Бантинг и бест открыли инсулин и причину диабета
Долгие годы до открытия инсулина, сахарный диабет считался смертельно опасным заболеванием. Единственным известным методом лечения заболевания, проявляющегося изнурительным выделением большого количества сладкой мочи, являлось соблюдение строгой диеты, предложенной доктором Алленом с резким ограничением потребления углеводов, приводящем к истощению. Такие пациенты могли продлить себе жизнь на несколько лет, но мучительная гибель ждала их впереди неизбежно…
В 60-е годы 18 века немецкий студент Поль Лангерганс, изучая поджелудочную железу, обнаружил «маленькие клетки с блестящим содержимым, расположенные группами хаотично по всей поджелудочной железе». Их функция была неизвестна. В дальнейшем в честь ученого эти группы этих клеток были названы островками Лангерганса. В 1889 году известный ученый Оскар Минковский (1858-1931) обнаружил, что у собак с удаленной поджелудочной железой развивается сахарный диабет. Однако дальнейшие опыты показали, что если перевязать проток, по которому сок поджелудочной железы попадает в кишечник, возникнут трудности с пищеварением, но уровень глюкозы крови повышаться не будет. На основании своих опытов Оскар Минковский сделал выводы, что поджелудочная железа выполняет две функции: вырабатывает пищеварительные соки и вещество, которое выделяется сразу в кровь и регулирует уровень глюкозы. Дело оставалось за малым, выделить это вещество и лекарство от сахарного диабета было бы найдено. Но именно это и не удавалось ученым долгие годы.
В октября 1921 года в канадском городе Торонто Фредерик Бантинг, хирург, совсем недавно получивший диплом врача, прочитал статью доктора Мозеса Бэррона о связи островков Лангерганса и возникновении сахарного диабета. Ссылаясь на работы русского ученого Леонида Васильевича Соболева, доктор Бэррон описывал клинический случай, когда проток поджелудочной железы блокировался камнем, что приводило к повреждению ткани органа, но островковые клетки оставались целыми. Бантинг загорелся идеей выделить эти клетки. Он предположил, что пищеварительные соки поджелудочной железы могут быть губительны для островковых клеток.
В своем дневнике он написал:
- перевязать проток поджелудочной железы у собаки. Дождаться полной атрофии ткани органа, сохраняя островковые клетки живыми;
- постараться максимально изолировать эти клетки от пищеварительных соков и выделить их.
Фредерик Грант Бантинг.
Из книги «Открытие инсулина» 1982, Майкл Блисс, Издательство университета Чикаго.
В начале 1921 года Бантинг обратился с своей идеей к профессору университета Торонто Джону Маклеоду, одному из виднейших ученых того времени, изучавших сахарный диабет. Маклеод не разделял энтузиазма Бантинга, к тому времени в мире было предпринято множество попыток выделить островковые клетки куда более опытными учеными и все они не привели к успеху. Однако, Фредерику Бантингу удалось убедить Маклеода дать его идее шанс, молодому ученому выделили крохотную плохо оборудованную лабораторию и 10 собак. Также к Бантингу был прикреплен помощник студент-медик Чарльз Бест. Эксперимент начался летом 1921 года.
Джон Маклеод.
(Журнал лабораторной и клинической медицины, номер 20, стр. 1934-35).
К началу опытов ни Бантинг, ни Бест не обладали выдающимися теоретическими знаниями и практическими навыками. Профессор Маклеод обучил Беста оперативному удалению поджелудочной железы, а также дал ряд практических советов, а вскоре он уехал в летний отпуск в родную Шотландию. Так же в это время появился новый метод определения концентрации глюкозы крови, требовавший всего 0,2 мл крови, а не 25 мл как раньше. Данный прорыв сыграл огромную роль в открытии инсулина, так как без определения уровня глюкозы крови оценить эффективность полученного вещества было сложно, а частые анализы крови старыми методами приводили к изнурению и без того слабых больных.
Бантинг и Бест начали свои эксперименты с удаления поджелудочной железы у подопытных собак, это приводило к росту уровня глюкозы крови, появлению частого мочеиспускания, жажде и потере веса. У собак развивался сахарный диабет.
