Nuevos avances en la producción de insulina para el tratamiento de la diabetes

¿Qué es la insulina?

Es es una hormona constituída por 51 aminoácidos. La misma es segregada por las células Beta de los islotes de Langerhans del páncreas, en forma de precursor inactivo (proinsulina), el cual es procesado en el Aparato de Golgi donde es modificada, generando la forma activa, insulina.

La insulina es una hormona que controla el nivel de glucosa en la sangre. Las personas con diabetes pueden no tener suficiente insulina o no ser capaces de usarla correctamente. Por lo tanto, el azúcar se acumula en la sangre y fluye hacia la orina, saliendo del cuerpo sin que haya sido usada. De esta manera, el organismo de quien padece diabetes se ve privado de utilizar los carbohidratos como fuente de energía, ya sea por la ausencia o poca actividad de la insulina, impidiendo que las células empleen los carbohidratos para su procesamiento como fuente energética.

En personas que no padecen diabetes, con cada comida, las células Beta liberan insulina con el fin de metabolizar el azúcar o la glucosa obtenida de los alimentos.En personas con Diabetes tipo 1, el páncreas no produce más insulina; por lo cual necesitan disparos de insulina para metabolizar la glucosa de los alimentos. Las personas con diabetes tipo 2 producen insulina, pero sus organismos no responden tan bien como debe ser. Por lo tanto, las personas que padecen diabetes tipo 2 necesitan medicación oral y a veces disparos de insulina.

Existen distintas clases de insulinas. La mismas se difieren entre sí según cómo estén desarrolladas y producidas, cómo se procesan en el organismo, y su precio al consumidor. La insulina que se utiliza para el tratamiento de la Diabetes puede ser de origen animal, provenientes del cerdo o la vaca; o es producida en los laboratorios para ser exactamente igual a la Insulina humana mediante ingeniería genética.

Hay cuatro tipos fundamentales de insulina, basados en:

• La rapidez de su acción (arranque)• El tiempo en donde su actividad sea más fuerte (hora de su pico)• El lapso de tiempo que mantiene su actividad en el organismo (duración)

La insulina de acción rápida (Lispro, L) ingresa a la sangre en los primeros 15 minutos después de la inyección. Su pico se produce más tarde entre 30 y 90 minutos y se puede mantener a lo largo de aproximadamente 5 horas.La insulina de acción corta (regular, R) usualmente ingresa a la sangre en los primeros 30 minutos después de la inyección. Su pico es alcanzado entre 2 y 4 horas más tarde y permanece en la sangre por aproximadamente 4 a 8 horas.La insulina de acción intermedia (NPH, N y lenta, L) ingresa a la sangre 2 a 6 horas

después de la inyección. Tienen las dos insulinas un pico de 4 a 14 horas más tarde y permanecen en la sangre por aproximadamente 14 a 20 horas.La insulina de acción prolongada (ultralenta, U) se toma de 6 a 14 horas para iniciar su acción. Ella no tiene pico de acción o es un pico muy corto entre 10 a 16 horas después de la inyección. Permanece en la sangre entre 20 y 24 horas.Algunas insulinas pueden ser administradas en forma combinada; según indicación del profesional tratante.

La era de las insulinas producidas por ingeniería genética

Este tipo de insulinas se producen por medio de ingeniería genética empleando técnicas de ADN recombinante. El gen para la insulina, se introduce en células distintas a donde es producida en la naturaleza (en las células Beta del páncreas). Comúnmente se emplean bacterias (siendo la más usada Escherichia coli ) o levaduras, usando un plásmido o vector. Mediante control de las condiciones de crecimiento de estos microorganismos, los mismos pueden reproducirse en grandes cantidades y producir abundante cantidad de “insulina recombinante” a un precio relativamente bajo. De esta manera las insulinas de origen animal prácticamente han desaparecido del mercado dando lugar a las insulinas recombinantes, constituyendo actualmente el 93 % de la demanda mundial.

