Открытие инсулина

Болезнь, от которой умирали дети

Диабет описан в древнеегипетских папирусах и в античной медицине. Греческий врач Аретей во II веке дал ему название, означающее «проходящий насквозь», и описал как расплавление тела, вытекающее с мочой. В XVII веке английский врач Томас Уиллис добавил к названию слово «медовый», попробовав мочу больного на вкус.

К началу XX века различали две формы. Та, что поражала взрослых и полных людей, развивалась медленно. Та, что поражала детей и подростков, убивала быстро.

Течение болезни у ребенка выглядело так: неутолимая жажда, обильное мочеиспускание, стремительное похудание при сильном аппетите, затем слабость, запах ацетона изо рта, спутанность сознания, кома и смерть. От постановки диагноза до конца проходило, как правило, от нескольких месяцев до двух лет.

Единственное, что умела медицина, - отсрочить развязку голодом. Американский врач Фредерик Аллен установил, что при резком ограничении питания течение болезни замедляется, и с середины 1910-х годов этот подход применялся повсеместно. Больные получали крайне скудный рацион и жили дольше - но выглядели как узники, и причиной смерти у многих становилось истощение.

В клиниках того времени существовали палаты, где лежали умирающие дети, а родители ждали в коридорах. Врачи, работавшие в них, вспоминали эти годы как самое тяжелое в своей практике.

Что знали о поджелудочной железе

Связь болезни с поджелудочной железой была установлена задолго до 1921 года.

В 1869 году немецкий студент Пауль Лангерганс, готовя диссертацию, описал в ткани железы скопления особых клеток, отличных от остальных. Их назначение он определить не мог, и они получили название по его имени - островки Лангерганса.

В 1889 году в Страсбурге Оскар Минковский и Йозеф фон Меринг удалили собаке поджелудочную железу, изучая пищеварение. Через некоторое время служитель обратил внимание на то, что к моче животного слетаются мухи. Проверка показала сахар. Так выяснилось, что железа производит нечто, без чего развивается диабет.

К 1900-м годам сложилось представление, что вещество вырабатывается именно островками, и ему даже дали название - от латинского слова, означающего островок, - еще до того, как оно было получено.

Почему не получалось

Попытки выделить это вещество предпринимались двадцать лет и в нескольких странах.

Немец Георг Цюльцер в 1908 году получил экстракт, снижавший сахар, но вызывавший у больных лихорадку и судороги. Американцы Скотт и Клейнер, француз Глей, румын Николае Паулеску работали в том же направлении и получали сходные частичные результаты.

Препятствий было два.

Первое: поджелудочная железа производит не только гормон, но и пищеварительные ферменты, расщепляющие белок. При измельчении железы ферменты немедленно разрушают гормон, который сам является белком. Получить вытяжку означало получить вещество, уничтожившее само себя.

Второе: даже удавшиеся экстракты были грязными. Посторонние белки вызывали у пациентов тяжелые реакции - нагноения, лихорадку, шок, - и применять их было нельзя.

Мысль в два часа ночи

Фредерик Бантинг к 1920 году был двадцатидевятилетним хирургом-ортопедом в провинциальном городе Лондон в канадской провинции Онтарио. Практика шла плохо, пациентов почти не было, и он подрабатывал преподаванием в местном колледже.

Готовя занятие о поджелудочной железе, он прочел свежую статью о случае, когда проток железы был перекрыт камнем: ткань, производящая ферменты, атрофировалась, а островки сохранились.

Ночью 31 октября 1920 года он записал в тетради мысль, из которой все и выросло: перевязать собакам протоки поджелудочной железы, подождать, пока ферментная часть атрофируется, и тогда извлечь вытяжку из оставшихся островков.

Идея была не вполне оригинальной - сходные соображения высказывались и раньше, - но Бантинг об этом не знал и взялся за дело с настойчивостью человека, которому нечего терять.

Он обратился к Джону Маклеоду, профессору физиологии Торонтского университета и признанному специалисту по углеводному обмену. Маклеод отнесся к посетителю без энтузиазма: перед ним был хирург без исследовательского опыта, предлагавший повторить то, что уже пробовали многие. Тем не менее он выделил ему лабораторию на восемь недель летом 1921 года, десять собак и студента в помощь.

