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Diabetes mellitus

100 Jahre Insulin

Eine kurze Geschichte einer langen Entdeckungsreise – die noch nicht zu Ende ist

Die Welt feiert 100 Jahre Insulin: Am 27. Juli 1921 gewannen Frederick Banting und Charles Best einen blutzuckersenkenden Extrakt aus der Bauchspeicheldrüse von Hunden. Doch die eigentliche Ent­deckung des Hormons ist älter als die Experimente der beiden Kanadier. Deren bemerkenswertes Verdienst war die Freigabe ihres Insulin-Patents, was der Welt in kürzester Zeit die erste Therapie des Diabetes schenkte. 100 Jahre später gibt es eine ganze Insulin-Familie, die das Leben vieler Insulin-pflichtiger Menschen besser und leichter gemacht hat. Und dennoch hat sich das Vermächtnis von Banting und Best nur halb erfüllt … | Von Ralf Schlenger

Das zentrale Experiment zur Isolierung von Insulin war, in einigen Variationen, dieses: Gewebe mit Langerhans-Inseln aus tierischen Bauchspeicheldrüsen zu entnehmen und einen Extrakt daraus einem diabetischen Tier zu spritzen. Die Injektion senkte Urin- und Blutzucker, was belegt, dass das entscheidende Agens aus dem Inselorgan des Pankreas stammen muss. Versuche dieser Art führte um 1894 in Paris der französische Physiologe und Endokrinologe Eugène Gley (1857 – 1930) erfolgreich durch. Und war damit dem ent­sprechenden Experiment von Frederick Grant Banting und Charles Herbert Best, die heuer als Entdecker des Insulins gefeiert werden, ein Vierteljahrhundert voraus (Abb. 1). Und er war nicht der einzige.

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Abb. 1: Charles Best und Frederick Banting (rechts) 1921 mit der Hündin Marjorie, bei der sie künstlich einen Diabetes erzeugt hatten. Das Tier überlebte längere Zeit mit einem Insulin-haltigen Extrakt aus Kälberföten.

Die (Wieder)entdeckung der blutzuckersenkenden Wirkung des Pankreas-Extraktes durch verschiedene Forscher zu verschiedenen Zeiten ist symptomatisch für eine lange, vielsträngige Forschungsreise, deren vages Ziel es war, die seit der Antike bekannte und unverstandene Zuckerkrankheit zu heilen. Es ist eine Geschichte von gruseligen Tierver­suchen, unverstandenen Beobachtungen, glücklichen Ent­deckungen, die sich über Generationen und Länder zog. Zu Zeiten, als nicht jede Entdeckung umgehend als PrePrint um die Welt ging, laborierten viele am selben Sujet, gingen zu ähnlichen Zeiten über die Ziellinie, ohne voneinander zu wissen. Im Rückspiegel der Geschichte erscheint die Entdeckung des Insulins nicht als Endpunkt geradliniger Forschung, sondern als gemeinsamer Kulminationspunkt einer fragmentierten Forschergemeinde [1]. Protagonisten sind berühmte, weniger berühmte und zu Unrecht vergessene Forscher – wie jener Eugène Gley, der mangels finanzieller Mittel seine Forschungen am Pankreas nicht fortführte, sondern ein Protokoll davon in einem versiegelten Umschlag der „Société FranÇaise de Biologie” übergab, zu öffnen nur auf sein Geheiß. Erst 1922, als Banting und Best ihre geglückten Experimente veröffentlichten, realisierte Gley, dass er es war, der „Insulin“ entdeckt hatte, ohne es zu wissen [2].

Doch auch Gley war nur ein Glied einer langen Forscherkette.

Die Lösung eines alten Problems

Insulin ist ein lebenswichtiges, anaboles, blutzuckersen­kendes Peptidhormon, sezerniert von den B-Zellen des pankreatischen Inselorgans. Die häufige Koinzidenz von Pankreaserkrankungen und Diabetes beschrieben etliche Ärzte Mitte des 19. Jahrhunderts, etwa Joseph Alexander Fles (1819 – 1905), der 1860 einen Diabetiker – vergeblich – mit oralen Extrakten aus Kälberpankreas behandelte, und Étienne Lancereaux (1829 – 1920), der erstmals die Unterscheidung von Typ-1- und Typ-2-Diabetes traf (diabète maigre/diabète gras – magerer und fetter Diabetes) [3]. In jeder Insulin-Historie genannt werden Josef von Mering (1849 – 1908) und Oskar Minkowski (1858 – 1931), die im Jahr 1889 eigentlich Effekte auf den Fettstoffwechsel stu­dieren wollten, als sie einem Hund das Pankreas entfernten. Als das Tier Diabetes entwickelte, verfolgten sie die Spur und versuchten – wiederum vergeblich –, die Symptome durch Injektion von Pankreaspulver zu kurieren. Noch war weder der Proteincharakter, noch die getrennte exkre­torische und inkretorische Funktion des Pankreas bekannt, die 1869 der Pathologe und Physiologe Paul Langerhans (1847 – 1888) beschrieb – ohne die Funktion der später nach ihm benannten „Inselzellen“ zu untersuchen. Dass diese inselartig im Pankreasgewebe verstreuten Zellverbände den Schlüssel zur Zuckerkontrolle bargen, wurde aus Tierversuchen geschlossen: Das Abbinden des Ductus pancreaticus – des Ausführungsgangs der Verdauungssäfte in den Dünndarm – brachte nach einiger Zeit das exkretorische, Verdauungsenzyme produzierende Pankreasgewebe zur Atrophie, ohne dass das Tier Diabetes entwickelte. Um die Jahrhundertwende experimentierten dann Wissenschaftler in aller Welt mit Pankreasgewebe, versuchten Inselzellen abzutrennen, gewannen obskure Extrakte, die sie Tieren spritzten. Die Zahl der Forscher, die nach dem Stein der Weisen suchten, füllte Absätze und würde nur übertroffen von der Zahl der Hunde, Katzen und Kaninchen, die dabei ihr Leben ließen [1, 3]. Nicht oder spät gewürdigte Erfolge erzielten, neben Eugène Gley, Nicolae Paulescu und Hans Georg Zülzer (s. Kasten „Von Glücklosen und Ungewürdigten“).

