برای نخستین بار ، پژوهشگران دانشکده علوم دانشگاه شیراز به سرپرستی دکتر رضا یوسفی عضو هیات علمی دانشگاه شیراز ، با ایجاد نوآوری در فناوری تولید آزمایشگاهی انسولین نوترکیب انسانی، این داروی ضد دیابتی را در میزبان باکتریایی با موفقیت تولید کردند.
این پژوهش با همکاری آقای محسن اکبریان، دانشجوی دکتری سلولی-مولکولی دانشگاه شیراز در آزمایشگاه شیمی پروتئین دانشکده علوم این دانشگاه انجام شده است.
این پژوهش بخشی از پروژه بزرگ آزمایشگاه شیمی پروتئین با هدف بهینه سازی تولید آزمایشگاهی انسولین انسانی و آنالوگ های آن است که در قالب همکاری با کرسی یونسکوی دانشگاه تهران در تحقیقات بین رشته ای و با محوریت دیابت، مستقر در مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک دانشگاه تهران، در حال انجام است.
نتایج این پژوهش در نشریه PLOS one به چاپ رسیده است که از طریق لینک زیر قابل مشاهده و دریافت می باشد:
https://journals.plos.org/plosone/article/authors?id=۱۰.۱۳۷۱/journal.pone.۰۲۰۶۱۶۹
به گفته ی دکتر رضا یوسفی، استاد دانشکده علوم دانشگاه شیراز، حدود یک قرن از کشف انسولین به عنوان هورمون تنظیم کننده قند خون می گذرد. به دلیل گسترش روزافزون بیماری دیابت در جامعه انسانی این هورمون در صدر فهرست پرفروش ترین داروهای پروتئینی و پپتیدی در جهان قرار دارد. به واسطه وظایف فیزیولوژیک مهم انسولین و همین طور به دلیل اهمیت بالای این دارو برای جامعه انسانی، تا کنون چهار جایزه نوبل به پژوهشگرانی اعطا شده است که مطالعات مهمی بر روی این هورمون پپتیدی داشته اند. از منظر ساختاری انسولین متشکل از زنجیره پپتیدی آلفا (۲۱ آمینواسید) و زنجیره پپتیدی بتا (۳۰ امینو اسید) است که با دو پیوند دی سولفیدی به همدیگر متصل اند.
این هورمون درسلول های جزایر لانگرهانس پانکراس به شکل کمپلکس هگزامری (شش تایی) ساخته و ذخیره می شود و پس از رها شدن در خون به مولکول های مونومر (یک تایی) فعال تبدیل می گردد. محرک های نظیر گلوکز وپروتئین های موجود در غذا باعث ترشح هورمون انسولین از پانکرانس به خون می شوند. ضمن اتصال مولکول مونومر انسولین به پروتئین گیرنده غشای آن در سطح سلول امکان جذب قند آزاد موجود در خون بوسیله بافت های بدن فراهم می شود. هرگونه نقص در ساختار، تولید، ترشح و توانایی این هورمون در فعال سازی گیرنده های غشایی به بیماری دیابت شیرین منجر می شود.
