До того как 27 июля 1921 года был открыт инсулин, диабет был смертельным заболеванием. Столетие назад люди, у которых диагностировали это нарушение обмена веществ, обычно жили всего несколько лет. У врачей не было возможности лечить опасно высокий уровень сахара в крови пациентов с диабетом, который был вызван нехваткой гормона инсулина. Однако сегодня почти 1,6 миллиона людей живут нормальной жизнью с диабетом 1-го типа благодаря открытию инсулина.
Этот прорыв в медицине обычно приписывают одному человеку, Фредерику Бантингу, который искал лекарство от диабета. Но создание надежного средства для лечения диабета зависело от исследований двух других ученых, Оскара Минковского и Сёрена Сёренсена, которые ранее проводили исследования на, казалось бы, несвязанные темы.
История инсулина иллюстрирует тот факт, что медицинские инновации строятся на фундаменте науки, а затем требуются квалифицированные инженеры, чтобы вывести лечение из лаборатории и доставить его людям, которые в нем нуждаются.
Фундаментальные исследования указали на поджелудочную железу
Диабет был известен с древности. Первыми симптомами заболевания часто были сильная жажда и учащенное мочеиспускание. В течение нескольких недель пациент терял вес. Через несколько месяцев пациент впадал в кому, а затем умирал. В течение многих веков никто не мог понять, что вызывает диабет.
Однако люди знали о существовании поджелудочной железы на протяжении многих веков. Греческий анатом Герофилос впервые описал ее около 300 года до н. э. Исходя из ее анатомического расположения, люди подозревали, что она участвует в работе пищеварительной системы. Но никто не знал, является ли поджелудочная железа таким же важным органом, как желудок, или лишним, как аппендикс.
В 1889 году Оскар Минковски, патологоанатом Страссбургского университета в тогдашней Германии, был одним из самых талантливых хирургов своего времени. В рамках исследования он совершил хирургический подвиг, который считался невозможным: сохранил жизнь животному после полного удаления поджелудочной железы.
Собака, которую он оперировал, выжила после операции, но, к удивлению Минковского, у нее начали проявляться все симптомы диабета. Минковский обнаружил, что удаление поджелудочной железы вызывает диабет. Сегодня это известно как животная модель болезни. Создав животную модель заболевания, исследователи могут экспериментировать с различными методами лечения на животных в надежде найти то, что впоследствии сработает на людях.
Можно ли измельчить поджелудочную железу и скормить ее животному, страдающему диабетом, чтобы вылечить или облегчить его симптомы? Нет, это не работает. Проблема, если говорить современным языком, заключается в том, что поджелудочная железа выполняет две функции: вырабатывает ферменты для пищеварительной системы и производит инсулин. Смешиваясь вместе, пищеварительные ферменты разрушали инсулин.
Изолирование инсулина
В 1920 году у Фреда Бантинга, врача из небольшого городка Лондон, Онтарио, возникла идея. Он решил, что можно хирургическим путем перевязать протоки между поджелудочной железой и пищеварительной системой животного. Подождать несколько недель, пока часть поджелудочной железы, вырабатывающая пищеварительные ферменты, распадется, а затем удалить поджелудочную железу полностью. По его мнению, эта разложившаяся поджелудочная железа будет содержать инсулин, но не разрушительные ферменты.
27 июля 1921 года он завершил этот эксперимент в лаборатории Джей Джей Р. Маклеода в Университете Торонто. Бантинг, работая со студентом из Торонто по имени Чарльз Бест, приготовил экстракт из атрофированной поджелудочной железы собаки. Затем он ввел этот экстракт другой собаке, у которой был вызван диабет из-за удаления поджелудочной железы. Симптомы диабета у животного начали исчезать.
Хотя эксперимент Бантинга был успешным, его метод очистки инсулина оказался непрактичным. Дж. Дж. Р. Маклеод поручил биохимику Джеймсу Коллипу придумать практичный метод очистки инсулина из поджелудочной железы.
Коллип разработал метод, основанный на очистке спирта. Концепция была проста: Он измельчал свежую свиную поджелудочную железу, которую можно было купить в мясных лавках, и смешивал ее с раствором спирта и воды. Коллип медленно увеличивал процентное содержание спирта в растворе. Он обнаружил, что инсулин остается растворенным до достижения критической концентрации спирта, после чего он внезапно выпадает из раствора, больше не растворяясь в жидкости. Собрав этот твердый осадок на дне колбы, он получил очищенную форму инсулина.
Добытый Коллипом инсулин позволил Бантингу и другим сотрудникам больницы при Университете Торонто начать лечение пациентов. Первые инъекции были сделаны в январе 1922 года. Уже через несколько недель были получены чудесные результаты. Эти инъекции инсулина помогли десяткам пациентов, которые были близки к смерти, вернуться к нормальной жизни. Слухи распространялись. Спрос на инсулин увеличился.