У другой группы собак был перевязан проток поджелудочной железы, часть, вырабатывающая пищеварительные соки атрофировалась. У подопытных собак вырезали поджелудочную железу и замораживали в растворе солей, затем фильтровали. Изолированную субстанцию назвали «айлетин». Полученное вещество вводили собакам с сахарным диабетом, уровень глюкозы крови снижался. Получая несколько инъекций в день у собак исчезали симптомы сахарного диабета, они выглядели здоровыми и сильными. Бантинг и Бест показали полученные результаты Маклеоду, он был поражен, однако потребовал проведения дополнительных тестов для подтверждения результата.
Фредерик Бантинг и Чальз Бест на крыше университета Торонто, 1921 год.
Ученые понимали, что для дальнейших исследований им требуется большее количество действующего вещества, было решено использовать поджелудочные железы крупного рогатого скота. Количество успешных экспериментов увеличилось, Маклеод осознал, что ученые стоят на пороге крупнейшего открытия и выделил для экспериментов более крупную лабораторию, снабдив её всеми необходимыми ресурсами. Он также предложил назвать полученное вещество инсулин. Эксперименты продолжались.
В конце 1921 года к группе ученых присоединился еще один участник – биохимик Бертрам Коллип. Его целью стало очистить полученное вещество, так чтобы его можно было использовать для лечения людей. Также в ходе исследования ученые пришли к выводу, что можно использовать целую поджелудочную железу, не прибегая к длительному процессу атрофии её пищеварительной части.
Ученые стремились начать использование инсулина у людей. Бантинг и Бест пробовали вводить инсулин себе, но кроме слабости и озноба, никаких других проявлений не обнаружили. 11 января 1922 года в Торонто впервые был введен инсулин 14-летнему мальчику, Леонарду Томпсону, страдающему сахарным диабетом, единственным лечением которого была истощающая гипоуглеводная диета. К сожалению, первая инъекция не привела к желанным результатам, уровень глюкозы крови снизился, но незначительно, место инъекции воспалилось. Биохимик Бертрам Коллип продолжил свою работу по очистке инсулина. 23 января была вновь сделана инъекция инсулина тому же пациенту. Результат был ошеломляющий, уровень глюкозы опустился с 29 ммоль/л до 6,7 ммоль/л. Пациент чувствовал себя лучше с каждым днем, постепенно набирая силы и вес. Ученые продолжили тестирования инсулина на других пациентах с сахарным диабетом.
Новости об открытии инсулина быстро перелетели океан, и в 1923 году Нобелевский комитет наградил Бантинга и Маклеода Нобелевской премией в области физиологии и медицины. Это был грандиозный успех. Однако Фредерик Бантинг был разъярен решением Нобелевского комитета, он считал, что успех должны разделить он и Чарльз Бест. Чтобы отдать должное вкладу Беста в открытие инсулина, Бантинг отдал ему половину своей части Нобелевской награды, Маклеод, в свою очередь, разделил свою часть с Бертрамом Коллипом. Споры о справедливости вручения Нобелевской премии не утихали долгое время. Несмотря на то, что многие современники считали, что Маклеод премию не заслужил, его вклад в открытие инсулина нельзя отрицать, ведь именно он дал идее Бантинга ход, снабдив его лабораторией и давая ценные советы с самого начала исследования. Также необходимо признать, что без связей профессора Маклеода, весть об открытии не распространилась так широко и, возможно, имена других людей стояли за открытием инсулина.
Бантинг и Маклеод получили патент на свое изобретение, который за 1 доллар продали университету Торонто, все деньги от использования которого поступали в фонд, финансирующий научные исследования.
Вскоре после открытия компания Элай Лилли начала широкое изготовление вещества. К 1923 фирма выпускала количество инсулина, достаточное чтобы снабдить всех пациентов Североамериканского континента. В Европу инсулин привез нобелевский лауреат Август Крох.
Несмотря на то, что инсулин не является лекарством от сахарного диабета, его открытие является одним из величайших прорывов науки ХХ века. Сахарный диабет перестал быть приговором, означающим что человеку осталось жить максимум несколько месяцев в мучениях. Люди с сахарным диабетом получили шанс прожить счастливую, долгую жизнь.