Студентов было двое - Чарльз Бест и Кларк Нобл. Кому работать в первую половину лета, решили подбрасыванием монеты. Выпало Бесту, и он остался до конца.

Лето

Работа шла в жаркой лаборатории под крышей, летом, когда университет пустовал и Маклеод уехал в Шотландию.

Условия были скверными, опыт - минимальным. Бантинг оперировал собак, Бест делал анализы. Животные гибли от инфекций, перевязка протоков удавалась не всегда, методика вырабатывалась на ходу. К августу из первоначального десятка собак осталось мало.

30 июля 1921 года вытяжка из атрофированной железы была введена собаке с удаленной поджелудочной железой. Уровень сахара в крови упал.

Опыт повторили и уточнили. Одна из собак, которую поддерживали инъекциями, прожила семьдесят дней - по меркам тогдашних представлений это было невозможно.

Вернувшийся Маклеод, ознакомившись с результатами, потребовал повторить все с надлежащим контролем и расширил работу. Тогда же обнаружилось, что перевязка протоков вовсе не обязательна: гормон удавалось получать из поджелудочных желез крупного рогатого скота, которых на бойнях было сколько угодно. Это упрощало дело радикально.

Коллип

Решающий вклад в превращение вытяжки в лекарство внес биохимик Джеймс Коллип, привлеченный в декабре 1921 года.

Задача состояла в очистке: требовалось отделить гормон от балластных белков, вызывавших у больных осложнения. Коллип подобрал методику дробного осаждения спиртом разной концентрации и за несколько недель получил препарат, который уже можно было вводить человеку.

Отношения внутри группы к этому моменту испортились до крайности. Бантинг подозревал, что его оттесняют от собственного открытия; дело доходило до рукоприкладства - по позднейшим свидетельствам, он однажды схватил Коллипа за горло, когда тот отказался сразу раскрыть детали методики.

Январь 1922 года

11 января 1922 года в Торонтской городской больнице первую инъекцию получил Леонард Томпсон, четырнадцатилетний мальчик, весивший около двадцати девяти килограммов и находившийся при смерти.

Препарат был недостаточно очищенным: сахар снизился незначительно, на месте укола образовался абсцесс.

23 января ему ввели препарат, приготовленный Коллипом. Результат был ошеломляющим: уровень сахара в крови упал почти до нормы, ацетон из мочи исчез, мальчик начал оживать. Он прожил еще тринадцать лет и умер от воспаления легких.

Дальше последовали другие пациенты, и картина повторялась. Существуют описания того, как врачи обходили палату с умирающими детьми, делая инъекции по очереди, и первые приходили в себя раньше, чем успевали дойти до последних.

Одной из первых пациенток стала Элизабет Хьюз, дочь государственного секретаря США Чарльза Эванса Хьюза. В четырнадцать лет она весила около двадцати килограммов и три года провела на голодной диете. Получив инсулин летом 1922 года, она выздоровела, вышла замуж, родила троих детей и умерла в возрасте семидесяти трех лет. Ее письма матери - один из важнейших источников по этой истории.

Производство

Спрос возник мгновенно, а изготавливать препарат в нужном количестве лаборатория не могла.

Университет заключил соглашение с американской фармацевтической компанией «Эли Лилли», чьи химики решили задачу промышленного выпуска, применив осаждение в изоэлектрической точке. К концу 1922 года препарат поступил в продажу, в 1923-м стал доступен в большинстве развитых стран.

Сырьем служили поджелудочные железы свиней и коров, получаемые с боен. Расход был огромным: для получения небольшого количества препарата требовались тонны сырья. Животный инсулин оставался основным до 1980-х годов.

Патент за доллар

Открыватели оформили патент и продали его Торонтскому университету за символическую сумму - по одному доллару каждому.

Мотивы были двоякими. Во-первых, они считали недопустимым наживаться на лекарстве, без которого люди умирают; Бантингу приписывают слова о том, что инсулин принадлежит не ему, а миру. Во-вторых, патент в руках университета позволял контролировать качество: любой производитель должен был получать лицензию и соблюдать стандарты, что исключало появление опасных подделок.