در بیماران مبتلا به دیابت شیرین نوع ۱ توانایی تولید انسولین به میزان زیادی کاهش می یابد و یا تماماً از بین می رود. این افراد به طور روزانه با تزریق انسولین سعی دارند تا علائم این بیماری را از بین ببرند. در بیماران دیابت نوع ۲ حساسیت بدن به انسولین کم می شود و تعدادی از مبتلایان به این نوع دیابت نیز به تزریق انسولین وابسته می باشند. در صورتیکه بیماران دیابتی با تزریق روزانه انسولین سطح قند خون را تنظیم نکنند بالا بودن طولانی مدت قند آثار مخرب و جبران ناپذیری بر دیگر اندام های بدن از جمله مغز، چشم، کلیه و سیستم قلب و عروقی خواهد داشت. مقایسه جمعیت جهانی ۱۰۸ میلیونی مبتلایان به عارضه دیابت در سال ۱۹۸۰ به جمعیت بالغ بر ۴۲۰ میلیونی این بیماران در زمان حاضر نشان از عدم کنترل و پیشرفت سریع این بیماری در جامعه انسانی دارد. سابقه خانوادگی (ژنتیک)، چاقی، عدم تحرک، مصرف زیاد مواد خوراکی پر کالری، استعمال دخانیات، التهاب، کم خوابی و استرس از عوامل موثر در ابتلاء به دیابت نوع ۲ می باشند. استرس های اکسایشی همراه با ایجاد رادیکال های آزاد مسبب پیشرفت عارضه دیابت هستند که با مصرف غذاهای صنعتی حاوی مواد نگهدارنده، مصرف مواد آرایشی و بهداشتی غیر استاندارد، عدم آرامش محیط و قرار گرفتن بیش از حد در معرض پرتوهای الکترومغناطیسی حاصل می شود.
انسولین ، پر مصرف ترین داروی پپتیدی جهان
رشد سریع این بیماری متابولیکی در جامعه انسانی، انسولین را به پر مصرف ترین داروی پپتیدی جهان تبدیل نموده است. امروزه بیش از ۸۰ درصد انسولین مصرفی دنیا بوسیله شرکت Novo Nordisk کشور دانمارک تولید و عرضه می شود و میزان فروش جهانی این دارو در زمان حاضر حدود ۳۰ میلیارد دلار می باشد.
امروزه از میزبان های باکتریایی، سلول های موجودات پستاندار و قارچ ها جهت تولید انسولین نوترکیب انسانی استفاده می شود ولی مشکلات و محدودیت های جدی در روش های تولیدی باعث شده است که مقدار فعلی تولید پاسخگوی نیاز روز افزون این داروی مهم و حیاتی نباشد. میزان بیان ناچیز این هورمون در میزبان های فوق الذکر، تجزیه سریع و مسیر پیچیده و طولانی خالص سازی انسولین، تمایل زیاد این هورمون به لخته شدن و ایجاد فیبر آمیلوییدی از مشکلات جدی است که تولید صنعتی انسولین را با چالش های زیادی مواجه می سازد.
اخیراً پژوهشگران دانشکده علوم دانشگاه شیراز ضمن ایجاد نوآوری در فناوری تولید آزمایشگاهی انسولین نوترکیب انسانی، این داروی ضد دیابتی را در میزبان باکتریایی با موفقیت تولید نموده اند. پژوهشگران دانشگاه شیراز ژن دو زنجیره پپتدی آلفا و بتای انسولینی را به طور جداگانه به ژن یکی از پروتئین های لنز چشم (آلفا کریستالین) متصل نموده اند و در ادامه، پلاسمیدهای حاوی ژن های هیبریدی را به میزبان باکتریایی انتقال داده اند. به طور اجمال روشی که این گروه پژوهشی برای تولید انسولین نوترکیب انسانی بکار گرفته است در شکل زیر به نمایش گذاشته شده است.

همان طور که در این شکل آمده است میزبان باکتریایی، دو زنجیره آلفا و بتای انسولینی را به شکل مولکول های هیبریدی با پروتئین لنز چشم تولید می کند. در مرحله بعد، این پژوهشگران به روش برش شیمیایی، دو زنجیره آلفا و بتای انسولینی را از پروتئین حامل (پروتیین آلفا کرستالین لنز چشم) رها ساخته اند. به گفته این پژوهشگران، یکی از مراحل مهم در تولید انسولین اتصال صحیح دو زنجیره آلفا و بتا جهت ایجاد مولکول های فعال انسولینی است که به مرحله الحاق زنجیره ای معروف می باشد. این گروه پژوهشی بعد از خالص سازی زنجیرهای آلفا و بتای انسولین انسانی، از فعالیت چاپرونی پروتئین لنز چشم (آلفا کریستالین) برای تولید مولکول های فعال انسولینی استفاده نموده اند.