Никто не скажет наверняка, сколько бы людей стали инвалидами и умерли от сахарного диабета, если бы в начале 90-х годов XIX столетия в далёкой канадской провинции не родился Фредерик Бантинг – будущий лауреат Нобелевской премии, создатель средства от этой серьёзной болезни, которое мы знаем сегодня как инсулин.
«Да мало ли таких мальчиков?»
Сын фермера, Фредерик окончил местную школу, любил рисовать, занимался спортом. Мальчик, каких много.
Родители прочили ему судьбу священника, и в возрасте 21 года Фредерик становится студентом факультета богословия в университете Торонто. Позднее, увидев священническое дело в реальности, молодой человек осознал, что это не то, чем бы он хотел заниматься. Итогом стал перевод на медицинский факультет.
Учёбу Бантинг заканчивает в тяжёлом 1916-м: планету сотрясала Первая мировая война. Молодой человек попал на фронт, работал в качестве военного хирурга, был тяжело ранен, и некоторое время провёл в одном из лондонских военных госпиталей.
Неслучайная случайность
После войны Бантинг какое-то время занимается детской хирургией, а в 1920-м даже организует частную практику в Лондоне – не том, в котором жили Холмс и Ватсон, а в канадском. Дело в провинции шло, вероятно, не очень хорошо, в связи с чем молодой доктор идёт работать «за зарплату», став ассистентом профессора в университете.
Читайте материал по теме: Ради людей. Стойкость доктора Илизарова
В один из дней Фредерик получает трагическую новость о том, что умер его друг детства. Причиной стал сахарный диабет. По-видимому, это потрясение и стало переломным моментом в судьбе будущего учёного.
Теплее, ещё теплее… Горячо! История открытия инсулина
Условное начало хронологии, приведшей к открытию роли поджелудочной железы в развитии сахарного диабета, можно отнести к концу 60-х годов XIX века. Именно тогда немецкий анатом и гистолог Пауль Лангерганс описал микроскопическое строение этого органа, в котором среди основной ткани он обнаружил маленькие клетки, большей частью расположенные попарно либо небольшими группами. Долгое время было непонятно, какова их функция. В 90-х годах этого же столетия французский физиолог Лагусс предложил называть их островками Лангерганса.
После открытия Лангерганса другой учёный, Эрнст Лако предположил, что поджелудочная железа связана с пищеварением. Сейчас мы хорошо знаем, что это на самом деле так. Однако немецкий физиолог Оскар Минковски с Лако не согласился.
Чтобы доказать свою правоту, Минковски проводит эксперимент – удаляет поджелудочную железу у собаки. Через пару дней обнаруживается, что моча животного начинает привлекать мух. Причина – содержащийся в ней сахар.
Так впервые была показана связь между поджелудочной железой и сахарным диабетом.
На заре XX столетия наука доказала, что к этой патологии ведут нарушения в этом органе – тогда, когда полностью или частично разрушаются островки Лангерганса.
Если в островковых клетках животных содержится вещество, как-то влияющее на уровень глюкозы, то как доставить его в организм пациента?
Читайте материал по теме: Не измени себе… Человеческий подвиг Владимира Демихова
Употребление свежей поджелудочной железы животного или экстракта из не` оказалось безуспешным. Позднее стало понятно, почему: инсулин – это гормон белковой природы. А поджелудочная железа, помимо гормональной, обладает ещё и мощной внешнесекреторной функцией – выделяет пищеварительные ферменты, расщепляющие белки, жиры и углеводы. Поэтому теоретически неудачи могли объясняться тем, что попадающий в кишечник больного животный инсулин просто переваривался ферментами пациента, или же он мог разрушаться ферментами своей же железы при её повреждении.
Кто ищет – тот находит
Таким образом, проблема была в том, что ферменты успевали частично разрушить инсулин до того, как он мог быть извлечён из органа.
Однажды Бантингу попалась статья, в которой автор рассказывал о том, что блокада протоков поджелудочной железы желчными камнями ведёт к атрофии клеток, вырабатывающих ферменты.
А что если перевязать протоки у животного, выждать, пока разрушатся эти клетки, и таким образом попробовать предотвратить распад инсулина в экстракте островковых клеток?
