备课素材知识点：植物口服胰岛素 高中生物学选择性必修一

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最近的临床研究表明，通过胰岛素笔注射会导致胰岛素快速到达血液，从而可能导致低血糖或血糖水平低于健康范围。自动胰岛素泵可以提供精确的胰岛素并将这种风险降至最低，但价格昂贵，而且全世界只有一小部分糖尿病患者可以使用。
现在，根据宾夕法尼亚大学牙科医学院的Henry Daniell领导的生物材料杂志上发表的一项新研究，基于植物的口服胰岛素可以解决这些缺点。
尽管临床胰岛素已经使用了几十年，但它缺少天然胰岛素中存在的三种肽中的一种。Daniell实验室创造了一种植物性胰岛素，其中包含所有三种肽，可以口服。在材料被肠道微生物分解之前，植物细胞壁的强度可以保护胰岛素免受患者胃中酸和酶的影响，然后释放的胰岛素通过肠-肝轴输送到肝脏。
Daniell和他的团队使用糖尿病小鼠发现，他们的植物胰岛素在摄入后15分钟内调节血糖的效果与自然分泌的胰岛素非常相似。相比之下，接受传统胰岛素注射治疗的小鼠血糖水平迅速下降，导致短暂性低血糖。
Daniell说：低血糖风险是当前输送系统的最大缺点之一，甚至可能导致昏迷。我们口服的胰岛素含有所有三种蛋白质，并直接输送到肝脏。它的作用就像天然胰岛素一样，可以最大限度地降低低血糖的风险。
Daniell长期以来一直在研究植物生长蛋白的用途。在2015年发表的一项研究中，他领导的一组研究人员首次展示了用生菜植物生产低成本药物的商业可行性。在那篇论文中，研究人员使用冻干的莴苣叶生产出一种对血友病患者有效的药物。Daniell还致力于研究基于植物的药物来治疗肺动脉高压、阿尔茨海默病、脊髓灰质炎和牙菌斑，并创造了一种基于植物的口香糖，可以减少唾液中新型冠状病毒的病毒载量。
为了生产基于植物的胰岛素，科学家们确定了人类胰岛素基因，然后使用Daniell所谓的“基因枪”将基因炸开坚韧的植物细胞壁。然后将胰岛素基因整合到植物的基因组中，在这种情况下是生菜基因组。由此产生的种子永久保留了胰岛素基因，随后将生长的生菜冷冻干燥、磨碎，并按照FDA监管指南准备用于口服递送。
这个过程与以传统方式生产胰岛素有很大不同，传统方式涉及在细菌或酵母细胞中培养激素，这是一个昂贵的过程，需要纯化和低温运输和储存。Daniell的生产方法消除了对昂贵、复杂的实验室设备的需求，并产生了一种在室温下储存稳定的产品。
Daniell说：我们已经看到有关胰岛素被销毁的新闻报道，因为一些国家在整个过程中没有冷藏资源。这是一个巨大的成本。使用我们的方法可以消除这种后期制作成本，因为我们已经反复证明该产品是稳定的。
展望未来，Daniell计划在犬类和人类受试者中测试植物性胰岛素。
他说：很多狗都患有糖尿病，主人必须每天在家注射3次胰岛素，我们过去曾对患有血友病或心脏病的狗进行过犬类研究，我们知道如何将植物粉末混合到它们的食物中并添加一些培根风味让他们喜欢它。
对于人类来说，以植物为基础的药物输送可能会极大地改变糖尿病和其他疾病的治疗方法。
Daniell说：有了这个输送系统，我们改变了整个模式，而不仅仅是胰岛素，我在一个发展中国家长大，看到人们因为买不起药品或胰岛素而死去。对我来说，医疗保健的可负担性和全球可及性是我工作的基础。在这种情况下，我们在显著改进的同时让胰岛素变得更实惠，患者可以以更低的成本获得更好的药物。