تولید 10 برابری انسولین انسانی با کمک گاوهای تراریخته

بر اساس یک مطالعه جدید، یک گاو اصلاح ژنتیکی شده، شیری حاوی انسولین انسانی تولید کرده است.

به گزارش تکناک، از این دستاورد می‌توان در نهایت به تولید انسولین کافی به‌منظور اطمینان از در دسترس بودن و کاهش هزینه برای همه بیماران دیابتی که به این دارو برای حفظ خود زندگی نیاز دارند، استفاده کرد.

بیماران دیابتی نوع 1 که به دلیل آسیب سلول‌های پانکراس قادر به تکیه بر منابع طبیعی بدن خود نیستند، برای زندگی به انسولین تزریقی نیاز دارند. سازمان بهداشت جهانی تخمین می‌زند که از بین کسانی که به انسولین نیاز دارند که آمار آنها بین 150 تا 200 میلیون نفر در سراسر جهان است، تنها حدود نیمی از آنها تحت درمان با انسولین هستند. دسترسی به انسولین در بسیاری از کشورهای با درآمد پایین و متوسط  و حتی برخی کشورهای با درآمد بالا ناکافی است و هزینه و در دسترس نبودن آن به خوبی مستند شده است.

حالا بر اساس نتایج یک مطالعه جدید منتشر شده توسط محققان دپارتمان علوم دامی در کالج علوم کشاورزی، مصرف کننده و محیط زیست دانشگاه ایلینوی اوربانا شامپین و دانشگاه سائوپائولو، محققان می‌گویند ممکن است راهی برای از بین بردن کمبود انسولین و کاهش هزینه آن با استفاده از گاو‌ها پیدا کرده باشند.

مت ویلر، نویسنده مسئول این مطالعه گفت: طبیعت از غده‌های پستان به عنوان کارخانه‌ای برای تولید پروتئین‌های کارآمد استفاده می‌کند. ما می‌توانیم از این سیستم برای تولید پروتئینی استفاده کنیم که می‌تواند به صدها میلیون نفر در سراسر جهان کمک کند.

در بدن، انسولین قبل از اینکه به شکل فعال خود تبدیل شود، به عنوان پیش‌ساز پروتئین خود یعنی پروانسولین زندگی خود را آغاز می‌کند. انسولین تزریقی که امروزه برای دیابتی‌ها استفاده می‌شود با وارد کردن یک شکل آزمایشگاهی از ژن انسولین انسانی در DNA باکتری تولید می‌شود. این باکتری‌ها در مخازن تخمیر بزرگ قرار می‌گیرند و از این ژن برای تولید انسولین انسانی استفاده می‌کنند که برای استفاده به عنوان دارو، جمع‌آوری و تصفیه می‌شود.

در مطالعه کنونی، محققان بخشی از DNA انسان را که پروانسولین را فعال می‌کند، در سلول‌های ده جنین گاو کاشته شده در رحم گاوهای معمولی برزیلی وارد کردند. این کاشت منجر به تولد یک گوساله تراریخته شد. اصطلاح تراریخته ارگانیسمی را توصیف می‌کند که حاوی DNA مصنوعی از یک موجود غیر مرتبط است. در اینجا، تنها DNA انسانی که استفاده شد، برای فعالیت بافت تولیدکننده شیر، یعنی بافت پستانی بود. غده پستان گاو به‌طور معمول به عنوان پستان شناخته می‌شود.

ویلر گفت: در زمان‌های قدیم، ما فقط به DNA ضربه می‌زدیم و امیدوار بودیم که در جایی که می‌خواهیم، فعال شود. این روزها می‌توانیم استراتژیک‌تر و هدفمندتر باشیم. استفاده از یک ساختار DNA خاص برای بافت پستانی به این معنی است که انسولین انسانی در خون گاو یا سایر بافت‌ها در گردش نیست و از قابلیت‌های غده پستانی برای تولید مقادیر زیادی پروتئین بهره می‌برد.