Эта мысль не оставляла Бантинга, но для воплощения задуманного он нуждался в средствах, соответствующем оснащении и помощниках.
РАДИ ЭКСПЕРИМЕНТА БАНТИНГ ПРИНЯЛ
РЕШЕНИЕ РАСПРОДАТЬ ВСЁ, ЧТО У НЕГО БЫЛО
В тот период в университете Торонто работал известный специалист в области диабета Джон Маклеод. По совету своих друзей Бантинг обратился к профессору, но в первый раз получил отказ: замысел молодого коллеги показался учёному обречённым на провал. Вторая попытка оказалась удачной.
Сам Маклеод отбыл на несколько месяцев в Шотландию, предоставив в распоряжение Бантинга первоклассную лабораторию и помощника – студента-пятикурсника Чарльза Беста, хорошо разбиравшегося в методах определения сахара в моче и крови. А средства? Нашлись и они: ради эксперимента Бантинг принял решение распродать всё, что у него было.
«На пороховой бочке»: когда незнание – благо
Опыты начались. У нескольких собак были перевязаны протоки поджелудочной железы, и исследователи ждали её атрофии. Уже в процессе проведения опытов Бантинг узнал о многих исследователях, попытки которых получить инсулин закончились неудачно. Однако путей к отступлению уже не было.
27 июля 1921 года вошло в историю медицины. Собаке с удалённой железой, в прекоматозном состоянии, ввели экстракт атрофированной поджелудочной железы. Спустя несколько часов у животного начали понижаться показатели сахара в крови и моче, пропал ацетон. После этого экстракт был введён повторно. В результате животное прожило ещё неделю. Вероятно, этот срок мог быть и более долгим – просто не осталось экстракта.
Позднее Бантинг и Бест стали получать его из бычьей поджелудочной железы, так что теперь инсулина хватало собаке более чем на два месяца жизни.
Ещё до конца года были сделаны первые сообщения об открытии и значении инсулина. В январе 1922-го спасительное средство было впервые введено 14-летнему подростку.
Конфликт, награда, признание
Спустя некоторое время состоялось собрание Американской врачебной ассоциации, на котором Маклеод сообщил об открытии. При этом он подчеркнул свои заслуги, отведя Бантингу и Бесту более скромные роли.
БАНТИНГ ПЕРЕДАЛ ПОЛОВИНУ “НОБЕЛЕВКИ”
БЕСТУ И ВСЕГДА ПУБЛИЧНО ПОДЧЁРКИВАЛ
РОЛЬ СВОЕГО УЧЕНИКА В ОТКРЫТИИ ИНСУЛИНА
1923-й год. В далёкой Швеции принимается решение о награждении учёных Нобелевской премией. Среди лауреатов был Маклеод, но не было Беста. Обычно уравновешенный и спокойный, Бантинг пришёл в ярость. В порыве гнева он хотел отойти от этих «внутренних разборок» и отказаться от награды, однако его друзья убедили его не делать этого.
Бантинг передал половину «нобелевки» Бесту и всегда публично (в том числе и на церемонии вручения награды) подчёркивал роль своего ученика в открытии инсулина.
Наши дни
Исследования проблемы сахарного диабета продолжаются. Это заболевание входит в число «болезней цивилизации», имеет важное социальное значение.
Читайте материал по теме: Диабет: как определить и вылечить?
Открытие инсулина совершило подлинную революцию в подходах к лечению этой патологии, радикальным образом изменив качество и продолжительность жизни таких больных. И хотя наверняка всегда будут заболевания, с которыми человечество не сможет эффективно бороться в тот или иной момент истории, однако всегда будут и те, кто сможет бросить вызов одной из этих проблем и однажды обязательно победит. Фредерик Бантинг – яркое тому подтверждение.
Текст: Энвер Алиев
Другие материалы по темам:
Выстоять ради человечества. Уильям Гарвей – врач, изменивший мир
Метод лечения Валентина Дикуля
Жить по мечте. Великое открытие Луи Пастера
Нобелевские лауреаты: Фредерик Бантинг. Первооткрыватель инсулина
Как удачный случай сохранил будущему нобелевскому лауреату руку от ампутации, чем он похож на Менделеева и Кекуле и почему ученые едва ли не подрались из-за Нобелевской премии – и о смерти друга, как мотивации.
