Фредерик бантинг и чарльз бест

14 ноября человечество вот уже в двадцатый раз отметит Всемирный день борьбы с диабетом. До полной победы над этим заболеванием, безусловно, еще далеко, но то, чего удалось добиться, — колоссальный прорыв. История открытия, выделения, изучения и, наконец, синтеза инсулина — пример слаженной и эффективной работы многих ученых в поиске лекарства для лечения сахарного диабета. Один из главных ее героев — сэр Фредерик Бантинг. В этом году выдающемуся канадскому физиологу и биохимику исполнилось бы 120 лет.

На родине, в Канаде, Бантинга по праву считают национальным героем. Он — воплощение «американской мечты»: сын фермера, ставший всемирно известным ученым. В 2007 году его детище — инсулин — возглавил десятку величайших канадских открытий всех времен. Началась новая эра в лечении сахарного диабета.

Бантинг — нечастый пример ученого, которому слава в полном ее объеме досталась еще при жизни, более того — практически сразу после совершенного открытия.

Первая в мире успешная инъекция инсулина проведена 23 января 1922 года: Леонард Томпсон, до того дня никому неизвестный 14-летний паренек с сахарным диабетом, стал героем передовиц. А уже в 1923-м создатели препарата Фредерик Бантинг и Джон Маклеод (руководитель проекта) были удостоены Нобелевской премии — беспрецедентный пример оперативности шведских академиков, известных своей осторожностью. Среди физиологов Бантинг, получивший премию в 32 года, до сих пор остается самым молодым на момент вручения лауреатом.

Правда, оба ученых остались недовольными. Бантинг сначала даже демонстративно отказался от награды. Причина — несправедливость решения: работа была сделана четырьмя коллегами, а двух комитет почему-то обошел своим вниманием.

Тут необходимо немного погрузиться в «кухню» инсулиновой эпопеи. За полвека до описанных событий, в 1869 году, студент-медик Поль Лангерганс открыл в поджелудочной железе многочисленные скопления неизвестных клеток — островков, носящих сегодня его имя. Гипотеза об их участии в регуляции пищеварения, выдвинутая почти двумя десятилетиями позже, сразу вызвала острые дискуссии.

Один из ее противников, немецкий физиолог Оскар Минковски, пытаясь ее опровергнуть, удалил этот орган подопытным собакам. Результаты оказались неожиданными: у животных в моче появился сахар, о чем «просигнализировали» тучи слетевшихся мух. При этом у животных с перевязанным протоком поджелудочной железы клетки, выделяющие пищеварительные ферменты, гибли — в отличие от островков Лангерганса.

Бантинг прочитал об этих работах в 1920 году. В его дневнике есть набросок программы будущего гениально простого эксперимента: «Перевязать собаке проток. Оставить, пока не останутся только островки. Попытаться выделить внутренний секрет».

С этим планом молодой научный сотрудник университета Торонто пришел к своему руководителю, именитому профессору Джону Маклеоду. Полгода ушло на уговоры — сначала открытая ирония, потом скепсис и, наконец, согласие помочь в постановке эксперимента.

Бантингу выделили университетскую лабораторию, 10 собак и 1 штатную единицу – 22-летнего ассистента Чарльза Беста. «Молодежь» не подвела: секрет островков получен, введен собакам с удаленной железой и — сахара в моче не обнаружено! Более того, Бантинг, вкусив всю сложность процедуры с перевязкой протоков, внес рацпредложение: выделять секрет из поджелудочной железы коровьих эмбрионов — на этой стадии синтез инсулина уже идет, а пищеварительные ферменты, которые могут расщепить ценный продукт, еще не образуются.

Маклеод оценил перспективы открытия сразу: в декабре 1921 года он предложил в помощь двум профессиональным физиологам не менее талантливого биохимика Джеймса Коллипа для организации очистки инсулина.

