Инновационное исследование, опубликованное в журнале «Endocrine Connections», проливает свет на температурные ограничения хранения инсулина, жизненно важного гормона, регулирующего уровень сахара в крови у миллионов пациентов с диабетом. Изучив структуру и химическую стабильность инсулина при экстремальных температурах, ученые смогли четко определить температуру, при которой он начинает утрачивать свою активность, и предложить новые стратегии для безопасного и эффективного хранения этого важного препарата.
До настоящего времени существовало общее понимание, что инсулин, как белковый гормон, чувствителен к воздействию холода и тепла. Классические рекомендации по хранению инсулина предполагали поддержание его в холодильнике при температуре +2°C - +8°C. Однако, в условиях нестабильных цепочек поставок, особенно в развивающихся странах или во время чрезвычайных ситуаций, вопросы сохранения активности инсулина при временных отклонениях от рекомендованной температуры становились всё более актуальными.
Авторы нового исследования, возглавляемого профессором Маркосом Ленгем из Университета Джона Хопкинса, провели серию экспериментов, направленных на точное определение точки «замораживания» инсулина, понимая под этим не просто переход в твердое состояние, а момент, когда его молекулярная структура и биологическая активность начинают существенно нарушаться. Для этого исследователи использовали методы инфракрасной спектроскопии, динамической светового рассеяния и биоассays, позволяющие отслеживать изменения конформации белковой структуры инсулина и его способность связываться с рецепторами клеток-мишеней при разных температурах.
Эксперименты показали, что инсулин не замерзает в привычном понимании слова, образуя кристаллическую структуру при снижении температуры. Вместо этого он проходит фазовый переход в аморфное, стеклообразное состояние уже при температуре около 0°C. Именно в этой фазе начинается постепенное денатурация белка, сопровождающаяся разворачиванием его сложной третичной структуры. Дальнейшее снижение температуры до -20°C и ниже не ускоряет этот процесс, но уже нанесенный ущерб необратим.
Ключевое открытие исследования заключается в том, что инсулин начинает существенно терять свою активность при температуре -5°C. Именно при этой точке на биоассays наблюдается резкое падение способности инсулина снижать уровень глюкозы в культивированных клетках, моделирующих инсулинозависимые ткани. При более высоких отрицательных температурах (-10°C, -20°C) потеря активности продолжается, но темп ее уменьшается, поскольку процесс денатурации замедляется.
Результаты исследования имеют существенные практические последствия. Во-первых, они подтверждают необходимость строгого соблюдения температурных режимов хранения инсулина в холодильнике (+2°C - +8°C). Во-вторых, они уточняют критические границы допустимой температуры для временного хранения инсулина вне холодильника. При кратковременных отклонениях до -5°C, например, во время транспортировки в условиях низкой температуры, инсулин может сохранять свою активность. Однако, длительное хранение при -5°C и ниже неизбежно приведет к потере эффективности.
Исследователи подчеркивают необходимость разработки новых, более термоустойчивых форм инсулина для использования в условиях ограниченного доступа к холодовым цепочками. В качестве перспективных направлений они выдвигают модификацию структуры белкового молекулы инсулина, использование лиофилизации с последующим восстановлением его активности при комнатной температуре, а также создание защитных матриц для его хранения.
Данное исследование является значительным шагом в оптимизации хранения инсулина, обеспечивая доступность качественной терапии для больных диабетом, независимо от региона и обстоятельств.