Сэр Фредерик Гран Бантинг
Родился: 14 ноября 1891 года, Аллистон, Канада
Умер: 21 февраля 1941 года, Ньюфаундленд, Канада
Нобелевская премия по физиологии и медицине 1923 года (совместно с Джоном Маклеодом). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие инсулина» (for the discovery of insulin).
Первый подлинно канадский нобелевский лауреат родился в небольшом поселке Аллистон в провинии Онтарио. Он был младшим из пяти детей Уильяма Томпсона Бантинга и Маргарет (Грант) Бантинг. Фредерик вырос на ферме, учился в местной бесплатной школе, увлекался рисованием, занимался спортом. Мальчик как мальчик. Родители мечтали видеть его священником, и, повинуясь воле родителей, Бантинг-самый-младший в 1912 году поступил в Торонтский университет на богословский факультет. Соприкоснувшись со священничеством вживую, Фредерик быстро понял, что это «не его». Он хотел спасать людей, но в прямом смысле слова. И в том же году перевелся на медицинский.
Нормально доучиться Бантингу не дали: началась Первая мировая война. В 1915 году он записался в ряды медицинского корпуса Королевской канадской армии, однако его отправили обратно в медицинскую школу, и через год Фредерик уже был бакалавром. И все равно отправился на фронт, так что повоевать Бантингу пришлось. Он был военным хирургом и даже получил ранение в плечо во второй битве при Камбре, в 1918 году.
Нужно сказать, что тут карьера Бантинга-хирурга могла завершиться: ранение было серьезным, и его коллега все время порывался ампутировать руку молодому врачу. Но Фредерик уговорил повременить с ампутацией. И угадал. Он сохранил руку, а в 1919 году получил и боевую награду за то сражение — британский Военный крест.
В том же 1919 году Фредерик начал мирную жизнь, поработал какое-то время детским хирургом, а в 1920 году открыл частную практику в Лондоне. Правда, не в столице империи, а в небольшом городе в провинции Онтарио в Канаде. Быть может, в Лондоне доктора Ватсона практика и оправдала бы себя, но в провинциальной Канаде денег не было. И он пошел работать «за зарплату» — ассистентом профессора в медицинской школе (факультете по-нашему) Университета Западного Онтарио.
А затем случилась трагедия, которая привела к спасению миллионов жизней за последующие десятилетия. От сахарного диабета умер друг детства, и Фредерик Бантинг начал серьезно заниматься этим заболеванием. Кто мог знать, что путь от глубокого душевного потрясения до Нобелевской премии будет проделан за три года.
Островки Лангеранса
Wikimedia Commons
Еще до Бантинга медики предполагали, что за развитие диабета как-то отвечает поджелудочная железа, а точнее, ее гормон («секрет»), который вырабатывают так называемые островки Лангерганса.
Эти скопления секреторных клеток еще в 1869 году открыл германский патологоанатом и гистологом Пауль Лангерганс-младший, ученик и друг Рудольфа Вирхова. Сейчас мы знаем, что они выделяют гормон инсулин, который, попадая в кровь, способствует поглощению из крови глюкозы. Если инсулина нет, то клетки, не получая глюкозы, расщепляют жиры, и в результате начинается так называемый кетоацидоз, сдвиг кислотно-основного баланса в организме и смерть. Характерный симптом диабета — высокое содержание сахара в крови и моче (это заметил еще в XVII веке знаменитый Томас Уиллис, первооткрыватель так называемого вилизиевого круга, артериального круга головного мозга, и отец термина «неврология»).
Еще в конце XIX веке был сделан такой эксперимент: у собаки удаляли поджелудочную железу и наблюдали все симптомы сахарного диабета — резкий подъем уровня сахара в крови и моче.
У врачей появилась идея кормить пациентов с диабетом свежей поджелудочной железой животных или экстрактами из нее, но, к сожалению, ничего не работало. Как мы сейчас понимаем, инсулин разлагали другие ферменты поджелудочной железы: этот орган обладает двумя типами секреторных клеток. Есть еще так называемые ацинозные клетки, они синтезируют и выделяют в панкреатические протоки пищеварительные ферменты, которые в итоге попадают в тонкий кишечник и переваривают пищу. То есть поджелудочная железа в случае нарушения ее целостности просто переваривает инсулин.