Уже 11 января Леонард Томпсон испытал первую инсулиновую инъекцию. Второе, более удачное испытание, положило начало эре инсулинотерапии. Теперь можно понять недоумение Бантинга и Маклеода, когда премию присудили лишь им двоим. Впрочем, подумав, ученые не стали конфликтовать с Нобелевским комитетом — вместо этого демонстративно поделились каждый своей половиной премии: Бантинг — с Бестом, а Маклеод — с Коллипом. Так премия 1923 года и вошла в анналы науки: формально — на двоих, а реально — на четверых. Но Бантинг в этой четверке, пожалуй, самый главный: в правовых терминах он — организатор.

Тот звездный для Бантинга год стал лишь началом его триумфа. Канадский парламент присудил ему именную пожизненную стипендию в размере $7,5 тыс.; вместе с Нобелевской премией она пошла на создание и организацию работы собственного научно-исследовательского института. Без лишней скромности его назвали Институтом Бантинга-Беста.

Потом было еще множество всевозможных титулов: посвящение в рыцари, членство в Лондонском Королевском обществе, орден Британской империи. Но, пожалуй, самыми памятными и дорогими для ученого стали другие награды. Первая — скромное звание почетного консультанта городской детской больницы в Торонто, где Бантинг, тогда еще «неостепененный» доктор, начинал свою мирную карьеру хирурга. А вторая — Крест за героизм, о котором он предпочитал не распространяться. В 1918 году в составе Медицинских сил канадской армии он сражался в Европе, на полях Первой мировой. Тогда в битве под Камбре он, раненый, почти сутки оказывал помощь своим товарищам — как единственный врач.

А в 1941-м его самого спасти не успели. Одно из последних увлечений ученого — авиационная медицина. Бантинг активно работал над проблемой кислородного голодания пилотов, пытаясь понять механизм развития высотных обмороков и предотвратить их.

Его коллега Вилбур Франкс изобрел специальный противоперегрузочный костюм, и Бантинг, как руководитель 1-го клинического исследовательского подразделения Королевских ВВС Канады, должен был участвовать в его испытаниях. Самолет, совершавший перелет через Атлантику, разбился на острове Ньюфаундленд. Врачи добрались в безлюдный район трагедии слишком поздно.

В память об этом светлом человеке 14 ноября, день его рождения, стал датой международного праздника, Всемирного дня борьбы с диабетом.

Долгие годы до открытия инсулина, сахарный диабет считался смертельно опасным заболеванием. Единственным известным методом лечения заболевания, проявляющегося изнурительным выделением большого количества сладкой мочи, являлось соблюдение строгой диеты, предложенной доктором Алленом с резким ограничением потребления углеводов, приводящем к истощению. Такие пациенты могли продлить себе жизнь на несколько лет, но мучительная гибель ждала их впереди неизбежно.

В 60-е годы 18 века немецкий студент Поль Лангерганс, изучая поджелудочную железу, обнаружил «маленькие клетки с блестящим содержимым, расположенные группами хаотично по всей поджелудочной железе». Их функция была неизвестна. В дальнейшем в честь ученого эти группы этих клеток были названы островками Лангерганса. В 1889 году известный ученый Оскар Минковский (1858-1931) обнаружил, что у собак с удаленной поджелудочной железой развивается сахарный диабет. Однако дальнейшие опыты показали, что если перевязать проток, по которому сок поджелудочной железы попадает в кишечник, возникнут трудности с пищеварением, но уровень глюкозы крови повышаться не будет. На основании своих опытов Оскар Минковский сделал выводы, что поджелудочная железа выполняет две функции: вырабатывает пищеварительные соки и вещество, которое выделяется сразу в кровь и регулирует уровень глюкозы. Дело оставалось за малым, выделить это вещество и лекарство от сахарного диабета было бы найдено. Но именно это и не удавалось ученым долгие годы.

В октября 1921 года в канадском городе Торонто Фредерик Бантинг, хирург, совсем недавно получивший диплом врача, прочитал статью доктора Мозеса Бэррона о связи островков Лангерганса и возникновении сахарного диабета. Ссылаясь на работы русского ученого Леонида Васильевича Соболева, доктор Бэррон описывал клинический случай, когда проток поджелудочной железы блокировался камнем, что приводило к повреждению ткани органа, но островковые клетки оставались целыми. Бантинг загорелся идеей выделить эти клетки. Он предположил, что пищеварительные соки поджелудочной железы могут быть губительны для островковых клеток.

