무 오랫동안 발생하면 신체는 간에서 생성되는 화학 물질인 케톤을 생성합니다. 케톤은 장기간에 걸쳐 체내에 축적되면 세포를 독살시키고 죽일 수 있습니다. 이것은 심각한 질병과 혼수 상태로 이어질 수 있습니다.
필요한 양의 인슐린을 생산하지 못하는 사람들은 당뇨병이 있습니다. 당뇨병에는 두 가지 일반적인 유형이 있습니다. I형 또는 소아 발병형 당뇨병으로 알려진 가장 심각한 유형은 신체에서 인슐린이 생성되지 않는 경우입니다. I형 당뇨병 환자는 일반적으로 매일 3~4회 다양한 유형의 인슐린을 자신에게 주사합니다. 복용량은 혈당 측정기에서 가져온 사람의 혈당 수치를 기반으로 합니다. 제2형 당뇨병 환자는 일부 인슐린을 생산하지만 충분하지 않거나 세포가 인슐린에 정상적으로 반응하지 않습니다. 이것은 일반적으로 비만 또는 중년 및 노년층에서 발생합니다. II형 당뇨병은 반드시 인슐린을 투여할 필요는 없지만 하루에 한두 번 인슐린을 주사할 수 있습니다.
인슐린이 작용하기 시작하는 시간, 최고조에 달하는 시간, 체내에서 지속되는 시간에 따라 4가지 주요 유형의 인슐린이 제조됩니다. 미국 당뇨병 협회(American Diabetes Association)에 따르면 속효성 인슐린은 15분 이내에 혈액에 도달하고 30-90분에 최고조에 이르며 5시간 동안 지속될 수 있습니다. 속효성 인슐린은 30분 이내에 혈액에 도달하고 약 2~4시간 후에 최고조에 달하고 4~8시간 동안 혈액에 머뭅니다. 중간 작용 인슐린은 주사 후 2~6시간 후에 혈액에 도달하고 4~14시간 후에 최고조에 달하고 14~20시간 동안 혈액 내에서 지속될 수 있습니다. 그리고 지속형 인슐린은 작용을 시작하는 데 6~14시간이 걸리며, 그 직후에 피크가 약간 나타나며 20~24시간 동안 혈액에 머뭅니다. 당뇨병 환자마다 인슐린에 대한 반응과 필요가 다르기 때문에 모든 사람에게 가장 적합한 유형은 없습니다. 일부 인슐린은 한 병에 두 가지 유형이 혼합되어 판매됩니다.
신체가 인슐린을 충분히 생산하지 않거나 생산하지 않는 경우 제조된 인슐린을 복용해야 합니다. 인슐린 생산의 주요 용도는 자연적으로 인슐린이 충분하지 않거나 전혀 생산되지 않는 당뇨병 환자를 위한 것입니다.
연구자들이 인슐린을 생산하는 방법을 발견하기 전에는 제1형 당뇨병으로 고통받는 사람들이 건강한 삶을 살 기회가 없었습니다. 그런 다음 1921년에 캐나다 과학자 Frederick G. Banting과 Charles H. Best는 개의 췌장에서 인슐린을 성공적으로 정제했습니다. 수년에 걸쳐 과학자들은 인슐린 생산을 지속적으로 개선했습니다. 1936년에 연구자들은 혈액에서 더 느리게 방출되는 인슐린을 만드는 방법을 발견했습니다. 그들은 물고기 정자에서 발견되는 단백질인 프로타민을 첨가했는데, 이는 체내에서 천천히 분해됩니다. 1회 주사는 36시간 동안 지속되었습니다. 1950년 연구자들이 약간 더 빠르게 작용하고 혈류에 오래 머물지 않는 유형의 인슐린을 생산하면서 또 다른 돌파구가 생겼습니다. 1970년대에 연구자들은 신체의 천연 인슐린이 작동하는 방식을 보다 모방한 인슐린을 생산하기 시작했습니다. 즉, 식사 시간에 급증이 발생하면서 하루 종일 소량의 인슐린을 방출합니다.
연구원들은 인슐린을 계속 개선했지만 기본 생산 방법은 수십 년 동안 동일하게 유지되었습니다. 소와 돼지의 췌장에서 인슐린을 추출해 정제했다. 이 동물에서 인슐린의 화학 구조는 인간 인슐린과 약간 다를 뿐이므로 인체에서 잘 기능합니다. (일부 사람들은 면역 체계가 음성이거나 알레르기 반응을 보였지만) 1980년대 초 생명공학은 인슐린 합성에 혁명을 일으켰습니다. 연구원들은 이미 1950년대 중반에 인슐린의 화학 구조를 해독했습니다. 그들은 곧 11번 염색체 상단에 있는 인슐린 유전자의 정확한 위치를 결정했습니다. 1977년까지 연구팀은 쥐의 인슐린 유전자를 박테리아에 접합하여 인슐린을 생산했습니다.
