一百年的胰岛素

当约翰·麦克劳德(John Macleod)在加拿大多伦多大学(University of Toronto)的同事和学生们正在计划1921年的暑假时，他正在安排将自己的一些实验室空间分配给一位自由研究人员。尽管弗雷德里克·班廷的研究项目看起来很有投机性，麦克劳德还是给他提供了这个机会，并指派一名名叫查尔斯·贝斯特的研究学生来帮助他。麦克劳德随后前往苏格兰，他并不知道三年后他和班廷(而不是贝斯特)将分享诺贝尔奖。

去年秋天回到加拿大时，麦克劳德意识到班廷和贝斯特在治疗糖尿病方面即将取得突破。糖尿病研究了几个世纪，但仍然无法治愈。认识到这个项目的重要性，麦克劳德推动了它，并鼓励阿尔伯塔大学的生物化学家詹姆斯·科利普(James Collip)参与进来。科利普正在休研究假。

经过进一步的实验室工作和一些临床试验，他们宣布发现糖尿病有效的补救措施。几个月内，一家主要药物公司在生产它，即使化学家需要多年的时间才能解开其分子结构，然后合成它。

不幸的是，Macleod，Banting，Best和Collip在愤怒的分歧中刺激了 - 一些只是缺乏身体暴力的阻止 - 而且他们留下了对发现的冲突的账户。未解释这个故事呈现出历史学家的主要挑战，仍可能会从中吸取教训。

起源故事

Frederick Banting于1912年开始在多伦多大学学习医学。1914年宣布战争后，他的课程被压缩，1916年，他成为一名陆军医疗官。他在西部前面服役时受伤，1919年在1919年回到家里，在压力下，火热的脾气，火热的脾气和倾向于在酒精中寻求溶解。

尽管班廷缺乏研究经验——以及有限的化学知识——但他希望能解开这个谜团

1920年7月，班廷在安大略省伦敦开业，但几乎没有病人。经济上的不稳定迫使他推迟与自己的fiancée女儿伊迪丝·罗奇结婚，并在西安大略大学兼职教书。在准备一个关于碳水化合物代谢的演讲时，他注意到最近一篇关于糖尿病研究的文章。

已知糖尿病是由腹部器官的故障导致胰腺;胰腺;人类患者的尸检显示出胰腺变性，糖尿病症状出现在除去胰腺释放的动物中。由于尿尿的关键指标是尿液中的过量糖，医生假设胰腺产生了一些药物所需的碳水化合物代谢。如果可以孤立该试剂，则动物胰腺提取物可能会使人类糖尿病患者受益。

一些研究人员追求这一想法，但动物试验并没有成功到足以证明对人类患者的试验是正确的。罗马尼亚人尼古拉·保列斯库（Nicolae Paulescu）与他最亲近，尽管1914年战争的到来使他的工作陷入停顿。尽管班廷缺乏研究经验——化学知识有限——但他希望解决这个难题。但首先，他需要一个实验室。

在实验室里努力工作

In November 1920 Banting sought an interview with Macleod – a specialist in carbohydrate metabolism – who later recalled: ‘I found that Dr Banting had only a superficial textbook knowledge of the work that had been done… and he had very little practical familiarity with the methods by which such a problem could be investigated in the laboratory.’ Nevertheless, he offered Banting a chance to test his idea.

犹豫了一阵后，班廷放弃了他那艰苦的诊所，搬到了多伦多。与此同时，伊迪丝也解除了他们的婚约。在1921年的整个夏天，他以惊人的强度工作，没有被无数的挫折吓倒，这些挫折可能是由于他的经验不足。

最初引起班廷兴趣的报告涉及一名胰管阻塞的患者。这种阻塞导致胰腺腺泡细胞变性，从而产生一种强大的消化酶。然而，它并没有使被称为朗格汉斯胰岛的细胞团失效，这些细胞团被认为能产生假想的抗糖尿病药物，不同的称为“胰岛蛋白”、“胰岛素”或“胰岛素”。因此，班廷建议将动物的胰管结扎，直到其腺泡细胞萎缩。他认为，从这种退化的胰腺中提取的纯化提取物可能会抑制完全去胰腺动物的糖尿病。