پژوهشگران دانشگاه شیراز نشان داده اند که پروتئین چاپرون لنز چشم به میزان قابل توجهی بازده تولید مولکول های فعال انسولینی را در مرحله موسوم به الحاق زنجیره ای بالا می برد. این گروه پژوهشی عنوان نموده اند که روش به کار گرفته شده در این پژوهش قابلیت به کارگیری در تولید صنعتی انسولین و برخی دیگر داروهای پپتدی مشابه را نیز داراست.
دانشگاه شیراز ، پیشتاز در علوم پروتئینی و پپتیدی ایران
شایان توجه است با توجه به اهمیت ویژه حوزه پروتئین و پپتید نخستین کنفرانس علوم پروتئینی و پپتیدی ایران به میزبانی و ابتکار دانشگاه شیراز ۱۹ و ۲۰ آذرماه سال ۱۳۹۳ برگزار شد. سومین کنفرانس ملی علوم پروتئینی و پپتیدی هم ۵ و ۶ اردیبهشت ماه امسال با حضور ۳۰۰ پژوهشگر داخلی و خارجی در دانشگاه شیراز برگزار گردید.
کاربرد پروتئین ها و پپتیدها در صنعت دارویی
آغاز صنعت داروهای پروتئینی و پپتیدی به سال ۱۹۸۲ با ورود هورمون پروتئینی انسولین به حوزه درمان برمی گردد. از این سال به بعد سالانه تعداد جدیدی داروی پروتئینی و پپتیدی به حوزه درمان وارد شده است. درحال حاضر بیش از ۱۷۰ داروی پروتئینی و پپتیدی در حوزه درمان استفاده می شود که میزان فروش جهانی آنها بالغ بر ۲۰۰ میلیارد دلار می باشد. داروهای پروتئینی و پپتیدی یک رقیب سرسخت برای داروهای شیمیایی رایج محسوب می شوند و هر ساله نقش خود را در جامعه بیشتر اعمال می کنند. خصوصیاتی نظیر اثرات جانبی کم، ویژگی مناسب برای مولکول هدف و همچنین قدرت سلول برای از بین بردن این مواد و انباشته نشدن آنها در کبد، کلیه و دیگر اعضای بدن، باعث شده که توجه بسیاری از شرکت های دارویی به پروتئین ها و پپتیدهای درمانی معطوف شود. از جمله بیماری¬هایی که داروهای پروتئینی و پپتیدی برای آنها تجویز می شوند می توان به سرطان، نقص های متابولیکی مثل دیابت، چاقی و دیگر نقائص بالینی نظیر آلرژی، بیماری های قلبی-عروقی، بیماری های عفونی مثل HIV و هپاتیت، بیماری های دستگاه گوارش، بیماری های پوستی و بیماری های دستگاه ادراری اشاره کرد. همچنین پروتئین ها و پپتیدها کاربرد زیادی در صنایع دیگر نظیر بهداشتی، غذایی، نساجی و صنعت تولید سوخت زیستی دارند.
تولید داروهای پروتئینی و پپتیدی
تولید داروهای پروتئینی در گذشته اساساً از منابع طبیعی شان نظیر موجوداتی همچون گوساله یا خوک بود . سپس فناوری DNA نوترکیب این امکان را فراهم کرد تا بتوان موجوداتی ترانس ژنیک ایجاد کرد . از زمانی که داروهای پروتئینی و پپتیدی از این طریق تولید شده اند، تنوع این محصولات شتاب بیشتری به خود گرفته است. امروزه ارگانیزم های متنوعی جهت بیان پروتئین ها و پپتیدهای دارویی به کار گرفته می شود. داروهای پپتیدی نیز به دو روش شیمیایی و زیستی تولید می شوند.