Этот эпизод постоянно вспоминают в связи с нынешней ценой препарата.

Нобелевская премия

Премия по физиологии и медицине была присуждена в 1923 году - всего через полтора года после первого применения, случай почти беспрецедентный по скорости.

Лауреатами были названы Бантинг и Маклеод.

Бантинг пришел в ярость: он считал, что Маклеод, отсутствовавший летом 1921 года, к открытию отношения почти не имеет, а обойденный Бест сделал не меньше него. Он объявил, что делит свою половину премии с Бестом. Маклеод в ответ разделил свою с Коллипом.

Вражда между Бантингом и Маклеодом не прекратилась; последний через несколько лет уехал обратно в Шотландию.

Вопрос о распределении заслуг обсуждается до сих пор. Современные исследования, прежде всего работа канадского историка Майкла Блисса, показывают, что расхожая версия о двух молодых энтузиастах, совершивших все в одиночку, сложилась во многом благодаря усилиям самого Беста, десятилетиями поддерживавшего эту версию. Вклад Маклеода как научного руководителя и Коллипа как биохимика в ней недооценен.

Паулеску

Отдельный сюжет - приоритет румынского физиолога Николае Паулеску.

Он работал над тем же вопросом с 1916 года, получил экстракт, который называл панкреином, и в 1921 году опубликовал результаты, показывавшие устойчивое снижение сахара у собак с удаленной поджелудочной железой. Его публикация предшествовала торонтской.

Торонтская группа ссылалась на его работу, но изложила ее результаты неточно, отчего сложилось впечатление, что у него ничего не вышло.

Румынская сторона добивалась пересмотра нобелевского решения, в том числе в конце 1960-х годов; комитет к пересмотру не приступил.

Принятая ныне оценка такова: Паулеску первым получил доказательный лабораторный результат, но не довел препарат до состояния, пригодного для человека; торонтская группа сделала именно это и сделала быстро.

Чего инсулин не сделал

Инсулин не лечит диабет. Он заменяет отсутствующий гормон, и вводить его нужно пожизненно.

Из этого последовало то, чего в 1922 году не предвидели. Больные, прежде умиравшие в юности, стали доживать до зрелых лет - и обнаружились осложнения, которых медицина не знала, поскольку до них никто не доживал: поражения сосудов сетчатки, почек, нервов, нарушения кровообращения в конечностях. Вторая половина XX века в диабетологии прошла под знаком борьбы уже с ними.

Кроме того, инсулин потребовал от больного того, чего прежде не требовалось ни при одном заболевании: постоянного самоконтроля, расчета доз, соотнесения их с питанием и нагрузкой. Диабет стал первой болезнью, при которой пациент фактически превращается в собственного лечащего врача.

Инсулин в истории науки

Помимо клинического значения, этот белок сыграл исключительную роль в развитии биологии.

Именно на инсулине Фредерик Сэнгер в 1951-1955 годах впервые определил полную последовательность аминокислот в белке, доказав, что белки имеют строго определенное строение, - за это он получил Нобелевскую премию 1958 года.

Дороти Ходжкин в 1969 году расшифровала пространственную структуру молекулы инсулина методом рентгеноструктурного анализа, потратив на это более тридцати лет.

В 1982 году инсулин стал первым человеческим белком, полученным методом генной инженерии и допущенным к применению: ген человеческого инсулина был встроен в бактерию. С этого препарата, по существу, началась биотехнологическая промышленность.

Цена

Современная ситуация составляет резкий контраст с историей патента.

В большинстве стран инсулин доступен в рамках систем здравоохранения. В США, где ценообразование устроено иначе, стоимость препарата в 2000-е и 2010-е годы выросла в несколько раз, что привело к практике рационирования: больные сознательно вводили себе меньше положенного, чтобы растянуть упаковку, с тяжелыми и иногда смертельными последствиями. Тема стала предметом политической дискуссии, и в начале 2020-х были приняты меры по ограничению цен.

По оценкам, в мире около полумиллиарда человек живут с диабетом разных типов; из них миллионы зависят от ежедневных инъекций.