프레데릭 본팅.
1891년 Frederick Banting은 온타리오주 앨리스턴에서 태어났습니다. 1916년 토론토 대학교 의과대학을 졸업했습니다. 제1차 세계 대전에서 의료 봉사단으로 복무한 후 Banting은 당뇨병에 관심을 갖게 되었고 웨스턴 온타리오 대학교에서 당뇨병을 연구했습니다.
1919년 미네소타 대학의 연구원인 Moses Barron은 췌장의 두 주요 부분을 연결하는 관의 막힘으로 인해 두 번째 세포 유형인 샘물이 오그라드는 것을 보여주었습니다. Banting은 췌관을 묶어서 포상 세포를 파괴함으로써 호르몬을 보존하고 섬 세포에서 추출할 수 있다고 믿었습니다. Banting은 이것을 토론토 대학교 생리학과장인 John Macleod에게 제안했습니다. Macleod는 Banting의 제안을 거부했지만 실험실 공간, 10마리의 개 및 의대생 Charles Best를 제공했습니다.
1921년 5월부터 Banting과 Best는 개의 췌관을 묶어서 포상 세포가 위축되도록 한 다음 췌장을 제거하여 섬 세포에서 체액을 추출했습니다. 한편, 그들은 당뇨병을 유발하기 위해 다른 개의 췌장을 제거한 다음 섬 세포액을 주입했습니다. 1922년 1월, 14세의 Leonard Thompson은 인슐린을 사용하여 당뇨병을 성공적으로 치료한 최초의 인간이 되었습니다.
베스트는 1925년에 의학 학위를 받았습니다. 밴팅은 베스트도 인정되어야 한다고 주장했고 베스트가 포함되지 않았기 때문에 노벨상을 거의 거절했습니다. 베스트는 1929년 토론토 대학교 생리학과장이 되었으며 1941년 밴팅이 사망한 후 대학교 밴팅의 책임자이자 최고의 의학 연구 부서장이 되었습니다.
1980년대에 연구자들은 유전 공학을 사용하여 인간 인슐린을 제조했습니다. 1982년 Eli Lilly Corporation은 최초로 승인된 유전자 조작 의약품이 된 인간 인슐린을 생산했습니다. 동물에 의존할 필요 없이 연구자들은 무제한 공급으로 유전자 조작 인슐린을 생산할 수 있습니다. 또한 동물성 오염 물질도 포함하지 않았습니다. 인간 인슐린을 사용하면 잠재적인 동물 질병을 인슐린으로 옮길 수 있다는 우려도 사라졌습니다. 회사는 1980년대부터 동물(대부분 돼지)에서 생산된 소량의 인슐린을 여전히 판매하고 있지만 인슐린 사용자는 점점 더 재조합 DNA 기술을 통해 생성된 인간 인슐린 형태로 이동했습니다. Eli Lilly Corporation에 따르면 2001년에 세계 대부분의 지역에서 인슐린 사용자의 95%가 어떤 형태의 인간 인슐린을 복용하고 있습니다. 일부 회사는 동물성 인슐린 생산을 완전히 중단했습니다. 회사들은 어떤 식으로든 인슐린 분자를 변형한 인간 인슐린과 인슐린 유사체 합성에 집중하고 있습니다.
인간 인슐린은 일반적인 박테리아 내부의 실험실에서 재배됩니다. 대장균 가장 널리 사용되는 박테리아 유형이지만 효모도 사용됩니다.
연구자들은 인슐린을 생산하는 인간 단백질이 필요합니다. 제조업체는 DNA를 합성하는 아미노산 시퀀싱 기계를 통해 이것을 얻습니다. 제조업체는 인슐린의 아미노산(단백질을 구성하기 위해 정렬된 질소 기반 분자)의 정확한 순서를 알고 있습니다. 20개의 일반적인 아미노산이 있습니다. 제조사는 인슐린의 아미노산을 입력하고 시퀀싱 머신은 아미노산을 연결합니다. 또한 인슐린을 합성하기 위해서는 세균이 자라는 큰 탱크가 필요하고 세균이 자라기 위해서는 영양분이 필요합니다. 다양한 크로마토그래피 및 x-선 결정학 기기와 함께 원심분리기와 같은 DNA를 분리하고 정제하기 위해서는 여러 기기가 필요합니다.
