Tantangan Produksi Insulin Untuk Diabetes

 

Tantangan Produksi Insulin Manusia untuk Penderita Diabetes

Menurut WHO sekitar 422 juta orang di seluruh dunia menderita diabetes, sebagian besar tinggal di negara berpenghasilan rendah dan menengah. Terdapat 1,5 juta orang meninggal disebabkan oleh diabetes setiap tahun. Jumlah kasus penyakit dan prevalensinya terus meningkat selama beberapa dekade terakhir. Di Indonesia sendiri, penderita diabetes mencapai 8,5 juta orang pada tahun 2013 dan diprediksi menjadi 21,3 juta orang pada tahun 2030.

 

Diabetes merupakan penyakit metabolik kronis yang ditandai dengan peningkatan kadar glukosa darah, seiring waktu menyebabkan kerusakan serius pada jantung, pembuluh darah, mata, ginjal, dan saraf. Yang paling umum ditemui diabetes tipe 2, biasanya mengenai orang dewasa, terjadi ketika tubuh menjadi resisten terhadap insulin atau tidak menghasilkan cukup insulin. Dalam 3 dekade terakhir, prevalensi diabetes tipe 2 telah meningkat secara dramatis di berbagai negara dengan semua tingkat pendapatan.

 

Diabetes tipe 1, dulu dikenal sebagai diabetes muda atau diabetes tergantung pada insulin. Diabetes tipe 1 ini pada kondisi kronis, pankreas memproduksi sedikit insulin atau tidak memproduksinya sama sekali.

 

Bagi penderita diabetes, akses terhadap pengobatan yang terjangkau, terutama insulin, sangat penting demi kelangsungan hidupnya. Ada target yang disepakati secara global untuk menghentikan peningkatan diabetes pada tahun 2025.

 

Fungsi hormon insulin

 

Sel-sel dalam tubuh kita membutuhkan energi untuk bekerja, karena itu dibutuhkan glukosa yang akan diubah menjadi sumber energi. Namun, sel-sel tersebut tidak bisa melakukannya sendiri. Maka dari itu, sel tubuh memerlukan bantuan hormon insulin. Selain itu, fungsi hormon insulin adalah membantu proses pemindahan glukosa dari darah ke dalam sel otot, sel lemak dan sel hati untuk disimpan dalam bentuk glikogen yang digunakan sebagai cadangan energi. Jadi perannya sangat penting dalam penyimpanan dan metabolisme nutrisi.

 

Setelah 30 menit mengalami hiperglikemia (kadar glukosa darah sangat tinggi hingga mencapai >300 mg/dl.), tingkat insulin dalam darah akan meningkat. Pankreas orang dewasa yang sehat mengandung sekitar 200 unit insulin, dan jumlah sekresi insulin harian ke dalam sistem peredaran darah pada individu yang sehat berkisar antara 30 hingga 50 unit.

 

Kebutuhan Insulin meningkat

 

Prevalensi diabetes meningkat pada tingkat yang mengkhawatirkan, dengan perkiraan bahwa jumlah pasien diabetes di seluruh dunia akan mencapai 300 juta pada tahun 2025. Akibatnya, permintaan insulin akan melonjak menjadi sekitar 16.000 kg/tahun, dan produktivitas sistem ekspresi insulin yang ada saat ini tidak akan mencukupi untuk memenuhi permintaan pasar di masa depan.

 

Terdapat dua masalah, pertama terdapat peningkatan jumlah pasien diabetes yang signifikan di seluruh dunia.  Ke dua terdapat pengembangan teknik baru pemberian insulin secara inhalasi atau oral, membutuhkan dosis lebih tinggi.  Kedua masalah ini diperkirakan akan meningkatkan permintaan insulin. Teknologi manufaktur yang ada saat ini belum mampu memenuhi permintaan insulin yang murah karena keterbatasan kapasitas produksi dan biaya produksi yang tinggi.