Von Glücklosen und Ungewürdigten

Nach Ansicht verschiedener Medizinhistoriker ist den Forschern Eugène Gley, Nicolae Paulescu und Georg Zülzer unabhängig voneinander die Entdeckung des Insulins vor Banting und Best gelungen, auch wenn diese Jahr für Jahr, so auch heuer, dafür gefeiert werden. Auch der Insulin-Laureat John Macleod hat die prioritären Verdienste der drei Europäer im Nachhinein anerkannt [4].

Eugène Gley
Der französische Physiologe und Endokrinologe Eugène Gley (1857 – 1930) spritzte im Jahr 1894 einem pankreatektomierten Hund den wässrigen Pankreasextrakt eines Schlachttieres. Die Injektion senkte den Blutzucker des diabetischen Tieres und verbesserte diabetische Symptome. Um herauszufinden, ob die Effekte dem exokrinen oder dem Inselzellgewebe zuzuschreiben waren, wiederholte er den Versuch mit einem Extrakt aus isoliertem Inselgewebe – mit Erfolg [1, 3]. Mangels finanzieller Mittel verfolgte Gley die Spur jedoch nicht weiter. Er hinterlegte seine Beobachtungen 1905 in einem versiegelten Umschlag bei der „Société FranÇaise de Biologie”, den er Jahre später, als Banting und Best ihre Experimente veröffentlichten, öffnen ließ [2].

Nicolae Paulescu
Der rumänische Physiologe und Professor Nicolae Paulescu (1869 – 1931), Schüler von Lancereaux und inspiriert von Mering und Minkowski, stellte um 1916 wässrige Pankreasextrakte her, die an gesunden wie an diabetischen Versuchstieren wirksam waren. Der Weltkrieg unterbrach seine Arbeiten, die er 1920 fortsetzte und 1921 publizierte – als Banting und Best in Toronto noch über ihre Idee nachdachten. Paulescu ließ sein „Pancrein“ 1922 in Rumänien patentieren. Den Schritt, den Extrakt am Menschen zu versuchen, ging Paulescu nicht.

Georg Ludwig Zülzer
Das traute sich 1908 der deutsche Internist Georg Ludwig Zülzer (1870 - 1949). Zülzer war mit alkoholischen statt wässrigen Extrakten auf dem richtigen Weg, er führte bereits fraktionierte Eiweißfällungen zur Reinigung durch, verdampfte den Alkohol im Vakuum und nahm den puderartigen Rückstand mit destilliertem Wasser auf. Sein „Acomatol“ besserte den Zustand eines schon komatösen, todgeweihten Diabetikers kurzzeitig, bevor er verstarb. Woran genau, blieb unklar, aber die beschriebenen Symptome ähnelten einer Unterzuckerung. Der „Zülzer-Extrakt“ wurde als ungeeignet für Diabetiker eingestuft. Zülzer ließ sein Pankreaspräparat 1912 in den USA patentieren, gewann in Deutschland die Firma Roche für die Produktion; zusammen mit dem Roche-Chemiker Dr. Camille Reuter stellte er im Sommer 1914 in Grenzach/Baden einen offenbar sehr wirksamen Extrakt her. Doch der Roche-Vorstand, berichtete Reuter Jahre später, habe das Potenzial des Präparates vollkommen verkannt und die Produktion gestoppt [6].