인간 인슐린 합성은 기본적인 재조합 DNA 기술과 인슐린 유전자에 대한 이해에 의존하는 다단계 생화학적 과정입니다. DNA는 신체가 어떻게 작동하는지에 대한 지침을 담고 있으며 DNA의 한 작은 부분인 인슐린 유전자는 단백질 인슐린을 암호화합니다. 제조업체는 인슐린의 생물학적 전구체를 조작하여 단순한 박테리아 내부에서 자라도록 합니다. 제조업체마다 고유한 변형이 있지만 인간 인슐린을 제조하는 두 가지 기본 방법이 있습니다.
1990년대 중반에 연구자들은 아미노산 서열을 변경하고 세포를 속일 만큼 충분히 다른 물질을 모방하는 화학 물질인 유사체를 생성함으로써 인간 인슐린이 신체에서 작용하는 방식을 개선하기 시작했습니다. 아날로그 인슐린은 덩어리가 적고 혈액으로 더 쉽게 분산되어 주사 후 몇 분 안에 인슐린이 체내에서 작용하기 시작할 수 있습니다. 여러 다른 아날로그 인슐린이 있습니다. 휴물린 인슐린은 다른 인슐린과의 결합이 강하지 않아 빠르게 흡수됩니다. 글라진(Glargine)이라고 하는 또 다른 인슐린 유사체는 단백질의 화학 구조를 변경하여 뚜렷한 피크 없이 24시간 동안 비교적 일정한 방출을 하도록 합니다.
인슐린에 대한 정확한 DNA 서열을 합성하는 대신, 제조업체는 서열이 약간 변경된 인슐린 유전자를 합성합니다. 변화는 결과를 초래합니다 인슐린 제조 단계 다이어그램. 단백질이 서로 반발하여 덩어리를 덜 발생시킵니다. 이 변경된 DNA 서열을 사용하여 제조 공정은 설명된 재조합 DNA 공정과 유사합니다.
인간 인슐린을 합성한 후, 인슐린 배치의 구조와 순도는 여러 다른 방법을 통해 테스트됩니다. 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 인슐린에 불순물이 있는지 확인합니다. X선 결정학, 겔 여과 및 아미노산 서열 분석과 같은 다른 분리 기술도 수행됩니다. 제조업체는 또한 바이알의 포장을 테스트하여 제대로 밀봉되었는지 확인합니다.
인간 인슐린 제조는 대규모 작업에 대한 국립 보건원 절차를 준수해야 합니다. 미국 식품의약국(FDA)은 제조된 모든 인슐린을 승인해야 합니다.
인슐린의 미래에는 많은 가능성이 있습니다. 인슐린이 처음 합성되었기 때문에 당뇨병 환자는 정기적으로 주사기로 액체 인슐린을 혈류에 직접 주입해야 했습니다. 이렇게 하면 인슐린이 즉시 혈액에 들어갈 수 있습니다. 수년 동안 그것은 온전한 인슐린 단백질을 체내로 이동시키는 유일한 방법으로 알려져 있었습니다. 1990년대에 연구자들은 당뇨병 환자가 대체 약물 전달 시스템에서 사용할 수 있는 다양한 장치와 형태의 인슐린을 합성하는 데 진출하기 시작했습니다.
제조업체는 현재 몇 가지 비교적 새로운 약물 전달 장치를 생산하고 있습니다. 인슐린 펜은 필기용 펜처럼 보입니다. 카트리지는 인슐린을 보유하고 팁은 바늘입니다. 사용자는 용량을 설정하고 바늘을 피부에 삽입한 후 버튼을 눌러 인슐린을 주입합니다. 펜을 사용하면 인슐린 한 병을 사용할 필요가 없습니다. 그러나 펜은 각 주입 전에 별도의 팁을 삽입해야 합니다. 또 다른 단점은 펜에서 사용자가 인슐린 유형을 혼합할 수 없고 모든 인슐린을 사용할 수 없다는 것입니다.
바늘을 싫어하는 사람들을 위해 펜의 대안은 제트 인젝터입니다. 펜과 유사하게 보이는 제트 인젝터는 압력을 사용하여 피부를 통해 작은 인슐린 흐름을 추진합니다. 이러한 장치는 펜만큼 널리 사용되지 않으며 입력 지점에 멍이 생길 수 있습니다.
