AUTORES: SERGIO DELGADO, ÁNGELA MORENO y GONZALO LEANDRO (4º curso, Grado en Biotecnología)

 

Imagina un mundo donde un diagnóstico de diabetes significaba una vida corta y llena de complicaciones. Así era la realidad hace más de cien años, antes de un descubrimiento que lo cambiaría todo: la insulina. Esta hormona ha transformado una enfermedad mortal en una condición manejable para millones de personas en todo el planeta.

 

Insulina: Función e importancia

La insulina es una hormona peptídica liberada por las células beta, presentes en el páncreas, cuando los niveles de glucosa aumentan en sangre. Esto sucede principalmente después de las comidas, ya que al procesar los alimentos en nuestro sistema digestivo, se liberan distintos nutrientes, entre ellos la glucosa, que pasan a la sangre para llegar a todas las células del organismo [1].

 

Diversos sensores en el organismo detectan el incremento de glucosa, dando lugar a la activación de las células beta, las cuales empiezan a sintetizar y secretar insulina. La insulina se libera al torrente sanguíneo y se une a su receptor específico en las células de tejidos periféricos, el receptor de insulina (INSR). La activación del receptor en la célula favorece que el transportador de glucosa GLUT-4 se dirija a la membrana celular, permitiendo la internalización de la glucosa. La glucosa se utilizará como fuente de energía dentro de la célula [1].

 

Si este mecanismo falla puede derivar en una enfermedad denominada diabetes, que puede ser de varios tipos:

• Diabetes tipo 1: Es una enfermedad en la que el propio sistema inmune ataca a las células beta y las destruye, y por tanto no se genera insulina, lo que provoca un exceso de glucosa en sangre (hiperglucemia) [2].

• Diabetes tipo 2: Los tejidos periféricos (el músculo, tejido graso, …) desarrollan resistencia a la insulina, debido a la disminución de la actividad del receptor de insulina, entre otros. Por lo tanto, a pesar de que haya insulina en sangre, el receptor no se activa, y no permite la internalización de la glucosa al interior de las células [2].

 

El descubrimiento de la insulina

A principios de la década de 1920, Banting y su ayudante Charles Best, empezaron los primeros experimentos, induciendo la atrofia del tejido pancreático exocrino (parte del páncreas que no produce insulina). Extrajeron del tejido atrofiado un extracto, que, al administrarse a un perro diabético, hacía que los niveles de azúcar en sangre se redujeran, confirmando así el papel clave de esta hormona en la regulación de los niveles de azúcar en sangre. Tras repetir el ensayo en varios perros, el 11 de enero de 1922, se consiguió tratar con éxito al primer paciente humano, un adolescente diabetico de 14 años llamado Leonard Thompson [2]. Por este hito, Banting y Macleod recibieron el premio Nobel de Medicina en 1923, aunque Banting compartió el premio con Best, reconociendo así su vital participación.

 

Producción de insulina

Tras conseguir aislar la insulina, comenzó a administrarse a pacientes, extrayéndose mayoritariamente del páncreas de cerdos y vacas. Sin embargo, la insulina de origen animal causaba reacciones alérgicas y rechazo en los pacientes [3].

 

De esta situación surgió la necesidad de la intervención de la biotecnología. Gracias a la ingeniería genética, se logró utilizar bacterias como fábricas productoras de insulina. Esto fue posible introduciendo el gen de la insulina humana en bacterias, preferiblemente Escherichia coli (E.coli). Pero, ¿cómo es posible introducir un gen humano en una bacteria? ¡Es más sencillo de lo que parece! El gen que codifica la proteína de la insulina se introduce en la bacteria gracias a plásmidos, que son pequeñas moléculas de ADN bacterianas que actúan como transportadores [4].

 

Estas bacterias modificadas producen insulina prácticamente idéntica a la insulina humana, dejando así de lado los problemas derivados de la insulina animal. Tras el desarrollo de la tecnología, el objetivo fue la producción a gran escala. Para ello se deben controlar las condiciones del crecimiento de las bacterias, haciendo que se multipliquen de forma masiva y así generar grandes cantidades de insulina. Tras ser producida, se extrae y purifica del cultivo de bacterias [4] (Figura 1).