一个安静的男人，他们不喜欢散装的磨蚀性的方式，胶合煤就像麦利德一样回答

在夏季闲置期间，最好在他们的一些测试中完成这一点。Macleod印象深刻，以提供更多设施，并提供临时养老的位置。尽管如此，为患有糖尿病的人的可靠治疗仍然是一个强大的挑战。之后，为所有需要它的患者生产足够的补救措施将是一个同样令人生畏的任务。但是闲置的热情仍然毫不舒服，很快他就试图了一种新的方法。

Édouard Laguesse研究表明，胎儿胰腺分泌抗糖尿病因子，但消化酶很少或没有。因此，班廷和贝斯特从当地屠宰场获得了胎儿小腿胰腺组织，将其在研钵中研磨，制备了一种看起来有些浑浊、显然是不纯的水提取物。到11月中旬，将其注射到去胰脏的动物体内产生了令人鼓舞的结果，但仍然不一致。

在麦克风的建议之后，使用酒精和最佳饮酒来提取活性物质。这给了一个更纯粹的更浓缩的产品，使他们能够从普通牛肉胰腺获得可用的代理，而不是依赖于稀缺的胎牛组织。为避免破坏抗糖尿病因子，必须致仔细蒸发醇，然后制备可注射的水溶液。这在动物试验中产生了更好的结果，但在人类试验开始之前，更严格的纯化是必不可少的。

访问教授柯利普已经开始着手这项任务了。虽然比班廷小一岁，但科利普是一位经验丰富的生化学家，发表过许多著作。他是个文静的人，不喜欢班廷粗鲁的举止，认为自己只对麦克劳德负责(他经常和他一起吃午饭)。柯利普的贡献越重要，班廷就越担心失去对项目的控制。

改善过程

1921年12月30日，麦克劳德在耶鲁大学主持了美国生理学会的一次会议，班廷在会上发表了一份进展报告。班廷的结果参差不齐，他的演讲也杂乱无章。专家们批评了他的方法并质疑他的结论。当他开始挣扎时，麦克劳德介入，希望能从残骸中救出一些东西。但班廷对这一救援行动表示不满，担心麦克劳德想为自己争取不公平的信贷份额。在新的一年里，紧张局势进一步加剧。

注射人类主题 - Leonard Thompson - 在1922年1月11日开始使用聊天和最佳的摘录。早期的结果是有前途的，但在危险的副作用出现时，他的治疗被暂停。同时，胶纤维已经开发出一种更复杂的纯化技术，涉及从浓度增加的含酒精溶液中的不同杂质的连续沉淀。在醇蒸发后 - 在部分真空下，由于加热破坏了“有效原理” - 干燥产物用甲苯（以除去脂肪残余物），并制备用于注射的水溶液。

1月23日，汤普森用科利普的产品恢复治疗。这是成功的，其他患者开始接受。但当科利普试图进一步改进他的流程时，它完全停止了工作。这种意外的挫折在敏感的生化反应中很常见，在这种情况下，多伦多供水系统的压力波动可能影响了用于从他的提取物中蒸发酒精的真空泵。然而，班廷愤怒地指责科利普无能。科利普克服了困难，继续改进他的方法——最终使用丙酮而不是乙醇作为溶剂。但他拒绝向除麦克劳德以外的任何人透露细节。这激怒了班廷，只有贝斯特的介入才阻止了他打科利普。

在临床试验期间，还有进一步的质量控制问题，但结果似乎是神奇的 - “这是一个复活”，一位护士宣称。对新药的需求对于任何学术实验室来说都太大了。因此，在该过程中获得了专利，因此大学授权印第安纳波利斯的Eli Lilly公司开始批量生产被广为人知的“胰岛素”。Lilly的工人，由George Walden领导，迅速扩大并改善了胶合剂的过程。到1922年12月，转化了糖尿病的治疗。当然，斯德哥尔摩很快就会招手 - 但对谁？