 

Riwayat penggunaan insulin

 

Insulin pertama kali dilaporkan pada tahun 1921 dalam ekstrak pankreas oleh ilmuwan Kanada Frederick Grant Banting dan Charles Herbert Best. Sebelum insulin ditemukan, pasien diabetes tidak memiliki usia yang panjang. Terapi yang paling berhasil adalah dengan memperlakukan pasien diabetes pada diet ketat yang membatasi karbohidrat. Hal ini dapat memberi hidup pasien beberapa tahun, tetapi tidak dapat sepenuhnya menyembuhkan mereka. Banyak pasien yang meninggal karena kelaparan akibat diet ketat yang hanya memperoleh 450 kalori per hari.

 

Sir Edward Albert Sharpey-Schafer pertama kali mengusulkan pada tahun 1910 bahwa pasien diabetes disebabkan kekurangan hormon yang dihasilkan oleh pankreas. Insulin berasal dari kata latin insula, yang berarti "pulau". Frederick Banting, seorang seorang farmakolog, ahli ortopedi, dan ahli bedah lapangan asal Kanada, menemukan cara mengekstrak insulin dari pankreas anjing pada tahun 1921. Zat yang dipisahkan tampak seperti "lumpur cokelat kental", tetapi mereka tidak tahu bahwa itu akan membawa kehidupan dan harapan hidup bagi jutaan penderita diabetes.

 

Leonard Thompson, seorang anak berusia 14 tahun yang sekarat akibat diabetes di rumah sakit Toronto pada Januari 1922, menjadi orang pertama yang menerima suntikan insulin. Kadar glukosa darahnya yang sangat tinggi menurun hingga mendekati normal dalam waktu 24 jam. Hadiah Nobel Kedokteran diberikan kepada Banting dan Macleod pada tahun 1923. Tidak lama kemudian, Eli Lilly, sebuah perusahaan farmasi, mulai memproduksi insulin secara massal.

 

Produsen memproduksi beberapa insulin yang bekerja lebih lambat selama beberapa dekade berikutnya, dengan Novo Nordisk Pharmaceuticals Inc. memperkenalkan yang pertama pada tahun 1936. Insulin dari sapi digunakan untuk mengobati diabetes selama bertahun-tahun dan menyelamatkan jutaan nyawa, meskipun tidak optimal, karena banyak orang yang memberikan respon alergi.

 

Produksi insulin secara massal

 

Pada saat ini untuk memproduksi insulin telah lazim menggunakan teknik rekombinan. Produksi insulin rekombinan untuk pengobatan membutuhkan organisme inang yang sesuai dengan modifikasi pasca-translasi dan mesin pelipatan ulang yang memadai. E. coli dan S. cerevisiae telah digunakan sebagai inang secara ekstensif untuk membuat insulin manusia rekombinan untuk aplikasi pengobatan.

 

Penemuan kloning DNA oleh Stanley Cohen dan Herbert Boyer menandai dimulainya rekayasa genetik, yang memungkinkan gen ditransfer dengan mudah ke berbagai spesies biologis. Penemuan mereka mengarah pada penciptaan berbagai protein rekombinan untuk digunakan dalam bidang medis, termasuk insulin. Tahun 1978, bakteri E. coli digunakan untuk memproduksi insulin manusia sintetis pertama yang direkayasa secara genetis. Eli Lilly kemudian memasarkan insulin manusia biosintetik pertama yang dapat diakses secara komersial dengan merek Humulin pada tahun 1982, yang disahkan oleh FDA untuk penggunaan obat pada manusia.

 

Tahapan produksi insulin rekombinan

 

Produksi insulin secara besar-besaran dengan menggunakan teknologi plasmid telah berhasil dikembangkan. Biasanya hormon Insulin dibuat oleh kelenjar Langerhans pankreas manusia yang dikontrol oleh gen insulin.  Pada produksi dengan teknik rekombinan, gen insulin manusia ini diambil dari tubuh manusia. Pada saat yang sama disiapkan gelang plasmid bakteri yang terbuka.