The winner takes it all

Die „Entdeckung des Insulins“ kristallisiert sich seit einem Jahrhundert an zwei ebenso hartnäckigen wie glückhaften Kanadiern, dem Chirurgen Frederick Grant Banting (1891 – 1941) und seinem Assistenten Charles Herbert Best (1899 – 1978). Einem laborunerfahrenen Kriegsveteran mit cholerischem Temperament und einem brillanten Medizinstudenten gelang während eines Sommers kongenialer Kooperation, woran Erfahrenere gescheitert waren: die Isolierung der „Wunderdroge des 20. Jahrhunderts“. Was der in seiner Arztpraxis glücklose Banting, inspiriert von einem Fachartikel, für seine Idee hielt, war dabei weder revolutionär, noch anfangs von Erfolg gekrönt: Das operative Abbinden des Ductus pancreaticus beim Hund und das Abtrennen der durch Selbstverdauung atrophierten azinösen Zellen von den funktionsfähigen Inselzellen. Frederick Grant Banting gewann den Stoffwechselforscher Professor John Macleod von der Universität Toronto für sein Vorhaben. Der stellte ihm eine Dachkammer als Labor, einen Assistenten und zehn Versuchshunde zur Verfügung – und acht Wochen Zeit. Der ursprüngliche Plan, degeneriertes Pankreas vom Hund zu entnehmen und Inselzellgewebe zu transplantieren, scheiterte mangels operativer Erfahrung. Sie wandten sich, wie viele Vorgänger, Extraktionsverfahren zu. Der entscheidende Punkt war, intaktes Inselzellgewebe zu gewinnen, in dem der gesuchte, noch namenlose Stoff vom Abbau durch Pankreas-Proteasen verschont geblieben war. Am 27. Juli 1921 gelang es endlich, das degenerierte Pankreas eines Hundes zu entfernen und zu extrahieren. Das Pro­cedere beschreibt der Medizinhistoriker Prof. Dr. Hans Schadewaldt so: „In sehr einfacher Weise zerkleinerten sie das exstirpierte Material in einem gekühlten Mörser und froren es in Salzwasser ein. Die Masse wurde zermahlen und 100 ml physiologische Kochsalzlösung hinzugefügt. 5 ml dieses Extraktes wurden einem Hund, dem das Pankreas vorher entfernt worden war, intravenös verabfolgt, und es zeigte sich erstmals, dass der Blutzucker innerhalb von zwei Stunden erheblich sank“ [3]. Den Extrakt tauften Banting und Best „Isletin“ – es war das Pendant zu Nicolae Paulescus „Pancrein“, das jener schon 1916 hergestellt hatte. Dessen Arbeiten, und die früheren von Eugène Gley, hatten Banting und Best mit ihrem eigenen Experiment unbewusst bestätigt. Der Isletin-Extrakt reichte zunächst nur, um zwei pankreatektomierte Tiere einige Tage am Leben zu erhalten. Für weitere Versuche besorgte Banting aus dem Schlachthaus fetales Kälberpankreas, das weniger proteolytische Enzyme enthalten sollte; tatsächlich erlaubte es eine reichere Ausbeute an Insulin. Best feilte an der Extraktionsmethode [7]. Das so optimierte Isletin hielt die legendäre Hündin Marjorie 70 Tage nach Pankreatektomie am Leben, ein deutlicher Wirksamkeitsbeweis. Ihre Ergebnisse trugen die Kanadier am 14. November 1921 vor dem Physiological Journal Club der Universität von Toronto unter dem nichtssagenden Titel „Pancreatic Diabetes“ vor. Nachzulesen sind sie im Journal of Laboratory and Clinical Medicine vom Februar 1922 [8].

Vom Extrakt zum Arzneimittel

Der erste Mensch, dem therapeutisches Insulin das Leben rettete, war der damals 13-jährige, diabetische Leonard Thompson. Der lag im Dezember 1921 abgemagert und präkomatös im Stadtkrankenhaus von Toronto. Das Siechtum des Kindes vor Augen, wagte man am 11. Januar 1922 den Behandlungsversuch. Dabei verwehrte die Klinik Frederick Grant Banting als „nicht praktizierendem Arzt“, die Injektion selbst vorzunehmen. Der diensthabende Dr. Ed Jeffrey spritzte dem Jungen in jede Pobacke 7,5 ml des Extraktes, beschrieben als „dicker brauner Schleim“. Es bildete sich ein Abszess, aber Leonards Blutzuckerspiegel von 580 mg/dl sank um ein Viertel. Erst eine zweite Serie von Injektionen beseitigte Ketoazidose, Glukosurie und Hyperglykämie (von 520 mg/dl auf 120 mg/dl). Leonard Thompson sollte noch 14 Jahre leben, um einer Lungenentzündung zum Opfer zu fallen.

Einen ganz entscheidenden Anteil am Erfolg der Applikation ist dem Biochemiker im Team, James B. Collip (1892 – 1965), zuzuschreiben. Ihm war es gelungen, mittels mehrfacher fraktionierter Eiweißfällungen mit steigenden Alkohol­konzentrationen den Extrakt zu reinigen, was dessen Wirksamkeit verstärkte und die klinische Anwendung – etwa im Vergleich zu Paulescus Pancrein – erst ermöglichte [3, 7]. Nicht unerwähnt bleiben dürften auch Marjorie und die zahllosen Versuchshunde, die ihre Pankreas gaben. Und ein gewisser Clark Noble, Kommilitone von Charles Best: Die beiden hatten im entscheidenden Sommer 1921 eine Münze geworfen, um zu entscheiden, wer Banting assistieren sollte. Clark Noble verlor und verpasste wohl Weltruhm, der später Charles Best zukam. In einer umstrittenen Entscheidung wurde 1923 der Medizin-Nobelpreis für die Entdeckung des Insulins Frederick Banting und John Macleod zugesprochen [1]. Banting entschied spontan, sein Preisgeld mit Best zu teilen, Macleod schloss sich daraufhin an und teilte mit James B. Collip. Clark Noble, der in mindestens zehn Publikationen beträchtlich zur Charakterisierung der Insulin-Wirkung beigetragen hatte – unter anderem beschrieb er die Reversibilität der Nebenwirkungen durch Glucose-Gabe – ging leer aus und geriet in Vergessenheit [9].