В своем дневнике он написал:

• перевязать проток поджелудочной железы у собаки. Дождаться полной атрофии ткани органа, сохраняя островковые клетки живыми;
• постараться максимально изолировать эти клетки от пищеварительных соков и выделить их.

Фредерик Грант Бантинг.

Из книги «Открытие инсулина» 1982, Майкл Блисс, Издательство университета Чикаго.

В начале 1921 года Бантинг обратился с своей идеей к профессору университета Торонто Джону Маклеоду, одному из виднейших ученых того времени, изучавших сахарный диабет. Маклеод не разделял энтузиазма Бантинга, к тому времени в мире было предпринято множество попыток выделить островковые клетки куда более опытными учеными и все они не привели к успеху. Однако, Фредерику Бантингу удалось убедить Маклеода дать его идее шанс, молодому ученому выделили крохотную плохо оборудованную лабораторию и 10 собак. Также к Бантингу был прикреплен помощник студент-медик Чарльз Бест. Эксперимент начался летом 1921 года.

Джон Маклеод.

(Журнал лабораторной и клинической медицины, номер 20, стр. 1934-35).

К началу опытов ни Бантинг, ни Бест не обладали выдающимися теоретическими знаниями и практическими навыками. Профессор Маклеод обучил Беста оперативному удалению поджелудочной железы, а также дал ряд практических советов, а вскоре он уехал в летний отпуск в родную Шотландию. Так же в это время появился новый метод определения концентрации глюкозы крови, требовавший всего 0,2 мл крови, а не 25 мл как раньше. Данный прорыв сыграл огромную роль в открытии инсулина, так как без определения уровня глюкозы крови оценить эффективность полученного вещества было сложно, а частые анализы крови старыми методами приводили к изнурению и без того слабых больных.

Бантинг и Бест начали свои эксперименты с удаления поджелудочной железы у подопытных собак, это приводило к росту уровня глюкозы крови, появлению частого мочеиспускания, жажде и потере веса. У собак развивался сахарный диабет.

У другой группы собак был перевязан проток поджелудочной железы, часть, вырабатывающая пищеварительные соки атрофировалась. У подопытных собак вырезали поджелудочную железу и замораживали в растворе солей, затем фильтровали. Изолированную субстанцию назвали «айлетин». Полученное вещество вводили собакам с сахарным диабетом, уровень глюкозы крови снижался. Получая несколько инъекций в день у собак исчезали симптомы сахарного диабета, они выглядели здоровыми и сильными. Бантинг и Бест показали полученные результаты Маклеоду, он был поражен, однако потребовал проведения дополнительных тестов для подтверждения результата.

Фредерик Бантинг и Чальз Бест на крыше университета Торонто, 1921 год.

Ученые понимали, что для дальнейших исследований им требуется большее количество действующего вещества, было решено использовать поджелудочные железы крупного рогатого скота. Количество успешных экспериментов увеличилось, Маклеод осознал, что ученые стоят на пороге крупнейшего открытия и выделил для экспериментов более крупную лабораторию, снабдив её всеми необходимыми ресурсами. Он также предложил назвать полученное вещество инсулин. Эксперименты продолжались.

В конце 1921 года к группе ученых присоединился еще один участник — биохимик Бертрам Коллип. Его целью стало очистить полученное вещество, так чтобы его можно было использовать для лечения людей. Также в ходе исследования ученые пришли к выводу, что можно использовать целую поджелудочную железу, не прибегая к длительному процессу атрофии её пищеварительной части.

Ученые стремились начать использование инсулина у людей. Бантинг и Бест пробовали вводить инсулин себе, но кроме слабости и озноба, никаких других проявлений не обнаружили. 11 января 1922 года в Торонто впервые был введен инсулин 14-летнему мальчику, Леонарду Томпсону, страдающему сахарным диабетом, единственным лечением которого была истощающая гипоуглеводная диета. К сожалению, первая инъекция не привела к желанным результатам, уровень глюкозы крови снизился, но незначительно, место инъекции воспалилось. Биохимик Бертрам Коллип продолжил свою работу по очистке инсулина. 23 января была вновь сделана инъекция инсулина тому же пациенту. Результат был ошеломляющий, уровень глюкозы опустился с 29 ммоль/л до 6,7 ммоль/л. Пациент чувствовал себя лучше с каждым днем, постепенно набирая силы и вес. Ученые продолжили тестирования инсулина на других пациентах с сахарным диабетом.