 

Lalu, DNA gen insulin manusia disambungkan ke bagian gelang plasmid yang terbuka dengan menggunakan enzim ligase DNA. Gen insulin manusia dan plasmid yang telah menyatu membentuk lingkaran gelang plasmid tertutup disebut kimera (DNA rekombinan).

 

Kimera tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sel bakteri E. coli. Bakteri ini akan hidup normal dan memiliki fungsi tambahan yaitu dapat memproduksi hormon insulin. Bakteri E. coli kemudian dikembangbiakkan dalam media. Bakteri tersebut kemudian mampu menghasilkan hormon insulin manusia yang dapat digunakan untuk pengobatan diabetes.

 

Prospek ke depan

 

Tantangan saat ini metode ekspresi insulin yang lebih efisien harus dikembangkan, dan metode baru rute pemberian insulin, seperti melalui inhalasi atau konsumsi. Menarik, produksi protein rekombinan dari tanaman transgenik, memiliki keunggulan biaya rendah dan kualitas protein tinggi. Tumbuhan tidak memiliki patogen bagi manusia.

Pada saat ini gen insulin manusia telah berhasil diekspresikan dalam tanaman Arabidopsis thaliana. Tanaman ini memiliki waktu generasi yang singkat yaitu hampir 6 minggu dan dapat dengan mudah tumbuh pada kondisi laboratorium dengan sinar matahari yang terbatas.

 

Tanaman tembakau menunjukkan perkecambahan biji dan tingkat kelangsungan hidup yang lebih tinggi, sedangkan tanaman selada banyak dikonsumsi di seluruh dunia dan merupakan sistem ekspresi yang sangat menarik. Kloroplas tanaman ini dapat digunakan untuk mensintesis proinsulin.

 

Stroberi merupakan buah populer di dunia, rasanya enak, mengandung beberapa vitamin, mineral, antosianin, dan asam amino esensial yang baik untuk kesehatan manusia. Sifat stroberi yang dapat dimakan menjadikannya tanaman yang berguna untuk produksi insulin, karena dapat diberikan secara oral atau dikonsumsi.

 

SUMBER:

Pudjiatmoko. Tantangan Produksi Insulin Manusia untuk Penderita Diabetes. Nasional Okezone 10 Maret 2024.

https://nasional.okezone.com/read/2024/03/10/337/2981524/tantangan-produksi-insulin-manusia-untuk-penderita-diabetes?utm_medium=sosmed&utm_source=whatsapp

Hormon Leptin terkait Obesitas

 

FAQ tentang Hormon Leptin terkait Obesitas

 

Apa itu leptin?

 

Leptin adalah hormon. Hormon merupakan pembawa pesan kimiawi yang membantu berbagai bagian tubuh bekerja sama. Leptin mengirimkan sinyal ke otak Anda yang membantu Anda merasa kenyang dan kurang tertarik pada makanan. Anda mungkin mendengarnya disebut hormon kenyang. (Kekenyangan berarti rasa lapar terasa terpuaskan). Ini juga berperan dalam bagaimana tubuh Anda mengubah lemak menjadi energi.

 

Anda selalu memiliki leptin di tubuh Anda. Itu sebagian besar dibuat oleh sel-sel lemak Anda. Tapi perut Anda melepaskan sebagian saat Anda makan. Ini beredar di aliran darah Anda dan berjalan ke otak Anda.

 

Dan di situlah leptin menyampaikan pesan yang sangat penting: Kita punya cukup bahan bakar!

 

“Saat otak berkata, 'Oh, kita punya leptin!' Itu memberi tahu saya bahwa kita punya lemak, yang memberi tahu saya bahwa kita punya cadangan energi untuk melakukan sesuatu,” kata Wajahat Mehal, MD, PhD, direktur Yale Metabolic Health dan Program Penurunan Berat Badan. “Hal-hal tersebut,” kata Mehal, bisa berupa apa saja, mulai dari olahraga, pertumbuhan pubertas, hingga mengandung anak.

 

Sebaliknya, kadar leptin yang rendah adalah bagian dari mekanisme hormonal kompleks yang membuat Anda merasa lebih lapar.

