Insulin

1. Giới thiệu về Insulin
Insulin là một hormon peptid quan trọng, được sản xuất bởi các tế bào beta của đảo tụy (Langerhans). Hormon này đóng vai trò then chốt trong việc điều hòa nồng độ glucose máu, đảm bảo cung cấp năng lượng cho tế bào và duy trì cân bằng nội môi. Insulin không chỉ liên quan đến quá trình chuyển hóa carbohydrat mà còn ảnh hưởng đến lipid, protein và nhiều hệ thống sinh lý khác trong cơ thể.

Sự thiếu hụt hoặc bất thường trong chức năng insulin là nguyên nhân chính của các bệnh lý như đái tháo đường tuýp 1, tuýp 2 và hội chứng chuyển hóa. Từ khi được phát hiện vào năm 1921 bởi Frederick Banting và Charles Best, insulin đã trở thành một trong những bước tiến quan trọng nhất trong lịch sử y học.

2. Cấu trúc và cơ chế hoạt động của Insulin
Insulin là một polypeptide gồm 51 acid amin, được cấu tạo từ hai chuỗi: chuỗi A (21 acid amin) và chuỗi B (30 acid amin), liên kết với nhau bằng hai cầu nối disulfit. Một cầu nối disulfit nằm trong chuỗi A giúp duy trì cấu trúc của insulin.

Khi nồng độ glucose trong máu tăng (sau bữa ăn), insulin được tuyến tụy tiết ra và gắn vào thụ thể insulin trên màng tế bào đích (như cơ và mô mỡ). Quá trình này kích hoạt các con đường tín hiệu nội bào, dẫn đến:

• Tăng cường hấp thu glucose vào tế bào qua các protein vận chuyển GLUT4.
• Kích thích chuyển hóa glucose thành glycogen trong gan và cơ (quá trình glycogenesis).
• Ức chế phân giải glycogen (glycogenolysis) và tạo glucose mới (gluconeogenesis).

Ngoài ra, insulin còn thúc đẩy tổng hợp lipid, giảm phân giải chất béo và tăng hấp thu acid amin để tổng hợp protein.

3. Vai trò sinh lý của Insulin
Insulin có ảnh hưởng rộng rãi đến các quá trình chuyển hóa:

• Carbohydrate: Giảm đường huyết bằng cách tăng cường sử dụng glucose.
• Lipid: Ức chế phân giải mỡ, giảm nồng độ acid béo tự do trong máu.
• Protein: Tăng tổng hợp protein trong cơ, hỗ trợ phát triển và sửa chữa mô.

Ngoài ra, insulin còn giúp điều hòa cân bằng điện giải, đặc biệt là kali, bằng cách kích thích sự hấp thu kali vào trong tế bào.

4. Cách sản xuất Insulin
Ban đầu, insulin được chiết xuất từ tuyến tụy của động vật, như bò hoặc heo, nhưng phương pháp này tiềm ẩn nguy cơ dị ứng và không phù hợp với tất cả bệnh nhân. Với sự phát triển của công nghệ sinh học, insulin tái tổ hợp đã trở thành phương pháp sản xuất chủ đạo gồm các nước chính:

1. Tạo gen insulin nhân tạo: Gen mã hóa insulin người được tổng hợp hoặc thu nhận và chèn vào plasmid.
2. Chèn plasmid vào vi sinh vật: Vi khuẩn (Escherichia coli) hoặc nấm men được sử dụng như nhà máy sản xuất insulin.
3. Nuôi cấy và thu hoạch: Vi sinh vật được nuôi cấy trong môi trường thích hợp để tạo ra tiền insulin. Sau đó, tiền insulin được xử lý enzym để chuyển thành insulin hoàn chỉnh.
4. Tinh chế: Insulin được tinh chế để đạt tiêu chuẩn y tế, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho bệnh nhân.

5. Bệnh lý liên quan đến Insulin

• Đái tháo đường tuýp 1: Là bệnh tự miễn, trong đó tế bào beta bị phá hủy, dẫn đến thiếu hụt insulin tuyệt đối.
• Đái tháo đường tuýp 2: Do kháng insulin, cơ thể không đáp ứng đủ hiệu quả với insulin được sản xuất.
• Tăng insulin máu: Thường liên quan đến béo phì và hội chứng chuyển hóa, làm tăng nguy cơ bệnh tim mạch.

6. Ứng dụng và tiến bộ y học
Insulin hiện là phương pháp điều trị chủ đạo cho bệnh đái tháo đường tuýp 1 và một số bệnh nhân tuýp 2. Các dạng insulin hiện đại bao gồm insulin tác dụng nhanh (như lispro, aspart), insulin tác dụng kéo dài (như glargine, detemir) và insulin lai (kết hợp cả hai).

Công nghệ hiện đại đang phát triển các hệ thống điều trị tiên tiến, như insulin thông minh tự điều chỉnh liều hoặc bơm insulin tích hợp cảm biến glucose liên tục, mang lại hiệu quả điều trị tối ưu và nâng cao chất lượng sống cho bệnh nhân.

Tài liệu tham khảo

1. American Diabetes Association. "Standards of Care in Diabetes—2024" Diabetes Care, 2024.
2. Walsh G. “Biopharmaceutical Benchmarks 2022”, Nature Biotechnology, 2022.
3. Selen Dağaşan, Oytun Erbaş “Insulin Structure, Function and Diabetes Models in Animals”, Journal of Experimental and Basic Medical Sciences 2020;1(3):96-101

ThS. Nguyễn Yên Hà

ThS. Lê Thị Khánh Linh

KD.AT