Новости об открытии инсулина быстро перелетели океан, и в 1923 году Нобелевский комитет наградил Бантинга и Маклеода Нобелевской премией в области физиологии и медицины. Это был грандиозный успех. Однако Фредерик Бантинг был разъярен решением Нобелевского комитета, он считал, что успех должны разделить он и Чарльз Бест. Чтобы отдать должное вкладу Беста в открытие инсулина, Бантинг отдал ему половину своей части Нобелевской награды, Маклеод, в свою очередь, разделил свою часть с Бертрамом Коллипом. Споры о справедливости вручения Нобелевской премии не утихали долгое время. Несмотря на то, что многие современники считали, что Маклеод премию не заслужил, его вклад в открытие инсулина нельзя отрицать, ведь именно он дал идее Бантинга ход, снабдив его лабораторией и давая ценные советы с самого начала исследования. Также необходимо признать, что без связей профессора Маклеода, весть об открытии не распространилась так широко и, возможно, имена других людей стояли за открытием инсулина.

Бантинг и Маклеод получили патент на свое изобретение, который за 1 доллар продали университету Торонто, все деньги от использования которого поступали в фонд, финансирующий научные исследования.

Вскоре после открытия компания Элай Лилли начала широкое изготовление вещества. К 1923 фирма выпускала количество инсулина, достаточное чтобы снабдить всех пациентов Североамериканского континента. В Европу инсулин привез нобелевский лауреат Август Крох.

Несмотря на то, что инсулин не является лекарством от сахарного диабета, его открытие является одним из величайших прорывов науки ХХ века. Сахарный диабет перестал быть приговором, означающим что человеку осталось жить максимум несколько месяцев в мучениях. Люди с сахарным диабетом получили шанс прожить счастливую, долгую жизнь.

Канадский физиолог Фредерик Грант Бантинг (Frederick Grant Banting), младший из пяти детей Уильяма Томпсона Бантинга и Маргарет (Грант) Бантинг, родился 14 ноября 1891 года на ферме неподалеку от Аллистона (штат Онтарио). Обучаясь в местных бесплатных школах, он занимался спортом и увлекался рисованием и живописью. Стремясь оправдать надежды родителей, мечтавших видеть сына священником, в 1912 г. поступил на богословский факультет Торонтского университета, однако в конце того же года, поняв, что его в действительности интересует медицина, перевелся в университетскую медицинскую школу.

Когда началась первая мировая война, Бантинг в 1915 г. записался добровольцем в ряды медицинского корпуса Королевской канадской армии. Однако его отправили обратно в медицинскую школу, и через год он окончил ее со степенью бакалавра медицины. В течение следующих двух лет Фредерик служил военным хирургом в Англии, а затем во Франции, где в битве при Камбре получил тяжелое ранение шрапнелью в правое предплечье. Понимая, что ампутация будет означать конец его хирургической карьеры, он уговорил лечащего врача повременить с операцией; в итоге рука была спасена.

После войны Бантинг вернулся в Торонто и два года проработал хирургом в детской больнице. Летом 1920 г. он переехал в Лондон (Онтарио) и открыл частную хирургическую практику. Однако, когда выяснилось, что эта затея не оправдывает себя с финансовой точки зрения, Бантинг принял предложение занять должность ассистента профессора в медицинской школе университета Западного Онтарио, находившейся в том же городе. Одновременно он занимался научными исследованиями под руководством нейрофизиолога Ф.Р. Миллера.