 

Bagaimana cara kerja leptin?

 

Leptin adalah penekan nafsu makan. Jika semuanya berjalan dengan baik, ada baiknya Anda menjaga berat badan yang sehat dengan menyeimbangkan jumlah makanan yang Anda makan dengan jumlah lemak yang Anda miliki.

Lebih khusus lagi, kadar leptin yang tinggi memberi tahu otak Anda “sel-sel lemak Anda sudah kenyang”, yang membuat Anda tidak terlalu lapar.

 

Jika Anda pernah melakukan diet, Anda mungkin menyadari bahwa Anda menjadi lebih lapar saat Anda mengurangi kalori atau mulai menurunkan berat badan. Hal ini sebagian karena biasanya tubuh Anda secara otomatis menghasilkan lebih sedikit leptin ketika Anda kehilangan massa lemak. Namun, perlu diingat bahwa Anda tidak pernah kehilangan sel lemak. Mereka menjadi lebih kecil.

 

Tapi ini tidak selalu tentang lemak tubuh. Berpuasa selama beberapa jam saja sudah bisa menyebabkan kadar leptin Anda turun.

 

“Jika seseorang berpuasa selama 8 hingga 10 jam, total lemak tubuh Anda tidak akan banyak berubah selama waktu tersebut, tetapi leptinnya akan turun,” kata Mehal dari Yale. “Itu cara lain untuk memberi tahu tubuh bahwa saya berada dalam kondisi energi yang relatif rendah karena saya belum makan selama 10 jam.”

 

Kelaparan itu kompleks, kata Rutuja Patel, DO, direktur medis untuk penurunan berat badan medis di Rumah Sakit Northwestern Medicine Central DuPage. Hormon bukan satu-satunya hal yang mempengaruhinya. Ada permasalahan sosial dan psikologis yang dapat mengubah siklus rasa lapar dan kenyang, katanya: “Apakah makanan tersebut terlihat enak bagi saya? Apakah saya benar-benar ingin memakannya? Apakah saya punya lingkaran teman yang duduk di sini… jadi mungkin saya akan makan lebih banyak?”

 

Bahkan kebiasaan gaya hidup Anda yang teratur seperti diet, olahraga, dan manajemen stres dapat berperan.

 

Bagaimana tidur mempengaruhi kadar leptin?

 

Kebanyakan manusia memiliki ritme “diurnal” dalam kesehariannya. Artinya mereka aktif di siang hari dan tidur di malam hari. Tingkat leptin cenderung mencapai puncaknya antara tengah malam dan fajar, membuat Anda tidak terlalu lapar. Hal ini masuk akal karena tidak banyak yang dapat Anda lakukan untuk mengatasi rasa lapar saat Anda tertidur di tengah malam.

 

Namun tidur masih berperan besar dalam kadar leptin. Kurangnya menutup mata akan mengganggu semua hormon Anda, termasuk leptin.

 

Hal ini bisa membuat Anda merasa lebih lapar karena otak Anda melihat kurang tidur sebagai hilangnya energi yang perlu diganti.

 

Dan hal sebaliknya mungkin juga benar. Menjadi sangat lapar sebelum tidur dapat menyebabkan kadar leptin lebih rendah dan mengganggu tidur Anda. Faktanya, kurang tidur bisa menjadi tanda kelaparan pada orang yang kekurangan lemak tubuh atau kalori harian.

 

Apa itu resistensi leptin?

 

Terkadang otak Anda meminta Anda untuk makan lebih banyak meskipun Anda memiliki banyak leptin dan banyak sel lemak. Itu disebut resistensi leptin. Dokter tidak melakukan tes secara teratur, namun para ahli sepakat bahwa hal ini biasa terjadi pada orang yang mengalami obesitas.

 

Bayangkan resistensi leptin seperti resistensi insulin pada diabetes tipe 2. Saat itulah pankreas menghasilkan banyak insulin, namun tubuh tidak meresponsnya. Resistensi leptin “bekerja dengan cara yang persis sama,” kata Patel, “di mana reseptor (otak) resisten.”