인슐린 펌프는 체내에서 조절된 방출을 허용합니다. 이것은 당뇨병 환자가 벨트나 주머니에 착용할 수 있는 비퍼 크기의 컴퓨터 펌프입니다. 펌프에는 당뇨병 환자의 피부 표면 바로 아래에 삽입되는 작고 유연한 튜브가 있습니다. 당뇨병 환자는 하루 종일 일정하고 측정된 인슐린 용량을 전달하도록 펌프를 설정하여 식사 직전에 양을 늘립니다. 이것은 신체의 정상적인 인슐린 분비를 모방합니다. 제조업체는 1980년대부터 인슐린 펌프를 생산해 왔지만 1990년대 후반과 21세기 초반의 발전으로 인해 사용이 점점 더 쉬워지고 대중화되었습니다. 연구자들은 이식 가능한 인슐린 펌프의 가능성을 탐구하고 있습니다. 당뇨병 환자는 외부 리모콘을 통해 이러한 장치를 제어합니다.
연구원들은 다른 약물 전달 옵션을 탐색하고 있습니다. 알약을 통해 인슐린을 섭취하는 것도 한 가지 가능성입니다. 식용 인슐린의 문제점은 위의 높은 산성 환경이 단백질이 혈액으로 이동하기 전에 단백질을 파괴한다는 것입니다. 연구원들은 인간 머리카락 몇 개 너비의 플라스틱으로 인슐린을 코팅하는 작업을 하고 있습니다. 덮개는 위산으로부터 약물을 보호합니다.
2001년에 흡입형 인슐린 장치에 대한 유망한 테스트가 진행 중이며 제조업체는 향후 몇 년 내에 제품 생산을 시작할 수 있습니다. 인슐린은 상대적으로 큰 단백질이기 때문에 폐로 침투하지 않습니다. 흡입 인슐린의 연구원들은 깊은 폐에 도달할 만큼 충분히 작은 인슐린 입자를 만들기 위해 노력하고 있습니다. 그러면 입자가 혈류로 들어갈 수 있습니다. 연구자들은 천식 흡입기와 유사한 여러 흡입 장치를 테스트하고 있습니다.
테스트 중인 에어로졸 장치의 다른 형태는 볼 안쪽에 인슐린을 투여합니다. 협측(뺨) 인슐린으로 알려진 당뇨병 환자는 뺨 안쪽에 인슐린을 분사합니다. 그런 다음 볼 안쪽 벽을 통해 흡수됩니다.
인슐린 패치는 개발 중인 또 다른 약물 전달 시스템입니다. 패치는 인슐린을 혈류로 지속적으로 방출합니다. 사용자는 식사 전에 더 많은 인슐린을 방출하기 위해 패치의 탭을 당길 것입니다. 문제는 인슐린이 피부를 통과하도록 하는 방법을 찾는 것입니다. 초음파는 연구자들이 조사하고 있는 방법 중 하나입니다. 이러한 저주파 음파는 피부의 투과성을 변화시키고 인슐린이 통과하도록 합니다.
다른 연구에서는 제조업체가 인슐린을 합성할 필요성을 중단할 가능성이 있습니다. 연구자들은 실험실에서 인슐린을 생산하는 세포를 만들기 위해 노력하고 있습니다. 의사들은 언젠가는 작동하지 않는 췌장 세포를 인슐린 생산 세포로 대체할 수 있다고 생각합니다. 당뇨병 환자의 또 다른 희망은 유전자 치료입니다. 과학자들은 당뇨병 환자가 스스로 인슐린을 생산할 수 있도록 인슐린 유전자의 돌연변이를 수정하는 작업을 하고 있습니다.
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엠. 레이 넬슨
제조공정
구성품 및 소모품 Arduino UNO × 1 20 x 4 I2C LCD × 1 Max30102 심박수 센서 × 1 2개의 LED × 1 2개의 220Ω 저항 × 1 GY-906-BCC 비접촉 적외선 온도 센서 모듈 × 1 브레드보드 830 × 1 이 프로젝트 정보 이 프로젝트는 혈액 산소와 체온의 값을 동시에 감지할 수 있으며 설정 값보다 낮은 값은 빨간색으로 켜집니다. 중요한 것은
의료 시술을 위한 수액 주입의 안전성 및 효능 보장 광범위한 의료 절차에서 정상 체온 유체를 주입하는 것이 더 나은 환자 결과의 핵심입니다. 환자에게 혈액 제품을 신속하게 전달하는 것이 환자의 생존에 필수적인 외상 상황에서는 특히 그렇습니다. 이러한 경우의 대부분에서 의료 전문가는 빠른 속도로 수액을 데우고 주입할 수 있는 휴대용 수액 주입 장치에 의존합니다. 그런 장치 중 하나는 Drs.가 개발한 ThermaCor® 1200 Rapid Thermal Infuser입니다. Smisson-Cartledge Biomedical, LL