Ein Patent, das einer Freigabe gleichkommt

Frederick Banting und Charles Best, damals 29 und 22 Jahre alt, hatten Medizingeschichte geschrieben. Eine besondere Anerkennung gebührt den beiden enthusiastischen Forschern aber auch, weil sie keinerlei Vermarktungsrechte für ihre Entdeckung beanspruchten – in einer Welt, die nach der „Wunderdroge“ Insulin hungerte. Es gab keine Kur für den Diabetes. Die blutzuckersenkende Wirkung der Biguanide wurde erst 1929 entdeckt. Wer an Diabetes erkrankte, hatte eine Lebenserwartung von ein, zwei Jahren. In dieser Situation war es das erklärte Ziel von Banting und Best, die lebensrettende Therapie so schnell und so breit wie möglich zur Verfügung zu stellen. Die beiden sicherten sich 1923 zwar das Patent der Insulin-Herstellung [10], aber nur, um es für einen Dollar der Universität von Toronto zu überlassen. Die detaillierte Veröffentlichung und Freigabe des Produktionsprozesses an jedermann solle ein profitables Monopol verhindern, schrieben sie an den Universitätspräsidenten. Auch sollte sichergestellt sein, dass ausgewählte Nutzer des Patents Insulin in der notwendigen Qualität herstellen konnten. Frederick Banting und Charles Best verstanden ihr Patent nicht wie üblich als Untersagung, sondern als Gewährung von Nutzungsrechten. Erst dadurch konnte Insulin noch im Jahr seiner (offiziellen) Entdeckung seinen klinischen Siegeszug starten [1].

Eli Lilly & Company, die Banting und Best für die großtechnische Produktion hinzuziehen, bringen in Toronto 1923 das erste Insulin-Präparat „Iletin“ auf den Markt (Abb. 3*). In Deutschland empfiehlt das Deutsche Insulin-Komitee im Juli 1923 ein Präparat der Firma Bayer in Elberfeld für die großtechnische Produktion [11]. Am 31. Oktober 1923 stellen die Farbwerke Hoechst das aus Kälber- und Rinder-Pankreas hergestellte „Insulin Hoechst“ vor. Im selben Jahr gründet Hans Christian Hagedorn (1888 – 1971) in Dänemark zusammen mit dem Medizin-Nobelpreisträger August Krogh das Nordisk Insulinlaboratorium, das entscheidende Innovationen hervorbringen wird (Abb. 4*). Firmen wie Novo und Nordisk (1989 fusioniert) werden mit Insulin-Produkten groß.

Und trotzdem soll sich das Vermächtnis von Frederick Banting und Charles Best nur halb erfüllen. Die schritt­weisen Innovationen der folgenden Jahrzehnte verbessern die Therapie, aber machen aus dem Extrakt von 1921 eine Insulin-Familie, deren Mitglieder alle durch neue, weniger uneigennützige Patente geschützt werden. Das Re-Paten­tieren von abgewandelten Wirkstoffmolekülen ist eine im modernen Pharmamarketing beliebte Strategie, die auch als „Evergreening“ bekannt ist [12].

Vom Schlachthof zum Bioreaktor

Die Insuline der 1920er-Jahre sind einfache Extrakte aus Bauchspeicheldrüsen von Rindern, die auch andere pankreatische Hormone und Verunreinigungen enthalten und die Gefahr von Immunreaktionen bergen. Außerdem wirken sie nur rund sechs Stunden – die Gefahr von Hyper- und Hypoglykämie ist seit der ersten Insulin-Spritze in der Welt. Man sucht Wege, das Wirkprofil zu kontrollieren. Im Jahr 1936 gelingt Hans Christian Hagedorn zusammen mit dem Apotheker Birger N. Jensen im Nordisk Insulinlaboratorium eine Retardierung durch Bindung des Insulins an Protamin. Das noch heute gebräuchliche NPH(Neutrales-Protamin-Hagedorn)-Insulin hat eine intermediäre Wirkdauer von acht bis 14 Stunden. Drei Jahre später, wiederum in Toronto, kreiert David Aylmer Scott ein Protamin-Zink-Insulin mit 48 Stunden Wirkdauer. Die Zugabe kleiner Mengen Zink macht das Protamin-Insulin mischbar mit der kristallinen, schnell wirkenden Form (Abb. 5*). 1945 entwickeln dänische Forscher um Knud Hallas-Møller die amorphen Lente-Zink­insuline, deren Mischungen ebenfalls unterschiedliche Wirkdauer erzielen. Die Verzögerungsinsuline gewähren den Patienten größere Freiheiten in ihrer Therapie – und den Herstellern neue Patente bis in die 1970er-Jahre.