 

Resistensi leptin dapat menyebabkan makan berlebihan dan penyimpanan lemak berlebih.

 

Masalah kesehatan lainnya juga dapat mengganggu sinyal leptin Anda. Misalnya, peradangan kronis dan tingginya kadar trigliserida (sejenis lemak yang ditemukan dalam darah Anda) dapat mempersulit leptin melewati sawar darah-otak.

 

“Sekarang Anda mendapat pukulan ganda,” kata Patel. “Anda tidak hanya memiliki sedikit resistensi leptin, tetapi Anda juga tidak memiliki cukup leptin untuk digunakan.”

 

Meskipun ada penelitian yang sedang berlangsung mengenai apa yang disebut “leptin sensitizers” untuk membantu meningkatkan respons terhadap leptin, belum ada terapi obat apa pun yang tersedia di pasaran.

 

Tapi Anda bisa menargetkan resistensi insulin, yang sering terjadi bersamaan dengan resistensi leptin. Tingkatkan sensitivitas Anda terhadap insulin dengan obat-obatan, pola makan sehat, banyak olahraga, dan kebiasaan tidur yang baik, dan resistensi leptin Anda juga dapat meningkat.

 

Apakah beberapa orang kekurangan leptin?

 

Ada banyak desas-desus seputar leptin ketika para ilmuwan pertama kali menemukannya pada pertengahan tahun 1990an, kata Dipali Sharma, PhD, seorang profesor onkologi di Fakultas Kedokteran Universitas Johns Hopkins.

 

“Semua orang berpikir: Kita punya obat untuk obesitas – orang bisa diberi suplemen leptin dan berat badan mereka pasti akan turun,” kata Sharma. “(Tetapi) selama bertahun-tahun, mereka menemukan bahwa hal tersebut tidak terjadi.”

 

Para ilmuwan punya alasan kuat untuk berpikir leptin mungkin berfungsi sebagai alat penurunan berat badan. Semuanya dimulai dengan seekor tikus.

 

Selama beberapa dekade para ilmuwan penasaran mengapa jenis tikus tertentu terus makan berlebihan, berbaring, dan bertambah berat badannya. Mereka akhirnya menemukan hormon leptin – dan menemukan bahwa hormon tersebut berperan besar dalam membuat tikus merasa lapar atau kenyang. Jenis tikus penambah berat badan ini memiliki kelainan genetik yang menyebabkan tingkat leptin tetap rendah dan tingkat kelaparan tetap tinggi.

 

Para ilmuwan mengira orang yang mengalami obesitas mungkin seperti tikus yang kekurangan leptin. Namun ternyata kekurangan leptin sangat jarang terjadi pada manusia. Sejauh ini, kata Sharma, kita hanya mengetahui “mungkin 100 orang” di dunia yang menghasilkan sedikit atau tanpa leptin.

 

Orang dengan defisiensi leptin rentan mengalami obesitas sejak dini. Mereka membutuhkan suntikan protein seperti leptin setiap hari untuk mengontrol berat badan mereka.

Apa yang terjadi jika Anda memberikan pengobatan yang sama kepada orang-orang yang memiliki kondisi resistensi leptin yang lebih umum (lihat pertanyaan di atas)?

Sayangnya, hal itu tidak mengubah apa pun. Dokter terus menangani masalah ini.

 

Bagaimana dengan “suplemen leptin” yang dijual bebas?

 

Leptin bukanlah vitamin atau mineral. Anda tidak dapat menyerapnya dari pil. Faktanya, “suplemen leptin” tidak mengandung leptin yang sebenarnya. Jika ya, perut Anda akan mencernanya sebelum memberikan efek apa pun pada tubuh Anda.

 

Jadi apa isinya? Segala macam hal.

 

Beberapa mengandung kafein, yang dapat menekan nafsu makan Anda. Lainnya hanyalah campuran herbal dan vitamin. Obat-obatan tersebut mungkin tidak berbahaya, namun tidak ada bukti bahwa obat tersebut akan berdampak pada kadar leptin Anda.

