糖尿病引起的高血糖 图片来源：pixabay
糖尿病在1921年7月27日胰岛素被发现之前是一种致命的疾病。一个世纪以前，被诊断患有这种代谢紊乱的人通常只能存活几年。由于缺乏胰岛素，医生无法控制糖尿病患者危险的高血糖。但如今，感谢胰岛素的发明，将近160万患有I型糖尿病的美国人过着正常的生活。
这项医学突破通常归功于一个人，弗雷德里克·班廷，一个寻找糖尿病治疗方法的人。但找到一种可靠的糖尿病治疗方案则取决于另外两位科学家，奥斯卡·闵可夫斯基和索伦·索伦森，尽管他们早期的研究似乎与此无关。
我是一名生物医学工程师，并且我教授一门关于糖尿病治疗史的课程。对于我的学生们，我会强调无关的基础研究在医学治疗发展中的重要性。胰岛素的故事说明了一点，即医学创新是建立在基础科学的基础上的，然后需要熟练的工程师从实验室获得治疗方案并为需要治疗的人提供治疗。
针对胰腺的基础研究
糖尿病自古以来就为人所知。最初的症状通常是极度口渴和排尿障碍。病人的体重会在几周之内减轻。几个月后，病人会进入昏迷状态，然后死亡。几个世纪以来，没有人知道是什么导致了糖尿病。
但是人们几个世纪以来一直都知道胰腺，希腊解剖学家希罗菲卢斯在公元前300年左右就首次描述了它。根据其解剖位置，人们猜想它与消化系统有关。但没有人知道胰腺是一个像胃一样的重要器官，还是像阑尾一样的无关紧要的器官。
1889年，当时位于德国的斯特拉斯堡大学的病理学家奥斯卡·闵可夫斯基是他那个时代最有才华的外科医生之一。作为研究的一部分，他完成了一项被认为是不可能的手术：在完全切除胰腺后让动物存活。
他手术的那条狗在手术中幸存下来，但令闵可夫斯基惊讶的是，它开始表现出糖尿病的所有症状。闵可夫斯基发现切除胰脏会导致糖尿病。今天，这被称为该疾病的动物模型。一旦一种疾病的动物模型被建立起来，研究者们便可以用不同的治疗方法在动物身上做实验，希望能找到对人类有效的方法。
你是否能将胰腺磨碎并喂给患有糖尿病的动物以治愈或减轻糖尿病的症状？不，那没有用。这个问题，用今天的术语来理解，是因为胰腺有两个功能：为消化系统产生酶和产生胰岛素。如果把它们混在一起，消化酶会破坏胰岛素。
提取胰岛素
1920年，安大略省伦敦的小镇医生弗雷德·班廷有了一个想法。他想他可以用手术将动物胰腺和消化系统之间的导管扎起来。等待几周，当产生这些消化酶的部分胰腺退化时，然后完全取出胰腺。他认为，这个退化的胰腺会含有胰岛素，但不会含有破坏性的酶。
在1921年7月27日，他在多伦多大学麦克劳德的实验室概括了这个实验。班廷与一名叫查尔斯·贝斯特的多伦多学生合作，从一只狗萎缩的胰腺中制备了提取物。然后，他将提取物注射到另一只因切除胰腺而患有糖尿病的狗身体里，此后患有糖尿病的狗症状开始消失。
尽管班廷的实验是成功的，他的胰岛素提取方法仍不实用。麦克劳德将想出从胰腺纯化出胰岛素方法的任务分配给生物化学家詹姆斯·科利普。
科利普开发了一种基于酒精纯化的方法。这个概念很简单：他将很容易从肉店买到的新鲜猪胰腺捣碎，然后将其投入酒精和水的溶液。科利普缓慢地提高溶液中酒精的比例。他发现胰岛素会一直溶解在溶液中，直到达到酒精的临界浓度，然后它会突然从溶液中析出，不再溶解在液体中。通过收集烧瓶底部的固体沉淀，他得到了一种纯化形式的胰岛素。
科利普提取的胰岛素让班廷和多伦多大学医院的其他人开始治疗患者。第一次注射发生在1922年1月。几周之内，就得到奇迹般的结果。这些胰岛素注射帮助数十名濒临死亡的患者恢复了正常活动。消息传开了，胰岛素的需求开始增加。
来自啤酒厂的灵感
但是，当科利普未能纯化更大批量的胰岛素时，灾难降临了。他很困惑，为什么按照他以前使用的完全相同的配方，他的制剂缺乏胰岛素。麦克劳德现在求助礼来公司，这是一家位于印第安纳州的制造药用胶囊的商业公司。
礼来公司图片来源：istockphoto
在礼来公司，纯化问题落在了27岁的化学家乔治·瓦尔登身上。瓦尔登想到了丹麦化学家索伦·索伦森十几年前提出的一个方法。
索伦森是1900年代初嘉士伯实验室的负责人，该实验室由啤酒公司成立，旨在推进酿造科学。他引入了pH值的概念，作为量化溶液酸度的一种方式。酿造中较高的pH值会让啤酒味道更苦。
当瓦尔登测量胰腺溶液的pH值时，他发现酸度对胰岛素溶解度的影响远比酒精浓度重要。他建立了一个类似于科利普的纯化程序，但该程序基于pH值而不是酒精浓度。科利普的失败在于未能扩大胰岛素的纯化规模，这可能是因为他忽略了要仔细控制溶液的pH值。
这一发现为胰岛素的大规模生产提供了条件。
战胜一种人类疾病
到了1924年5月，糖尿病再也不是一种致命疾病了。医生约瑟夫·柯林斯在《纽约时报》上写道：“人类顽固的敌人，寻求毁灭人类的疾病，被科学一个接一个的攻克了。糖尿病，最可怕的疾病之一，是最后屈服的。”
当今的胰岛素 图片来源：pixabay
今天，人类顽固的敌人包括癌症、阿尔茨海默病和精神分裂症。每种药物的治疗方法都可能基于基础研究取得的进展。
翻译：贾荣轩
审校：殷姝雅
引进来源：the conversation
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