مهندسی پروتئین ها و پپتیدهای دارویی
هدف از مهندسی داروهای پروتئینی و پپتیدی، افزایش کارایی بالینی آنها است. انسولین را می توان به عنوان مثالی از اولین پروتئین دارویی مهندسی شده نام برد. مهندسی این دارو اغلب با تعویض یک تا سه آمینواسید صورت می گیرد. هدف از این عمل تولید انسولینی است که اثر طولانی تری داشته باشد و بهتر بتواند نقش طبیعی اش را در بدن ایفا کند . امروزه از انسولین داروهای متنوعی تولید می شود که هر کدام به عنوان یک داروی انسولینی ویژگی های منحصر به فرد و حتی روش استفاده مختص به خود را دارد.
جنبه های اقتصادی داروهای پروتئینی و پپتیدی
در حال حاضر چند صد پروتئین و پپتید دارویی در فازهای مختلف آزمایش بالینی هستند و در سال های آتی به مرور به جمع داروهای پروتئینی و پپتیدی می پیوندند. همچنین صدها پروتئین و پپتید با توان بالقوه جهت استفاده در کاربردهای درمانی بوسیله آزمایشگاه های سراسر جهان مطالعه می شود. تعدادی از این پروتئین ها و پپتیدها نیز به مرور به مراحل مختلف آزمایش بالینی وارد خواهد شد. با توجه به آنچه ذکر شد صاحب نظران معتقدند که در حال حاضر بازار پروتئین و پپتید دارویی دوران طفولیت را طی می کند و برای سالیان مدیدی آینده مطمئن همراه با رشد چشمگیری را خواهند داشت. پیش بینی می شود که میزان فروش جهانی داروهای پروتئینی و پپتیدی در سال ۲۰۱۹ به ۲۳۰ میلیارد دلار برسد. با در نظر گرفتن آمارها، باید گفت که این داروها با رشد سالانه حدود ۱۰درصدی رو به رو است .
بومی سازی داروهای پروتئینی و پپتیدی در کشور و چشم انداز آینده آن
عمده تولیدات صنعت دارویی کشور مولکول های شیمیایی کوچک می باشد. از طرفی، سالانه جهت واردات تنها چند قلم داروی پپتیدی رقمی بیش از ۳۰ میلیون دلار ارز از کشور خارج می شود. دولت ایران اخیراً سرمایه ها و امکاناتی را جهت تولید داروهای زیستی اختصاص داده است. با این وجود یک مزیت بزرگ تولیدات داخلی قیمت مناسب آنها است.
آینده داروهای پروتئینی و پپتیدی
با توجه به بازار بزرگ پروتئین ها و پپتیدهای دارویی در جهان و با در نظر گرفتن تعداد قابل توجه نیروی انسانی متخصص کشور در حال حاضر این حوزه مهم ظرفیت بالقوه ای در ایجاد اشتغال و کمک به تولید ملی را دارا است. در صورتیکه با برنامه ریزی و سرمایه گذاری قابل توجه در این حوزه سهم تنها دو درصدی از بازار بزرگ جهانی داروهای پروتئینی و پپتیدی نصیب کشورمان شود گامی مهم در راستای تحقق آرزوی دیرینه ایرانیان مبنی بر تشکیل اقتصاد بدون نفت برداشته خواهد شد. همچنین این عرصه ظرفیت مناسبی جهت ایجاد اشتغال مولد برای نیروی کار جوان و متخصص کشورمان را دارا می باشد. در این راستا برخی از تلاش شرکت¬های داخلی طی سال های اخیر برای تولید داروهای پروتئینی و پپتیدی نیز محقق شده است به طوری که تا سال ۲۰۱۲میلادی حدود ۲۰ داروی پروتئینی و پپتیدی بوسیله شرکت های ایرانی تولید شده است که بیش از نیمی از آن هم اینک در حوزه درمان و در داخل کشور استفاده می شود. با توجه به رشد چشمگیر تعداد پژوهشگران ایرانی فعال در حوزه علوم پروتئینی و پپتیدی طی سالیان اخیر به نظر می رسد اینک یکی از ملزومات مهم برای اینکه کشورمان در آینده ای نزدیک با برنامه ای جدی یکی از چند کشور مهم در عرصه تولید و صادرات داروهای پروتئینی و پپتیدی باشد فراهم شده است.