Análogos de la insulina

A lo largo de estos 100 años que la insulina lleva siendo empleada como tratamiento, han ido surgiendo análogos de la misma. Pero, ¿qué son los análogos de la insulina? Básicamente son moléculas de insulina humana, las cuales se han modificado para mejorar algunas características de las mismas [5].  Entre ellos destacan los análogos de acción lenta y acción rápida, desarrollados gracias a los avances de la ingeniería genética. Los análogos de acción lenta mejoran la calidad de vida de los pacientes, ya que, al ser absorbidas más lentamente, su efecto en el organismo tiene mayor duración y por lo tanto se reduce el número de inyecciones de insulina. Los análogos de acción rápida en cambio, permiten que el paciente diabético se inyecte tras comer, disminuyendo los riesgos de sufrir hipoglucemias [6].

 

Futuras direcciones

Uno de los avances más recientes ha sido el empleo de la terapia celular para combatir la diabetes. En lugar de depender de inyecciones constantes de insulina, se busca restaurar la producción de insulina dentro del organismo al reemplazar las células dañadas por otras que puedan funcionar correctamente [7].

 

Este fue el caso de una mujer con un caso severo de diabetes tipo I, a la cual se le realizó un trasplante de islotes pancreáticos. Estos fueron generados a partir de sus propias células madre pluripotentes inducidas químicamente a partir de tejido adiposo. Este trasplante permitió a la paciente alcanzar unos niveles de glucosa estables sin necesidad de inyecciones de insulina [8].

 

Las bacterias son habitualmente asociadas a enfermedades, y sin embargo, se han convertido en fábricas de medicamentos imprescindibles para salvar vidas. ¿Qué otros aliados inesperados descubrirá la ciencia que nos permitan cruzar las fronteras entre lo natural y lo artificial?

 

Bibliografía

[1] Lee SH, Park SY & Choi CS. (2022). Insulin Resistance: From Mechanisms to Therapeutic Strategies. Diabetes Metab J , Volume 46(1). https://doi.org/10.4093/dmj.2021.0280

[2] Mejía-Rivera, O. (2021). Diabetes mellitus, Banting and the discovery of insulin: a paradigm of bibliographical serendipity. Revista Colombiana de Endocrinología Diabetes & Metabolismo, 8(3). https://doi.org/10.53853/encr.8.3.730

[3] Francis, D., Chacko, A. M., Anoop, A., et al. (2024). Evolution of biosynthetic human insulin and its analogues for diabetes management. Advances In Protein Chemistry And Structural Biology. https://doi.org/10.1016/bs.apcsb.2024.06.004

[4] Ladisch, M. R., & Kohlmann, K. L. (1992). Recombinant human insulin. Biotechnology progress, 8(6), 469–478.https://doi.org/10.1021/bp00018a001

[5] Benitez, E. G., & Vallès-Callol, J. (2022). Análogos de la insulina. ¿Cuál es su lugar en la terapéutica? FMC – Formación Médica Continuada En Atención Primaria, 29(5), 268-275. https://doi.org/10.1016/j.fmc.2021.09.010

[6] Sahoo, A., Das, P. K., Dasu, V. V., et al. (2024). Insulin evolution: A holistic view of recombinant production advancements. International journal of biological macromolecules, 277(Pt 1), 133951. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.133951

[7] Luo, Y., Yu, P. & Liu, J. (2024). The efficiency of stem cell differentiation into functional beta cells for treating insulin-requiring diabetes: Recent advances and current challenges. Endocrine 86, 1–14. https://doi.org/10.1007/s12020-024-03855-8

[8] Wang, S., Du, Y.,Zhang, B., et al. (2024). Transplantation of chemically induced pluripotent stem-cell-derived islets under abdominal anterior rectus sheath in a type 1 diabetes patient. Cell, 187, 6152-6164. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.004