 

Tanyakan kepada dokter Anda sebelum mengonsumsi suplemen apa pun, terutama jika Anda juga mengonsumsi obat resep atau obat bebas.

 

Apa lagi yang dilakukan leptin?

 

Meskipun para ilmuwan baru menggali permukaan mengenai leptin, mereka mengetahui bahwa leptin berperan dalam berbagai aspek kesehatan tubuh. Itu termasuk kesehatan tulang, fungsi kekebalan tubuh yang baik, dan kesuburan.

 

“Apa pun yang perlu dilakukan tubuh akan membutuhkan energi,” kata Mehal. “Setiap sistem akan memeriksa kadar leptin sebelum melakukan tugasnya.”

 

Misalnya, jika kadar leptin Anda terlalu rendah, “sistem kekebalan tidak akan aktif sepenuhnya,” kata Mehal. “Ini akan menjadi seperti: Apa gunanya? Energi tidak tersedia untuk ini.”

 

Kadar leptin yang sehat dapat meningkatkan peluang Anda untuk hamil atau mengandung anak. Ini mengirimkan sinyal ke otak Anda bahwa tidak masalah untuk berovulasi dan mempersiapkan rahim untuk bayi. Hal ini masuk akal, karena tubuh membutuhkan banyak energi dan nutrisi untuk mendukung tumbuh kembang bayi.

 

Selama kehamilan, leptin dapat membantu bayi mendapatkan nutrisi yang tepat untuk tumbuh, kata Patel. Namun pada wanita yang mengalami obesitas mungkin terdapat masalah dengan sinyal leptin yang mengganggu proses ini.

 

Apakah ada hubungan antara leptin, kanker, dan peradangan?

 

Leptin memberikan semacam sinyal lampu hijau ke banyak sistem lain di tubuh. Itu termasuk sel kekebalan Anda. Respons imun yang kuat adalah hal yang baik saat Anda sakit. Namun peradangan yang terlalu banyak dapat menyebabkan masalah kesehatan.

 

Orang yang mengalami obesitas dan leptin tinggi seringkali mengalami peradangan kronis. Hal ini terkait dengan masalah jantung, penyakit kardiovaskular, resistensi insulin, dan kanker.

 

Pada wanita, kadar leptin yang tinggi dan obesitas dapat meningkatkan kemungkinan terkena kanker payudara. “Sitokin” inflamasi yang berhubungan dengan leptin mengirimkan sinyal yang tampaknya berdampak pada bagaimana sel kanker payudara tumbuh dan tetap hidup.

 

Penting untuk diperhatikan bahwa tidak semua orang yang mengalami obesitas akan terkena kanker payudara. Namun bagi mereka yang melakukannya, kata Sharma, leptin dapat mendorong pertumbuhan dan perkembangan kanker di setiap tahap.

 

Selain itu, wanita yang mengalami obesitas sering kali tidak memberikan respons yang baik terhadap pengobatan kanker payudara hormonal jika dibandingkan dengan mereka yang memiliki berat badan lebih rendah. Penelitian baru menunjukkan bahwa kadar leptin yang tinggi mungkin menjadi penyebabnya.

 

Beberapa penelitian pada tikus menemukan bukti bahwa leptin dapat menumpulkan efek obat kanker payudara yang umum mengandung estrogen-positif.

 

Terapi obat di masa depan mungkin menargetkan kadar leptin yang tinggi atau resistensi leptin. Namun untuk saat ini, kata Sharma, yang terbaik adalah mencapai indeks massa tubuh (body mass index / BMI) yang sehat, terutama selama pengobatan kanker payudara. Bahkan penurunan berat badan sebesar 5% hingga 10% dapat membantu wanita yang memiliki BMI sangat tinggi, katanya.

 

Bekerjasamalah dengan dokter Anda untuk menghasilkan rencana penurunan berat badan yang sesuai untuk Anda.

 

Sumber:

Keri Wiginton. 16 Februari 2024. The Facts on Leptin: FAQ. Webmd.com