Tierische Insulin-Präparate enthalten noch Jahrzehnte nach der Einführung in die Diabetestherapie unerwünschte Stoffe, vor allem Eiweiße, denen allergische Reaktionen, Antikörperbildung, Insulin-Lipoatrophie und -dystrophie an der Injektionsstelle und andere Folgen angelastet werden [13]. Die nächste große Frage ist, ob sich Insuline in reinerer Form herstellen lassen. In den frühen 1970er-Jahren erscheinen hochgereinigte Präparate wie das „Monocomponent“-Insulin von Novo und das „Single Peak“ von Lilly – die nächsten patentfähigen Schritt-Innovationen, die manchen Patienten weiterhelfen. Aber nach wie vor wird Insulin aus Bauchspeicheldrüsen vom Schlachthof gewonnen (Abb. 6). Der Bedarf ist riesig, und wächst – das metabolische „Wohlstandssyndrom“, 1965 von Prof. Dr. Hellmut Mehnert und Prof. Dr. Markolf Hanefeld beschrieben, grassiert. „Ein Schweinepankreas, das 27 mg Insulin birgt, liefert nach Aufreinigung 14 mg, also 400 IE des Hormons. Bei einem täglichen Bedarf von 40 IE braucht ein einziger Diabetiker 14.600 IE pro Jahr, entsprechend 37 Schweinen“, rechnet der pharmazeutische Biologe Prof. Dr. Theodor Dingermann, Frankfurt, vor [14]. Gesucht wird nach einer Vollsynthese von Insulin. Rinder-Insulin unterscheidet sich in seiner Sequenz vom menschlichen Insulin an zwei Stellen, Schweine-Insulin an einer. Die vollständige Aminosäuresequenz des bovinen Insulins publiziert 1955, nach zwölfjähriger Arbeit, der britische Biochemiker Frederick Sanger (1918 – 2013). Die röntgen-kristallographische Darstellung der physikalischen Struktur gelingt seiner Kollegin Dorothy M. Crowfoot-Hodgkin. Die Leistungen beider werden 1958 bzw. 1964 mit zwei Nobelpreisen für Chemie gewürdigt. 1963 erarbeitet Prof. Dr. Helmut Zahn und sein Team in Aachen die weltweit erste chemische Synthese des Insulins, fast zeitgleich mit einer chinesischen (Wangyu) und einer amerikanischen Arbeitsgruppe (P. G. Seeing). Allerdings stehen die 223 (!) Syntheseschritte einer industriellen Produktion im Wege [1].

Die chemische Herstellung erübrigt sich in den 1980er-Jahren durch die Fortschritte der Biotechnologie: 1975 entsteht in den Laboren von Ciba-Geigy in Basel das erste rekombinante Human-Insulin. Drei Jahre später synthetisiert es die US-Firma Genentech mit E.-coli-Bakterien. Bis zur Produktion im industriellen Maßstab dauert es bis 1982 (Humulin® R [Rapid] und N [NPH]). Zur selben Zeit finden Novo und Nordisk Wege, Rinder-Insulin chemisch in Human-Insulin umzuwandeln – ein weiterer Meilenstein in der Protein­biochemie – , bevor auch sie 1988 ihr erstes rekombinantes Insulin auf den Markt bringen. Die Patente auf die gentechnischen Produkte und Techniken reichen bis ins 21. Jahrhundert. Das Gentechnik-skeptische Deutschland erlaubt die rekombinante Herstellung von Human-Insulin erst im Jahr 1998. Tierisches Insulin wird hierzulande seit 2005 nicht mehr hergestellt. Anzumerken ist, dass die Umstellung von tierischem auf humanes Insulin bei vielen Patienten nicht problemlos verlief. Die Wahrnehmung einer Hypoglykämie veränderte sich, sie verspürten signi­fikant weniger Warnsymptome wie Hunger, Schwitzen und Tremor [15].

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Abb. 6: Herstellung aus tierischem Material Pankreas aus Schlachthausabfällen wurde in der Anfangszeit der Insulin-Gewinnung verarbeitet, wie hier 1923 in Indianapolis von Eli Lilly.

Analoga erweitern die Insulin-Familie

Sind mit der Abkehr von der tierischen Produktion alle Probleme aus der Welt – die Bedarfsdeckung mit Insulin, die kinetischen Eigenschaften, die Immunogenität? Mitnichten. Auch 100 Jahre nach Entdeckung des Insulins ist die Nachahmung der fehlenden endogenen Insulin-Produktion nicht perfekt. Die rekombinante Technologie erlaubt es aber, die Kinetik zu modifizieren, indem sie am Insulin-Molekül einzelne Aminosäuren oder -reste austauscht. So kommen in den 1990er-Jahren die Analog-Insuline auf: Das erste schneller als Human-Insulin wirkende ist 1996 Insulin lispro von Lilly, es folgen von NovoNordisk 1998 Insulin aspart, 2004 Insulin glulisin, dann die „ultrakurz“ wirkenden Faster insulin aspart (Fiasp®, NovoNordisk, 2017) und Lyumjev® (Lilly, 2020). Patienten müssen damit praktisch keinen Spritz-Ess-Abstand mehr einhalten, Zwischenmahlzeiten können in der Regel entfallen. Auch Basalinsulin-Analoga werden konstruiert, mit immer längerer Wirk­dauer, deren gleichmäßiges Wirkprofil sich in eine geringere Rate an Hypoglyk­ämien übersetzt: von Insulin glargin (Sanofi, 2000), Insulin detemir (NovoNordisk, 2004) bis zum ultralang wirksamen Insulin degludec mit einer Halbwertszeit von 25 Stunden. Ein dunkler Schatten fällt ab 2009 auf die Anwendung von Insulin glargin, nachdem es möglicherweise das Krebsrisiko im Vergleich zu NPH-Insulin erhöhen soll [16]. Verschiedene Studien haben diesen Verdacht in den Folgejahren entkräftet [17]. Nach Ablauf der Patente sind in Deutschland Biosimilar-Pro­dukte verfügbar für Insulin glargin (Abasaglar®, Lilly/Boehringer, 2015), Insulin lispro (Sanofi, 2017) und Insulin aspart (Sanofi 2020).