Друг детства Бантинга умер от заболевания, называемого теперь сахарным диабетом. Этот трагический случай послужил поводом, заставившим его заняться поиском средств для лечения этой болезни. Сахарный диабет был описан в 1 веке н. э. римскими врачами Цельсом и Аретом, которые отмечали у некоторых больных обильное мочеотделение, чрезмерную жажду и потерю веса. В 17 веке английский врач Томас Уиллис заметил, что у пациентов с такими симптомами моча имеет сладковатый вкус. Позже, в 19 веке, было установлено, что в тонкой кишке происходит превращение крахмала в глюкозу, которая затем поступает из кровеносного русла в печень, где и откладывается в форме гликогена (крахмалоподобного вещества, состоящего из остатков молекул глюкозы, соединенных в цепи).

Полагали, что к заболеванию сахарным диабетом причастна поджелудочная железа, т.к. образцы тканей этого органа, взятые у умерших от сахарного диабета людей, казались пораженными болезнью. В 1889 г. немецкие физиологи Йозеф фон Меринг и Оскар Минковски удаляли хирургическим путем поджелудочную железу у собак и наблюдали в дальнейшем у этих животных резкий подъем концентрации глюкозы в крови и моче, а также наличие симптомов, сходных с клиническими проявлениями сахарного диабета.

Поджелудочная железа – это орган с двумя основными типами секреторных клеток. Ацинозные клетки синтезируют и секретируют в панкреатические протоки пищеварительные ферменты; затем ферменты поступают в тонкую кишку, где участвуют в процессе переваривания пищи. Островковые клетки (обнаружены в островках Лангерганса – структурах неправильной формы, расположенных в поджелудочной железе) синтезируют инсулин и выделяют его непосредственно в кровь. Инсулин способствует поглощению глюкозы клетками, где она используется в качестве источника энергии. Если клетки не могут получить глюкозу, они начинают утилизировать жиры (в виде жирных кислот). В результате биохимического расщепления жиров в условиях дефицита инсулина возникает диабетический кетоацидоз, когда в крови и тканях возрастает содержание кетоновых тел и происходит сдвиг кислотно-щелочного равновесия организма в сторону ацидоза. До того как стали применять инсулин, это состояние обычно приводило к летальному исходу.

Первые попытки выделить инсулин, вырабатываемый островковыми клетками, осложнялись тем, что этот гормон разрушался трипсином, ферментом ацинозных клеток. Однажды вечером в октябре 1920 г. Бантинг читал статью Мозеса Баррона, в которой описывалась блокада панкреатического протока желчными камнями и развивающаяся вследствие этого атрофия ацинозных клеток. Той же ночью он, проснувшись, записал для памяти: «Перевязать протоки поджелудочной железы у собак. Подождать шесть-восемь недель. Удалить и экстрагировать». Он надеялся, что, «перевязав протоки и выждав некоторое время, необходимое для разрушения ацинозных клеток, сумеет найти способ получения экстракта островковьгх клеток, не подверженного разрушающему воздействию трипсина и других панкреатических ферментов».

По предложению Миллера Бантинг рассказал о своей идее Джону Дж.Р. Маклеоду, профессору-физиологу Торонтского университета, который по своему положению мог предоставить Бантингу нужное для исследования оборудование. По словам Фредерика, Маклеод вначале поднял на смех предложенный ему проект; лишь после нескольких повторных визитов в его кабинет Бантинг получил наконец необходимую поддержку. В итоге Маклеод предоставил для исследований лабораторное помещение и десять собак, а также обеспечил помощь лаборанта Чарлза Беста, студента-медика, умеющего хорошо определять содержание сахара в крови и моче. Бантинг уволился из университета Западного Онтарио и вернулся в Торонто.

В мае 1921 г. Бантинг и Бест приступили в Торонтском университете к серии экспериментов, в то время как Маклеод отправился отдыхать в Шотландию. К его возвращению в августе Бантингу и Бесту удалось экстрагировать инсулин из островковой ткани поджелудочной железы собак. Экспериментаторы удалили также поджелудочную железу у одной собаки, а затем ввели экстракт островковой ткани умиравшему от кетоацидоза животному. Собака выздоровела: уровень глюкозы в крови снизился до нормальных пределов, а в моче глюкоза вообще исчезла.

