Kaj vpliva na stabilnost inzulina?

Ko govorimo o stabilnosti inzulina, mislimo na njegovo sposobnost, da v določenem časovnem obdobju ohrani kakovost, varnost in učinkovitost v mejah, ki jih določi proizvajalec. Pri zdravilih to pomeni, da mora učinkovina (npr. inzulin) do izteka roka uporabnosti ali do predvidenega časa uporabe ostati dovolj nespremenjena, da zdravilo še vedno deluje tako, kot je predvideno.

Na stabilnost inzulina vpliva več dejavnikov, pomembnejši so: temperatura, pH, izpostavljenost svetlobi, mehanski stres, kot je tresenje ali stresanje ter sestava formulacije, vključno s prisotnostjo stabilizatorjev, kot je npr. cink.

Naštete dejavnike ločimo v dve skupini in sicer na tiste katere lahko vplivamo, in so odvisni od tega, kako ravnamo (shranjevanje) z inzulinom in na tiste, ki so lastnost samega zdravila oz. formulacije in nanje ne moremo vplivati.

Vplivamo lahko na temperaturo, izpostavljenost svetlobi ter na mehanski stres (npr. stresanje). V nadaljevanju bomo predstavili dejavnike na katere lahko vplivamo sami.

Inzulin in njegova vloga v telesu

Inzulin je hormon, ki ga proizvajajo beta celice Langerhansovih otočkov v trebušni slinavki. Njegova glavna naloga je uravnavanje ravni glukoze v krvi. Ko po obroku koncentracija glukoze naraste, inzulin omogoči, da glukoza preide iz krvnega obtoka v celice, kjer jo telo porabi za pridobivanje energije ali pa jo shrani za poznejšo uporabo.

Inzulin deluje po principu ključ-ključavnica, ko se inzulin (ključ), veže na svoj receptor (ključavnica) se odprejo vrata (kanalček), ki omogočijo vstop glukoze v celico.

Pri sladkorni bolezni tipa 1 pride do avtoimunskega uničenja beta celic, zato telo ne more več tvoriti dovolj inzulina oziroma ga sčasoma ne tvori več. Zaradi tega je zdravljenje z inzulinom nujno in življenjsko pomembno.

Pri sladkorni bolezni tipa 2 pa je mehanizem drugačen. Sprva telo inzulin običajno še proizvaja, vendar se celice nanj slabše odzivajo temu pravimo inzulinska rezistenca. Telo v odgovor izloča vedno več inzulina, da premaga inzulinsko rezistenco. Ta kompenzacija sčasoma privede do zmanjšanega izločanja inzulina iz trebušne slinavke, saj se beta celice v trebušni slinavki "iztrošijo" in postopoma propadejo. Zato pri sladkorni bolezni tipa 2 zdravljenje pogosto začnemo s spremembo življenjskega sloga in zdravili, ki niso inzulin, na primer z metforminom ali agonisti receptorja GLP-1, inzulin pa uvedemo kasneje, če z drugimi ukrepi ne dosežemo ustreznega nadzora glukoze (1).

Po svoji zgradbi je inzulin polipeptidni hormon. Molekula humanega inzulina je sestavljena iz 51 aminokislin. Aminokisline so osnovni gradniki beljakovin, polipeptid pa pomeni, da je več aminokislin med seboj povezanih v verigo.

Inzulin sestavljata dve verigi: veriga A vsebuje 21 aminokislin, veriga B pa 30 aminokislin. Verigi sta med seboj povezani z dvema disulfidnima mostičkoma (kemijska vez, ki vsebuje dva atoma žvepla (S)), poleg tega pa je v verigi A prisoten še tretji disulfidni mostiček, ki dodatno prispeva k stabilnosti molekule. Poenostavljeno si lahko zgradbo inzulina predstavljate kot dve ogrlici na kateri nizate kroglice. Ti dve ogrlici pa na dveh točkah povežete med seboj (2).

Prikaz 2D strukture inzulina.

V telesu se inzulin ne shranjuje kot posamezna molekula. V beta celicah trebušne slinavke se več molekul inzulina združuje v skupke po šest molekul takšno obliko imenujemo heksamer. Ta oblika je primerna za shranjevanje, saj je stabilnejša kakor posamezne molekule ter zavzame manj prostora. Pomembno vlogo pri tem ima cink, saj ioni cinka sodelujejo pri nastanku in stabilizaciji inzulinskih heksamerov (3). To telesu omogoča, da se inzulin varno shrani v celicah do trenutka, ko ga potrebuje za uravnavanje krvnega sladkorja.

Dejavniki, ki vplivajo na stabilnost inzulina

Temperatura

Temperatura je eden najpomembnejših dejavnikov, ki vpliva na stabilnost inzulina. Pri visokih temperaturah se poveča tveganje za razgradnjo in strukturne spremembe molekule inzulina.

Kakor v telesu se tudi v zdravilih inzulin nahaja v obliki heksamerja (torej skupka 6 molekul inzulina). Ko si apliciramo inzulin bodisi s črpalko bodisi s peresnikom pride do postopne in nadzorovane razgradnje heksamerja v posamezne molekule inzulina. V telesu tako delujejo zgolj posamezne molekule inzulina, saj se lahko zgolj te absorbirajo v sistemski krvni obtok in vežejo na inzulinski receptor, kar privede do delovanja inzulina. Ta postopna in nadzorovana razgradnja zagotavlja učinkovito in varno delovanje ter večjo biološko uporabnost (biološka uporabnost je opredeljena kot delež zdravila, ki preide iz mesta aplikacije v sistemski krvni obtok).