Insulin macht Karriere

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Abb. 2: Dr. Frederick Sanger erhielt 1958 den Chemienobelpreis für die Aufklärung der Struktur des Insulinmoleküls.

Die Entdeckung des lebenswichtigen Hormons Insulin gab den Anstoß zu bahnbrechenden Entwicklungen in Forschung und industrieller Produktion.

  • erste chemische Formel eines Protein-Moleküls
  • erster Radioimmunassay für ein Protein-Hormon (quantitative Bestimmung kleinster Substanz­mengen)
  • erste Röntgenstruktur eines Protein-Hormons (exakte räumliche Struktur)
  • erste chemische Synthese eines Proteins
  • erste Isolierung von Vorstufen eines Protein-Hormons
  • erste industrielle Darstellung eines menschlichen Proteins durch Umwandlung eines tierischen Hormons
  • erstes gentechnologisch hergestelltes Medikament
  • erste Visualisierung einer komplexen Rezeptorfunktion

(nach Dingermann T. [14])

Wenn Insulin unerschwinglich wird

Im Rückblick auf die Geschichte der inkrementellen, also schrittweisen Innovationen des Insulin-Moleküls und seiner Herstellung zeigt sich, dass (fast) jede Variation die Therapie für Behandler und Patienten sicherer, einfacher oder auch nur angenehmer machte. Und doch würden sich Frederick Banting und Charles Best im Grabe umdrehen, erführen sie, dass sich heute viele Patienten ihre notwendigen Insulin-Rationen kaum leisten können – selbst oder gerade in einem reichen Land wie den USA. Wo der Monatsvorrat eines aktuellen Insulin-Präparats 1200 Dollar kosten kann, gründen sich Initiativen wie das „Open Insulin Project“, deren Labore daran arbeiten, die Eigenproduktion von Insulin zu ermöglichen. Die „Bio-Hacker“ werfen den drei großen Insulin-Produzenten der Welt – Eli Lilly, Novo Nordisk und Sanofi – vor, über Jahrzehnte synchron ihre Preise erhöht, zuletzt in wenigen Jahren verdoppelt zu haben [21]. Schwindelnd hohe Insulin-Preise und undurchsichtige Absprachen von Pharmaindustrie und Krankenversicherern waren Thema im US-Wahlkampf 2020 [22]. Am 29. Juni 2021 kündigte die amerikanische Supermarkt-Kette Walmart an, schnell wirkendes Insulin aspart von Novo Nordisk stark verbilligt unter einer eigenen Marke in USA anzubieten. ReliOn™ NovoLog® in der Durchstechflasche oder im Pen soll bis zu 75% günstiger sein als die Originalpräparate. Der Retail-Riese will das ReliOnTM-Portfolio, das auch Blutzuckermessgeräte und weitere Diabetesartikel umfasst, in 5000 eigenen und an­geschlossenen Apotheken verkaufen [23].

Was wurde aus dem Insulin zum Inhalieren?

Als Peptidhormon unterliegt Insulin bei oraler Gabe dem Abbau durch Verdauungssäfte und -enzyme. Die Suche nach alterna­tiven Applikationswegen zu dem für Patienten mehr oder weniger unangenehmen Spritzen ist so alt wie die Insulin-Entdeckung. Schon zwei, drei Jahre nach seiner ersten Anwendung beim Menschen wurde Insulin in Deutschland als Inhalativum versucht, erinnert sich Prof. Dr. Helmut Schatz, emeritierter Direktor der Medizinischen Klinik und Poliklinik Bergmannsheil in Bochum [18]. Schatz war an Zulassungsstudien des inhalierbaren Insulins Exubera® beteiligt, entwickelt von Nektar, Hoechst/Aventis und Pfizer. Es kam im Jahr 2006 in Deutschland als erstem Land der Welt auf den Markt. Damit das Insulin in die Alveolen ins Blut gelangt, musste es als Trockenpulver mit 1 bis 3 µm Partikeldurchmesser zerstäubt werden, größere Partikel werden wieder ausgeatmet. Der dafür entwickelte Inhalator war ein großer, unhandlicher Apparat. Die inhalative Bioverfügbarkeit blieb dennoch gering, die benötigte Dosis an Human-Insulin lag beim Zehnfachen der subkutan gespritzten Dosis, der Preis beim Fünffachen. Exubera® wurde wie ein schnell wirksames Insulin-Analogon vor den Mahlzeiten angewendet. Zugelassen war es für Typ-1- und für Typ-2-Diabetiker – ersetzte aber das Spritzen nicht vollständig bei Patienten, die ein langwirksames Basal-Insulin benötigten. Nebenwirkungen wie Husten und Halsentzündungen waren häufig, dabei nicht das größte Problem: Das Inhalieren beeinträchtigte die Lungenfunktion, die Resorption war bei Rauchern und Lungenerkrankungen variabel, wegen der Hypoglykämiegefahr bestanden für sie Kontraindikationen. Die immunologisch sehr aktive Lunge bildete unter Exubera® deutlich mehr Antikörper als bei Injektion. Auch ein erhöhtes Risiko für Lungenkrebs konnte nicht ausgeschlossen werden. Auswertungen dazu werden heute noch publiziert [19]. Aus all diesen Gründen setzte sich das Präparat nicht durch: Pfizer nahm es Ende 2007 vom Markt.