هنگامی که گوساله بالغ شد، هورمون‌هایی برای تحریک اولین شیردهی به او داده شد. در حالی که حجم شیر در این گوساله کمتر از حد معمول تولید می‌شد، محققان به این نتیجه رسیدند که شیر او حاوی پروانسولین انسانی و در کمال تعجب انسولین است.

ویلر گفت: هدف ما این بود که پروانسولین بسازیم، آن را به انسولین خالص کنیم و تمام. اما گاو مورد مطالعه ما اساساً خودش آن را پردازش کرد. او به نسبت حدود سه به یک انسولین فعال بیولوژیکی به پروانسولین ساخت.

انسولین و پروانسولین در چند‌گرم در لیتر شیر فعال شد. از آنجایی که شیردهی توسط هورمون‌ها القا می‌شود و حجم شیر کمتر از حد انتظار بود، محققان نمی‌توانند دقیقاً بگویند که یک گاو در طول دوره شیردهی معمولی چقدر انسولین تولید می‌کند.

ویلر گفت که اگر یک گاو در هر لیتر شیر، یک گرم انسولین تولید کند و یک گاو هلشتاین معمولی که بیش از هر نژاد دیگری شیر تولید می‌کند، 40 تا 50 لیتر در روز انسولین تولید می‌کند و به مقدار زیادی انسولین می‌رسد. این امر به ویژه با توجه به اینکه یک واحد بین المللی (IU) انسولین معادل بیولوژیکی 0.0347 میلی‌گرم انسولین کریستالی خالص است، صادق است.

ویلر گفت: این بدان معناست که هر گرم معادل 28818 واحد انسولین است و این میزان انسولین فقط در یک لیتر شیر است. هلشتاین می‌تواند 50 لیتر شیر در روز تولید کند.

ویلر ادامه داد: بیایید این آمار را در دنیای واقعی استفاده کنیم. خود من به عنوان یک دیابتی نوع 1، به‌طور متوسط هشت تا ده واحد انسولین سریع الاثر همراه ناهار مصرف می‌کنم. با استفاده از دوز بالای 10 واحد، یک لیتر شیر گاو تراریخته، انسولین کافی برای پوشش 2881 ناهار در اختیار من قرار می دهد. با اینکه ناهار فقط یک وعده غذایی در روز است، اما با این حال این مقدار زیادی انسولین است.

در ژانویه 1922، طی یک آزمایش بالینی در دانشگاه تورنتو، لئونارد تامپسون 14 ساله انسولین گوشت گاو را که از لوزالمعده حیوان استخراج شده بود، دریافت کرد و اولین بار بود که انسولین برای درمان دیابت در انسان استفاده شد. البته این روند تا سال 1998 ادامه داشت و از آن زمان به بعد تولید انسولین گاوی در ایالات متحده متوقف شد (استفاده از انسولین خوک یا خوک در سال 2006 متوقف شد).

محققان قصد دارند گاو را دوباره شبیه‌سازی کنند و خوشبین هستند که با چرخه‌های کامل شیردهی در نسل بعدی موفق‌تر باشند. آنها در نهایت امیدوارند گاوهای نر تراریخته را برای جفت‌گیری با گاوهای ماده ایجاد کنند و گوساله‌های تراریخته‌ای ایجاد کنند که می‌توانند برای ایجاد یک گله هدفمند و تولید‌کننده انسولین مورد استفاده قرار گیرند.

ویلر می‌گوید که حتی یک گله کوچک از گاوهای تولید کننده انسولین انسانی می‌توانند به سرعت از روش‌های فعلی تولید انسولین پیشی بگیرند و این کار را بدون نیاز به امکانات یا زیرساخت‌های فنی بسیار بالا انجام دهند.

قبل از اینکه گاوهای تراریخته بتوانند انسولین را برای بیماران دیابتی جهان تامین کنند، علاوه بر تایید  FDA، یک سیستم برداشت و تصفیه کارآمد نیز لازم است. اما ویلر مطمئن است که این کارها خیلی زمان‌بر نیست.

ویلر گفت: من می‌توانم آینده‌ای را ببینم که در آن یک گله 100 راسی، می‌تواند تمام انسولین مورد نیاز کشور را تولید کند.

این مطالعه در مجله Biotechnology منتشر شد.