Problem nastane pri povišani temperaturi. Takrat lahko pride do povečanega nastajanje agregatov (skupkov molekul inzulina) in fibrilov (slika spodaj). Fibrili so daljši nepravilno povezani skupki molekul inzulina in nastajajo pri višjih temperaturah. Takšne spremembe zmanjšajo učinkovitost inzulina, saj se fibrili in agregati ne morejo absorbirati v sistemski krvni obtok in vezati na inzulinski receptor, kjer je dovolj prostora zgolj za eno molekulo inzulina in ne za cel skupek, posledično je učinkovitost zdravila manjša (4, 5).

Nastanek fibrilov. Sprva se posamezne molekule inzulina (monomerji) združijo v oligomerje. Sledi tvorba protofibrilov (predhodnik končnega fibrila) iz več oligomerov in v zadnjem koraku pride do nastanka fibrilov, ki so za telo neuporabni, saj se ne morejo vezati na inzulinski receptor.

Povišani temperaturi je inzulin izpostavljen tudi takrat, kadar se nahaja v inzulinski črpalki, saj telo oddaja toploto. Proizvajalci morajo zato dokazati, da je inzulin stabilen pri 37 °C dovolj časa, da ne pride do izgube učinkovitosti delovanja inzulina tekom uporabe v črpalki.

Pomembno pa je poudariti, da na stabilnost ne vpliva le temperatura sama, ampak tudi trajanje izpostavljenosti povišani temperaturi in ponavljajoča se temperaturna nihanja. Tudi zamrzovanje je škodljivo, zato inzulina ne smemo izpostavljati temperaturam pod lediščem.

Splošno pravilo je, da neodprt inzulin shranjujemo v hladilniku pri temperaturi 2–8 °C in ga zaščitimo pred svetlobo. Pri številnih inzulinih velja, da se po prvem odprtju ali začetku uporabe lahko hranijo pri sobni temperaturi, navadno do 25–30 °C, in sicer omejen čas, najpogosteje približno 28 dni, odvisno od posameznega zdravila.

Izpostavljenost svetlobi

Eden izmed manj očitnih vzrokov, ki povzročijo razpadanje inzulina, je izpostavljenost svetlobi. Omenili smo, da ima inzulin dve verigi, ki sta medsebojno povezani z dvema disulfidnima mostičkoma (kemijska vez, ki vsebuje dva atoma žvepla (S)). Ta mostiček je dovzeten za razpad, kadar je izpostavljen svetlobi. Vzrok za cepitev prav tega mostička in ne ostalih dveh je prisotnost aminokisline tirozin (Tyr) v verigi A. Tirozin absorbira UV svetlobo pri tem prenese elektron na disulfidni mostiček, ki postane nestabilen in razpade. Tako razpadla molekula inzulina ne more več opravljati svoje vloge. Inzulin moramo zato vedno shranjevati v zunanji ovojnini, da preprečimo izpostavljenost svetlobi (6).

Mehanski stres

Inzulin je eno izmed redkih zdravil, ki ga moramo imeti neprenehno s seboj. Prav zaradi tega je inzulin neprestano izpostavljen mehanskim stresom. Izpostavljenost se začne že med transportom do lekarne, dodaten stres pa predstavlja naše vsakodnevno gibanje.

Znanstveniki so zato pričeli raziskovati kako to vpliva na stabilnost inzulina (7). Ugotovili so, da tresenje, kateremu je inzulin izpostavljen med hojo, tekom ali med transportom do lekarne ni zadosten, da bi povzročil nestabilnost inzulina in privedel do nastanka fibrilov. Nikoli pa ne smemo namerno stresati inzulina, saj namerno intenzivno stresanje lahko povzroči nastanek fibrilov in s tem zmanjša učinkovitost inzulina.

Inzulina ne izpostavljajmo toploti, svetlobi in tresljajem

Na stabilnost inzulina lahko vpliva več dejavnikov, pomembno je, da nadzorujemo predvsem tiste katere lahko (temperatura, izpostavljenost svetlobi, tresenje) in tako ohranjamo kakovost inzulina.

Viri

1. Patološka fiziologija: učbenik za študente farmacije. Vol. 2019. Medicinska fakulteta, Inštitut za patološko fiziologijo.

2. Yang Y, Shahinozzaman M, Shin H, Bupp S, Sourbier C. Impact of structure and formulation changes on the function of insulin products. Front Endocrinol (Lausanne). 2025;16:1601119.

3. Fukunaka A, Fujitani Y. Role of Zinc Homeostasis in the Pathogenesis of Diabetes and Obesity. IJMS. 2018 Feb 6;19(2):476.

4. Richter B, Bongaerts B, Metzendorf MI. Thermal stability and storage of human insulin. Cochrane Database Syst Rev. 2023 Nov 6;11(11):CD015385.

5. Mascitelli A, Tumini S, Chiacchiaretta P, Aruffo E, Sacrini L, Saltarelli MA, et al. Effect of Atmospheric Temperature Variations on Glycemic Patterns of Patients with Type 1 Diabetes: Analysis as a Function of Different Therapeutic Treatments. Int J Environ Res Public Health. 2025 Dec 11;22(12):1850.

6. Mozziconacci O, Haywood J, Gorman EM, Munson E, Schöneich C. Photolysis of recombinant human insulin in the solid state: formation of a dithiohemiacetal product at the C-terminal disulfide bond. Pharm Res. 2012 Jan;29(1):121–33.

7. Kim M, Chikkaveeraiah BV, Maniar D, Roelofs B, Ramaswamy M, Abbineni G, et al. Failure Mode Identification of Insulin Drug Products - Impact of Relevant Stress Conditions on the Quality of the Drug. J Pharm Sci. 2022 Sept;111(9):2451–7.