Несколько позднее в этом же году ББантинг и Бест сообщили о результатах своих исследований на заседании клуба «Физиологического журнала» Торонтского университета, а в декабре 1921 г. выступили перед членами Американского физиологического общества в Нью-Хейвене (штат Коннектикут). На этот раз на докладе присутствовал и Маклеод, который в дальнейшем использовал все возможности своей кафедры, чтобы добиться получения и очистки больших количеств инсулина. Для этого ему понадобилась помощь биохимика Дж.Б. Коллипа, и Маклеод подключил его к проекту. В январе 1922 г. в детской больнице г. Торонто было впервые проведено успешное лечение инсулином: пациентом оказался 14-летний мальчик, страдавший тяжелой ювенильной формой сахарного диабета. Последовала серия клинических испытаний, определивших биологическое воздействие инсулина и позволивших разработать основные рекомендации по его клиническому использованию. Дальнейшее определение дозировки препарата при лечении проводилось Бантингом, который назначал различные количества инсулина, полученного из поджелудочных желез крупного рогатого скота, д-ру Джо Джилкрайсту, своему бывшему соученику, заболевшему диабетом и добровольно согласившемуся на проведение эксперимента.

Позже в этом же году Маклеод сообщил об открытии инсулина на заседании Ассоциации американских врачей, сделав заявление для прессы. По словам одного из биографов Бантинга, присутствовавшего при этом событии, заявление Маклеода прозвучало так, как будто бы открытие инсулина было его заслугой, а коллеги лишь помогли ему. Этот инцидент настолько вывел из себя Бантинга, что позднее, работая с Коллипом, которого он считал союзником Маклеода, он «не удержался и внезапно ударил [его]». Этот эпизод был совершенно нехарактерен для Фредерика, известного своей добротой и благородством, стремившегося избавить даже лабораторных животных от излишней боли.

Вместо того чтобы получить патент на инсулин и впоследствии сказочно разбогатеть, Бантинг передает все права Торонтскому университету. В дальнейшем права на производство инсулина перешли к Канадскому совету по медицинским исследованиям, и в конце 1922 г. новый препарат появился на лекарственном рынке.

В том же году Бантинг написал докторскую диссертацию по результатам своих исследований и получил в Торонтском университете степень доктора медицины. Он приобрел международную известность. В 1923 г. власти провинции Онтарио учредили в Торонтском университете от деление медицинских исследовании имени Бантинг и Беста; декретом канадского парламента он получил пожизненную ренту. В честь него в Торонто были учреждены также Исследовательский фонд имени Бантинга, Институт имени Бантинга, Бантинговские мемориальные чтения.

Бантинг и Маклеод разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1923 г. «за открытие инсулина». Взбешенный тем, что в числе лауреатов не оказалось Беста, Бантинг грозился отказаться от награды, но, вняв советам, не стал делать этого. Он, однако, отдал половину полученных им денег Бесту, во всеуслышание заявив о вкладе последнего в открытие инсулина. (Члены Нобелевского комитета позже пришли к конфиденциальному мнению, что Беста следовало включить в число награжденных.)

В 1924 г. Фредерик женился на Марион Робертсон; у них родился сын. В 1932 г. первый брак закончился разводом, и в 1939 г. Бантинг женился на Генриетте Белл.

Незадолго до второй мировой войны Бантинг увлекся авиационной медициной, в частности изучением биологических воздействий на человека полетов на больших высотах. В 1940 г. он добровольно поступил на службу в канадские военно-воздушные силы в качестве офицера связи взаимодействия. Он доставлял важные сообщения из Канады в Англию. В 1941 г. военный самолет, в котором летел Бантинг, потерпел катастрофу в отдаленном районе Ньюфаундленда. Он скончался до того, как подоспела спасательная команда.

Король Георг V присвоил Бантингу дворянское звание, он также был избран членом Лондонского королевского общества, почетным членом Королевского колледжа хирургов и Королевского колледжа врачей. Также он получил премию Рива в Торонтском университете (1922 г.), премию Камерона и почетное право чтения лекций в Эдинбургском университете (1927 г.), медаль Флейвелла Королевского общества Канады, а также почетные степени в Куинс-колледже (Нью-Йорк) и Торонтском университете.