In den USA unternahm unter anderem die Firma MannKind ab 2009 einen neuen Anlauf für ein inhalierbares Insulin. Erst 2014 gab die FDA grünes Licht für Afrezza®. Das Insulin liegt gebunden an mikrometerkleine Kügelchen vor, die sich in der Lunge auflösen. Kinetik und Sicherheitsprofil ähneln Exubera®, aber der Applikator ist handlicher [20]. Wenngleich sich Sanofi 2016 vom Vertrieb des Präparates zurückzog, hält es sich am amerikanischen Markt. Experten wie Prof. Dr. Helmut Schatz geben den inhalierbaren Insulinen keine Zukunft mehr. Nicht nur, weil man Insulin schon lange durch die 1985 eingeführten Pens ganz elegant applizieren kann, sondern auch, weil die automatischen Insulin-Abgabesysteme mit kontinuierlicher Blutzuckermessung immer weitere Verbreitung finden.

Was bringt die Zukunft?

Fünf Firmen arbeiten derzeit an Basal-Insulinen zur wöchentlichen Gabe, zwei haben Phase-II-Studien abgeschlossen. Neue Verzögerungstechniken sind am Werk: In Eli Lilly‘s Basal Insulin-Fc (LY3209590) ist Insulin mit dem Fc-Fragment von Antikörpern fusioniert [24]. Insulin icodec (Novo) bildet durch Albumin-Bindung ein im Blut zirkulierendes Depot mit einer Halbwertszeit von 196 Stunden. Es sind Co-Formulierung von Insulin icodec mit dem GLP-1-Rezeptoragonisten Semaglutid im selben Pen oder Durchstechfläschchen denkbar [25]. Wenngleich solche Wochenpräparate in Studien funktionieren und eine noch bequemere Anwendung versprechen, müssen sie ihre Sicherheit vor allem bezüglich Hypoglykämien noch unter Beweis stellen.

Das Problem der Bioverfügbarkeit ist noch größer bei der oralen oder bukkalen Applikation von Insulin. Die Krönung der Galenik, Protein- und Peptid-Wirkstoffe wie Insulin oral statt per Injektion zu verabreichen, peilt die Forschung auf verschiedenen Wegen an: etwa „konventionell“ mit magensaftresistenten Kapseln, die Insulin in einer den proteolytischen Abbau hemmenden Pufferlösung aus Cholin und Geraniumsäure (CAGE, Harvard University in Cambridge) freisetzen. Oder in Kapseln mit Proteasehemmern und Absorptions­verstärkern (Protein Oral Delivery[POD™]-Technology, Oramed). Oder schließlich mit mechanisch arbeitenden Minikapseln, die Insulin noch im Magen in die Blutbahn bringen soll: Der Massenschwerpunkt der Kapsel richtet sich zur Magenwand hin aus, der Boden aus Zucker löst sich auf und eine Feder pikst die Magenschleimhaut mit ihrer Spitze aus festem Insulin (Massachusetts Institute of Technology) [5]. Es wird Jahre dauern, bis solche Systeme ihre Wirksamkeit und Sicherheit unter Beweis gestellt haben. Smarte Zukunfts­musik ist auch das glucosesensitive Insulin, das den Wirkstoff in einem Molekülverband bindet und abhängig von der Glucose-Konzentration im Blut festhält oder freisetzt [14].

Der epidemiologische Rahmen und die Aussicht auf Profite macht auch teure Forschung attraktiv für Firmen, die patentgeschützte Diabetespräparate entwickeln: Dem sitzenden Lebensstil und den Ernährungsgewohnheiten geschuldet, wird die Prävalenz des „Wohlstandssyndroms“ mit Übergewicht und Diabetes mellitus weiter weltweit steigen [24]. „Zwar ist die Insulin-Therapie in den Therapiealgorithmen von 2019/2020 nach hinten gerückt, dank neuerer Antidiabetika wie den GLP-1-Agonisten und die SGLT2-Inhibitoren“, sagt Prof. Dr. Matthias M. Weber, Leiter der Abteilung für Endokrinologie und Stoffwechselkrankheiten, Univer­sität Mainz, „sie hat jedoch in der Behandlung des Typ-2-Diabetes weiterhin einen festen Stellenwert“ [14]. |

 

* Aufgrund von Lizenzbedingungen finden Sie die Abb. 3, 4, 5 und 7 nur in der gedruckten DAZ-Ausgabe.