Информация с пивоваренного завода
Но когда Коллип не смог очистить большие партии инсулина, случилась беда. Он был озадачен, почему, следуя точно такому же рецепту, как и раньше, в его препаратах не было инсулина. Теперь Джей Джей Р. Маклеод обратился за помощью в коммерческую фирму Eli Lilly and Company из Индианы, которая производила лекарственные капсулы.
В Eli Lilly проблема очистки была возложена на Джорджа Уолдена, 27-летнего химика. Уолден вспомнил о способе, который за дюжину лет до этого ввел датский химик Сёрен Сёренсен.
В начале 1900-х годов Сёренсен был директором лаборатории Carlsberg, созданной пивной компанией для развития науки о пивоварении. Он ввел понятие pH как способ количественной оценки кислотности раствора. Повышение pH на этапе приготовления пива приводит к появлению более горького вкуса.
Когда Уолден измерил pH раствора для поджелудочной железы, он обнаружил, что кислотность гораздо важнее для растворимости инсулина, чем концентрация спирта. Он разработал процедуру очистки, подобную процедуре Коллипа, но основанную на pH, а не на концентрации спирта. Коллип не смог расширить масштабы очистки инсулина, вероятно, потому, что он пренебрег тщательным контролем pH раствора.
Это открытие позволило наладить массовое производство инсулина.
Победа над человеческой болезнью
К маю 1924 года диабет перестал быть смертельным заболеванием. Врач Джозеф Коллинз, написавший в газете The New York Times, так описал это: "Один за другим непримиримые враги человека, болезни, которые стремятся его уничтожить, побеждаются наукой. Диабет, одна из самых страшных болезней, сдался последним".
Сегодня к непримиримым врагам человека относятся рак, болезнь Альцгеймера и шизофрения. Лекарства от каждого из них, скорее всего, будут созданы на основе достижений фундаментальных исследований.
Эта идея, в некотором роде, заложена в правилах легкой атлетики. В соревнованиях с несколькими забегами - от студенческого уровня до Олимпийских игр - люди, показавшие более высокое время в ранних забегах, назначаются на средние дорожки в последующих забегах. Другими словами, самые быстрые бегуны получают вознаграждение в виде, как предполагается, лучших дорожек.
Моя недолгая беговая карьера давно позади, но в своей профессиональной деятельности я много думаю об использовании статистики для извлечения смысла из данных. В преддверии Олимпийских игр я решил проверить достоверность фольклора о распределении дорожек, оставшегося со времен моей спринтерской карьеры.
Используя данные Международной ассоциации легкоатлетических федераций за 20 лет, я обнаружил, что давние убеждения о преимуществе дорожки не подтверждаются данными. И на самом деле, в спринте на 200 метров данные свидетельствуют о том, что дорожки, которые часто воспринимаются как наименее желательные, на самом деле являются самыми быстрыми.
Первым шагом в создании модели затонувшего корабля было обучение компьютера тому, как выглядит затонувший корабль. Также важно было научить компьютер отличать затонувшие корабли от рельефа морского дна. Для этого понадобилось множество примеров кораблекрушений. Также нужно было научить модель тому, как выглядит естественное дно океана.
Удобно, что Национальное управление океанических и атмосферных исследований ведет общедоступную базу данных о затонувших кораблях. У нее также есть большая общедоступная база данных различных видов изображений, собранных по всему миру, включая сонарные и лидарные снимки морского дна.
Скорость бега, плавания или гребли, высота или длина прыжка, точность попадания в цель, равновесие или подъем веса в значительной степени зависят от того, на чем сосредоточено внимание спортсмена.
Исследования показывают, что то, на чем концентрируется внимание спортсмена, может стать разницей между завоеванием золота и непопаданием в команду. Удивительным может оказаться тот факт, что переключение внимания с себя - того, что происходит в вашем теле, - на то, что находится снаружи - то, чего вы пытаетесь достичь, - является выигрышной стратегией.
Сначала он подумал, что откопал несколько старых шоколадных монет, но на самом деле он нашел золото. Он откопал девять золотых подвесок с гравировкой, десять золотых жемчужин и три золотых кольца - все они датируются шестым веком до н. э. Официальные лица говорят, что эта находка - первая подобная в стране с 1800-х годов.
"Это золотая находка века в Норвегии", - говорит Оле Мадсен, директор Музея археологии при Университете Ставангера, в своем заявлении. "Найти столько золота в одно и то же время - крайне необычно".
Техническая поддержка проекта ВсеТут