Гексамер инсулина
Wikimedia Commons
Одним октябрьским вечером Бантинг читал статью некоего Мозеса Баррона, в которой показывалось, что блокада панкреатических протоков желчными камнями вызывает атрофию того самого второго типа клеток поджелудочной — ацинозных клеток.
Мы не знаем, вскричал ли ночью Бантинг «Эврика!», однако именно во сне ему пришло в голову решение проблемы. Он сумел проснуться и внятно записать (через несколько выпусков мы расскажем вам историю, как другой нобелевский лауреат, записав схему эксперимента ночью, наутро не смог разобрать свои каракули): «Перевязать протоки поджелудочной железы у собак. Подождать шесть-восемь недель. Удалить и экстрагировать».
Как потом писал Бантинг в своей статье, он считал, что, «перевязав протоки и выждав некоторое время, необходимое для разрушения ацинозных клеток, сумеет найти способ получения экстракта островковых клеток, не подверженного разрушающему воздействию трипсина и других панкреатических ферментов».
Однако на эксперименты нужны были деньги, оборудование и люди. Друзья надоумили рассказать об идее физиологу Джону Маклеоду, шотландцу, профессору Торонтского университета, очень крупному специалисту по диабету. Маклеод дал добро. Правда, по воспоминаниям самого Бантинга, со второго раза, с первого раза он назвал идею молодого коллеги бредом. Итак, в 1921 году гуру диабета уехал в Шотландию отдыхать, обеспечив Бантинга лаборантом, который умел хорошо определять сахар в крови, позицией в Торонском университете и самой современной физиологической лабораторией в Канаде.
Джон Маклеод
Wikimedia Commons
Лаборантом был Чарльз Бест, с которым Бантинг очень быстро нашел общий язык, и работа закипела. Пока Маклеод отдыхал (с мая по август 1921 года), молодые ученые сумели сделать все основные работы: выделить инсулин (это название гормон получил по слову insula – «остров», от островков Лангерганса), удалить поджелудочную экспериментальной собаке, а затем ввести ей инсулин и спасти умирающее животное.
Бест и Бантинг
Wikimedia Commons
Первые доклады об открытии и роли инсулина были сделаны уже в том году. Подключился и Маклеод, который использовал все свои ресурсы для производства инсулина в огромных количествах, подключив к группе биохимика Джеймса Коллипа. В январе 1922 года в Торонто инсулин получил первый пациент, 14-летний мальчик.
Одно из первых сообщений об успехе Бантинга в газетах.
В том же году случился и конфликт: Маклеод, рассказав об открытии на собрании Американской врачебной ассоциации и прессе, сделал акцент на своих заслугах, а Бантинга и Беста отодвинул на вторые роли. Говорят, что после этого всегда спокойный и корректный Бантинг даже ударил Коллипа — «человека Маклеода».
Джеймс Коллип
Wikimedia Commons
В 1923 году пришла Нобелевская премия. Когда Бантинг узнал, что в числе лауреатов оказался Маклеод, но не было его коллеги Беста, он, несмотря на обычную доброту и спокойствие, оказался в бешенстве. Первой мыслью ученого стало просто забросить все эти «внутринаучные разборки» и отказаться от Нобелевской премии, но друзья отговорили от такого поступка (и потому единственным человеком, по собственной воле отказавшимся от премии за всю ее историю, стал писатель и философ Жан Поль Сартр). Тогда благородный ученый отдал (и позаботился о том, чтобы об этом узнали все) половину премии своему ученику и во всех публичных выступлениях (включая Нобелевскую церемонию) подчеркивал роль Беста в открытии инсулина.
Увы, Бантинг, переживший Первую мировую, не выжил во Второй мировой. Незадолго до войны наш герой фактически основал новую науку, авиационную и высотную медицину, а когда началась война, вступил в канадские ВВС и перевозил военные сообщения из Канады в Британию. 21 февраля 1941 года его самолет упал на остров Ньюфаундленд. До подхода спасателей Бантинг не дожил.
Опубликовано в https://indicator.ru/article/2017/08/30/frederik-banting/