 

Literatur

 [1] Vecchio I, Tornali C, Bragazzi NL et al. The Discovery of Insulin: An Important Milestone in the History of Medicine. Front Endocrinol (Lausanne). 2018;9:613, https://doi.org/10.3389/fendo.2018.00613

 [2] Gley E. Action des extraits de pancréas sclérosés sur des chiens diabétiques (par extirpation du pancréas). CR Soc Biol 1922;87:1322-1325

 [3] Schadewaldt H. Geschichte des Diabetes mellitus. Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1975:48

 [4] de Leiva-Hidalgo A, Brugués Brugués E, de Leiva Pérez A. The True Banting and Best Story: The Priority Rule and the Discovery of the Antidiabetic Hormone. In: Jörgens V, Porta M (eds): Unveiling Diabetes – Historical Milestones in Diabetology. Front Diabetes. Basel, Karger, 2020;29:84–102

 [5] Service RF. Pills give patients a shot inside the stomach. Science 2019;363:571

 [6] Jörgens V. Prof. Georg Zülzer: dem Insulin-Pionier zum 150. Geburtstag! Diabetes-Journal 2020;69:36-37

 [7] de Leiva Hidalgo A, Brugués Brugués E, de Leiva Pérez A. From pancreatic extracts to artificial pancreas: history, scienec and controversies about the discovery oft he pancreatic antidiabetiv hormone IV: Frederick Banting and Charles Best. Av Diabetol 2009;25:422–430

 [8] Banting FG, Best CH.The Internal Secretion of the Pancreas. Journal of Laboratory and Clinical Medicine 1922;VII

 [9] Wright JR. Almost famous: E. Clark Noble, the common thread in the discovery of insulin and vinblastine. CMAJ 2002;10;167(12):1391–1396

[10] United States patent no. 1.469.994; patented 9. Oktober 1923 ... Extract obtainable from the mammalian pancreas or from the related glands in fishes, useful in the treatment of diabetes mellitus, and a method of preparing it. University of Toronto Archives. A1982–0001

[11] Abrahamian A. Sir Frederick Grant Banting/Charles Herbert Best. The Canadian Encyclopedia Plus© 1995, https://web.archive.org/web/20120326235859/http://216.71.46.171/diabetesforum/biographie.htm

[12] Greene JA et al. Why Is There No Generic Insulin? Historical Origins of a Modern Problem. N Engl J Med 2015;372:1171-1175

[13] Im Vergleich: Vor- und Nachteile von Humaninsulin. arznei-telegramm 1992;1:3-4

[14] 100 Jahre Insulin – Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der Therapie des Diabetes. Video-Livestream veranstaltet von Novo Nordisk Pharma GmbH, 14. April 2021

[15] Scheidegger K. Intensivierte Insulin-Therapie. pharma-kritik ­Jahrgang 1988;10(22):88; Verweis auf Berger W. Mitteilung an der Herbsttagung der Schweiz. Diabetesgesellschaft, St. Gallen, 29. Oktober 1988

[16] Zylka-Menhorn V. Insulin-Analogon Glargin und vermeintliches Krebsrisiko. Dtsch Arztebl 2009;106(27):A-1394/B-1186/C-1154

[17] Rosenstock J, Fonseca V, McGill JB et al. Similar risk of malignancy with insulin glargine and neutral protamine Hagedorn (NPH) insulin in patients with type 2 diabetes: findings from a 5 year randomised, open-label study. Diabetologia 2009;52:1971–1973

[18] Stang M. Tolle Idee! Was wurde daraus? Insulin zum Inhalieren. Deutschlandfunk, Beitrag vom 5. März 2019, www.deutschlandfunk.de/tolle-idee-was-wurde-daraus-insulin-zum-inhalieren.676.de.html?dram:article_id=442738

[19] Gatto NM, Koralek DO, Bracken MB et al. Lung Cancer-Related Mortality With Inhaled Insulin or a Comparator: Follow-Up Study of patients previously enrolled in Exubera Controlled Clinical Trials (FUSE) Final Results. Diabetes Care 2019;42(9):1708–1715

[20] Oleck J, Kassam S, Goldman JD. Commentary: Why Was Inhaled Insulin a Failure in the Market? Diabetes Spectr 2016;29(3):180–184

[21] Open Insulin Foundation, https://openinsulin.org/

[22] Postinett A. Wie Insulin in den USA günstiger werden soll. Handelsblatt vom 24. März 2020. www.handelsblatt.com/politik/international/weltgeschichten/postinett/weltgeschichte-wie-insulin-in-den-usa-guenstiger-werden-soll/25671154.html?ticket=ST-3065464-wyI7nbBZ4dtoOfe6LPx3-ap4

[23] Brown M. Walmart to offer affordable private brand insulin products. Supermarket News 19. Juni 2021, www.supermarketnews.com/health-wellness/walmart-offer-affordable-private-brand-insulin-­products

[24] Europe Human Insulin Market - Growth, Trends, and Forecast (2019 - 2024) www.researchandmarkets.com/reports/4771511/europe-human-insulin-market-growth-trends-and

[25] Tucker ME. Phase-II-Ergebnisse zum wöchentlichen Basalinsulin: Kommt es zu einem Wandel in der Diabetestherapie? Medscape ­online vom 30. Juni 2020, https://deutsch.medscape.com/artikel­ansicht/4909035-

Autor

Ralf Schlenger ist Apotheker und arbeitet als freier Autor und Medizinjournalist in München.

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