接受认可

诺贝尔委员会的决定分享其1923年麦利德和客舱之间的医学奖似乎合理于许多，因为没有麦利德的支持和指导，但是牡丹的投机可能永远不会有果实。但是丝绸的闪闪发光，相信他和最能分享奖品，而Macleod则没有任何东西。最终，闲聊给了他的奖金到最好，麦克劳德用胶水划分了。

胰岛素的出现提出了尽可能多的问题

Macleod returned to Scotland in 1928 as professor (and later dean) at the University of Aberdeen’s medical faculty, publishing useful work in physiology until shortly before his death in 1935. Banting remained belligerent – he clashed with the Hudson’s Bay Company over their treatment of Canada’s indigenous people – but did little noteworthy research before his fatal aeroplane crash in 1941. Collip died in 1965 after a distinguished career as a biochemist, having always downplayed his own role in insulin’s discovery. Best, the conciliator, asserted Banting’s prime importance in the insulin story, but still inherited Macleod’s Toronto chair. He lived until 1978.

在其死后公布未出版的文献使历史学家得以尤其是迈克尔·布利斯–追溯通向胰岛素的途径。但正如布利斯观察到的：“糖尿病是一种比20世纪20年代任何人都意识到的复杂得多的疾病。胰岛素的出现引发了和它回答的问题一样多的问题

结构理解

尽管被誉为神奇药物，但胰岛素可能会产生令人不快的副作用——这通常归因于人类胰岛素和动物源性注射之间的化学差异。自然，分析——并最终合成——人类胰岛素成为一个优先事项。在20世纪20年代和30年代，一些研究人员证实了它是一种蛋白质，并鉴定了它的一些组成氨基酸。但其分子式仍然未知，对其分子质量的估计也大相径庭。

在20世纪50年代的剑桥大学，弗雷德里克桑杰表明，人类胰岛素分子含有51个氨基酸单元，两条链有二硫化物桥接。其分子量被证实为5808DA - 虽然后来的工作表明它可以作为六聚体（用相关的锌离子）储存在体内。Sanger的色谱分析建立了胰岛素的氨基酸序列，以及其二硫化物桥的精确位置。但分子折叠的三维结构令人困惑的X射线晶体计数器，直到牛津大学的Dorothy Hodgkin的团队于1969年解决了它。

每当自尊心发生冲突时，像贝斯特这样的和事人总是一笔宝贵的财富

同时，由美国匹兹堡大学的Panayotis Katsoyanis和德国亚琛工业大学的Helmut Zahn领导的两个研究小组独立完成了1965的人类胰岛素的化学合成，两条路线都产出低胡，而且在经济上是不可行的。合成人胰岛素的大规模生产始于20世纪80年代，在加州贝克曼研究所的Arthur Riggs和Keichi Itakura应用重组DNA技术之后，Genentec公司的Herbert Boyer提供了协助。糖尿病患者的药物现在是由美国制药公司常规生产的E大肠杆菌细菌或酵母细胞。

进一步的挑战依然存在。不注射胰岛素的方法是可取的，因此胰岛细胞移植始于20世纪60年代(由于接受者必须继续服用免疫抑制药物，因此不建议将这种治疗方法用于一般用途。）20世纪70年代，剑桥大学开发了第一个人工胰腺，用于在手术或分娩期间支持易受伤害的糖尿病患者。这是一个文件柜大小，但模型小到足以植入已被开发出来。口服消耗品胰岛素现在也可获得，尽管它的使用并非在所有情况下都适用。

一个世纪前在多伦多开始的旅程还在继续。这个故事给我们留下了一个深刻的教训，那就是团队合作的重要性。研究小组可能会从班廷这样特立独行的人的灵感中受益，但要实现他们的愿景，通常需要科利普这样经验丰富的钳工的技巧。麦克劳德这样消息灵通、人脉广泛的学者的监督可能会为成功铺平道路，但瓦尔登这样的行业专家需要将实验室的成功转化为可销售的产品。每当自尊心发生冲突时，像贝斯特这样的和事人总是一笔宝贵的财富。

Mike Sutton是一家位于英国纽卡斯尔的科学学家