La insulina fue el primer producto, derivado de la tecnología de ADN recombinante, comercializado para salud humana. Después de su comercialización por la compañía Eli Lilly en Estados Unidos de América en 1982, la “insulina humana recombinante” ha reemplazado gradualmente a la insulina animal, siendo actualmente el tratamiento más frecuente elegido en pacientes con diabetes insulino-dependientes o con requerimientos de insulina.Además, se han desarrollado distintos mecanismos de penetración de la insulina al organismo, de modo de procurar una mejor calidad de vida a quienes necesitan del suministro exógeno de la misma, evitando su introducción al organismo por inyección. Algunas de estos avances consisten en el desarrollo de insulina cuya vía de entrada al organismo es la inhalación, o preparaciones en cápsulas que contienen en su interior insulina, protegiendo a la molécula de la acción de los jugos gástricos que habían impedido históricamente su administración oral. Esta última, desarrollada por científicos de la India en el año 2004.

Insulinas producida por plantas y animales transgénicas

Otra manera de producción de insulinas mediante ingeniería genética es el uso de plantas o animales como productor a gran escala. En tal sentido, la empresa canadiense de biotecnología SemBioSys Genetics, ha desarrollado una planta transgénica que produce insulina. La hormona se obtiene de cultivos de cártamo, una planta oleaginosa que se ha modificado genéticamente con el gen humano productor de insulina. Los primeros ensayos con animales han demuestrado que la hormona fabricada a partir de esta planta es equivalente, desde el punto de vista químico, estructural y funcional, a la insulina humana farmacéutica. Las pruebas también confirman que la insulina producida en cártamo es fisiológicamente equivalente a la hormona humana, por lo que podría ser empleada para tratar a personas con diabetes tipo 1.

Se estima que si los próximos ensayos son positivos, este tipo de insulina producida por plantas transgénicas podría estar en el mercado en tres años; siendo el primer fármaco que se obtiene de una planta modificada genéticamente que este en el mercado. SemBioSys Genetics cuenta con cultivos de este tipo en Canadá, Estados Unidos, México y Chile.Los investigadores afirman que el uso de plantas transgénicas permitiría reducir los costes de producción de insulina en más de un 40% y acelerar su fabricación.

En el caso de la insulina obtenida en animales transgénicos, ha sido obtenida recientemente empleando cabras y ganado vacuno; produciéndose en la leche de los mismos. Es de destacar que la obtención de insulina humana en la leche de vaca ha sido desarrollada por el laboratorio de Bio Sidus de la Argentina, y que sólo hay dos multinacionales farmacéuticas que producen la insulina a partir de leche, empleando cabras. Este tipo de investigación y de desarrollo biotecnológico posiciona a la Argentina en un nivel muy privilegiado en la biotecnología a nivel internacional; estimándose que el medicamento podría estar en el mercado en pocos años.

Estos animales transgénicos son portadores del gen de la insulina de manera inocua, expresándose en el tejido mamario.

En caso del desarrollo biotecnológico de la empresa Bio Sidus, las terneras denominadas Patagonia I, II, III y IV nacieron entre Febrero y Marzo de 2007. Son terneras de Raza Jersey que poseen en su material genético el gen del precursor de Insulina humana. Una vez que hayan alcanzado su madurez sexual serán estimuladas para estudiar los niveles de este precursor en su leche. La leche con el precursor de insulina humana es sólo una etapa intermedia del proceso de producción. El paso siguiente a partir de la obtención de dicho precursor será la optimización del proceso de aislamiento y purificación, a escala industrial, de la insulina humana a partir de leche bovina.

La glándula mamaria es un biorreactor de alta productividad pues constituye un tejido especializado para la eficiente producción de proteínas. Aprovechando esta capacidad, mediante el uso de herramientas de biología molecular, es posible colocar la información genética de una proteína humana para que sea producida en altas cantidades en la leche. Para ello, el gen del precursor de insulina humana fue “programado” para que sólo se active en las glándulas mamarias del animal.

Esta estrategia genética permite que un gen, que se encuentra presente en todas las células de un organismo, se muestre activo o “encendido” solamente en un tejido predeterminado y no en otro. Para evitar los posibles efectos que la insulina pudiese ocasionar sobre la fisiología de los animales transgénicos, se diseñó un precursor modificado, inactivo en los bovinos, para que luego de obtenido en la leche se pudiese recuperar su forma farmacéutica activa. En este modelo, a partir del precursor de la insulina humana presente en la leche de bovinos, el cual consiste en el agregado de un pequeño fragmento de proteína a la molécula de insulina humana que le cambia su estructura espacial y la hace inactiva en el animal.De esta manera, el proceso productivo consistirá en la obtención del precursor en la leche, su procesamiento molecular para la obtención de la molécula activa y su purificación final para la obtención del producto farmacéutico.Es así como la glándula mamaria de estos animales se convierte en un verdadero

biorreactor específico y de alta productividad.Exhaustivas pruebas de seguridad y eficacia permitirán, durante ese período, cumplimentar con todos los requisitos regulatorios indispensables para obtener la aprobación del producto por la autoridad competente. Será entonces que se habrán logrado las condiciones necesarias para llevar al mercado farmacéutico un nuevo producto de aplicación en medicina humana.

Beneficios de la producción de insulina en plantas y animales transgénicos

El tratamiento con insulina, al igual que otros basados en la acción de proteínas con baja actividad específica, como la hormona de crecimiento humana o los anticuerpos monoclonales, requieren un sistema de producción de alta escala para poder abastecer la demanda de los mismos a un costo razonable.Para ser efectivo, el tratamiento con insulina requiere su administración cotidiana, lo que significa un muy elevado costo para el paciente y para todo el sistema de salud.

Esta estrategia de producción ofrece sustanciales mejoras en los rendimientos finales, sobre todo cuando se la compara con aquellos sistemas desarrollados en bacterias o células en cultivo.Tomando el ejemplo de Bio Sidus, la obtención de estos nuevos animales transgénicos representa un gran avance en los planes de investigación y desarrollo de esta empresa donde han trabajado más de 50 científicos en el proyecto, y resalta su alta capacidad científica y tecnológica, ubicándola entre las mejores empresas innovadoras a nivel mundial. Debemos mencionar que sólo en Argentina se consume por año unos 200 kilos de insulina, muchos de los cuales provienen del exterior. Este “tambo farmacéutico” permitirá “una alternativa tecnológica de alta productividad y bajo costo para abastecer esta enorme y creciente demanda”, según explicó el director ejecutivo de Bio Sidus, Dr.Marcelo Criscuolo.

La diabetes del tipo 2, caracterizada por una respuesta deficiente a la insulina, es una enfermedad que ha tomado características epidémicas y está relacionada con aspectos genéticos así como también con el sedentarismo y la alimentación inadecuada. Cabe destacar que el 75% de la población diabética mundial se localiza en los países en desarrollo. Si bien estos pacientes comienzan con otros tipos de tratamientos finalmente una importante proporción debe adoptar la administración de insulina en etapas avanzadas de la enfermedad.

Existen en la actualidad en el mundo cerca de 200 millones de personas que sufren diabetes de las cuales el 85% corresponde a la del tipo 2. Las proyecciones epidemiológicas nos dicen que esta cifra tenderá a duplicarse en los próximos quince años.La alta incidencia de esta enfermedad sobre la población, alrededor del 6%, y la complejidad de las afecciones crónicas que este trastorno metabólico genera, hablan de su enorme importancia sanitaria y económica.Entre un 10 y un 20% de las personas mayores de sesenta años son diabéticos, lo que les genera complicaciones a nivel cardiovascular, neurológico, renal, oftalmológico e infectológico. De ahí la importancia de un precoz diagnóstico y de un rápido establecimiento del tratamiento crónico adecuado.

En Argentina, por ejemplo, existen más de un millón y medio de pacientes diabéticos. Su tratamiento produce un gran impacto económico en los pacientes y en los sistemas de salud por tratarse de un tratamiento crónico de un producto de considerable valor.La obtención de insulina humana recombinante mediante métodos más eficientes como los que aporta la tecnología de plantas y animales transgénicos permitirá abaratar los costos de producción sin detrimento de la calidad del producto.