Produire de l’insuline (1)
Apprendre à produire une insuline pure et efficace de façon constante, sécuritaire et abordable, à grande échelle, était un immense défi biotechnologique au début des années 1920. La découverte de l’insuline pour contrôler de manière efficace et sécuritaire les effets du diabète de type 1 chez Leonard Thompson au moyen d’un extrait pancréatique élaboré dans le petit laboratoire du Dr J. Bertram Collip n’est en fait que le premier chapitre de l’histoire du développement de ce traitement. Leonard aura besoin d’injections de cet extrait pour le reste de ses jours, comme tout autre malade atteint du diabète de type 1. Mais s’il n’est pas possible de produire une insuline pure, efficace et abordable à grande échelle, l’utilité de cette découverte est vouée à rester très limitée.
Le 25 janvier 1922, la conclusion d’une entente entre les laboratoires d’antitoxines Connaught de l’Université de Toronto et l’équipe qui a fait la découverte, formée de Banting, Best, Collip et Macleod, est particulièrement enthousiasmante pour Collip. Ce jour-là, peu après avoir signé cette entente prometteuse, Collip écrit au président de l’Université de l’Alberta, le Dr H.M. Tory. Il lui explique qu’il a finalement découvert une méthode pour isoler une substance sécrétée par le pancréas le 19 janvier. Après avoir testé l’extrait dans un cadre clinique (sur Leonard Thompson), les résultats sont si encourageants que [TRADUCTION] « 5 000 $ ont été mis à notre disposition pour acquérir les appareils, engager quatre assistants, etc. afin d’accélérer les travaux au cours des quatre prochains mois dans le but de produire des données cliniques établissant la valeur ou l’inutilité de cette substance pour traiter le diabète chez l’être humain », écrit Collip.
Charles Best est également très enthousiaste. Même avant que les premiers essais sur l’être humain ne soient effectués, il est nommé directeur de la production de l’extrait pancréatique chez Connaught, le 1er janvier 1922, un poste lui garantissant un salaire de 2 000 $ par année. Cette nomination vise également à soutenir sa maîtrise, qui porte sur les tests de quotient respiratoire métabolique et qu’il mène en collaboration avec le Dr John Hepburn; elle s’intitule « le rôle des extraits pancréatiques dans l’utilisation des hydrates de carbone par les animaux diabétiques ». Cependant, en janvier et février, Best consacre la majeure partie de son temps à [TRADUCTION] « superviser le prélèvement et la concentration initiale de matériel, qui doit ensuite est remis au Dr Collip, chargé de compléter les opérations. »
Le travail initial d’extraction chez Connaught a lieu dans une pièce au sous-sol de l’aile sud de l’édifice médical. [TRADUCTION] « Nous disposons maintenant d’un nouveau laboratoire, assez bien équipé, écrit Best, le 12 février, dans une lettre à son père, le Dr H.H. Best. Nous avons commencé les travaux hier après-midi, mais l’un des distillateurs a explosé au premier essai, alors nous devons à nouveau suspendre nos activités temporairement. » Les débuts sont décourageants, d’autant que les chercheurs apprennent que le Dr Allen à New York et le Dr L.F. Barker à la Johns Hopkins University travaillent également à isoler l’extrait pancréatique. [TRADUCTION] « Nous devons faire vite pour rester en tête, explique Best à son père. J’espère que l’on parviendra à faire fonctionner nos distillateurs très bientôt. » Il ajoute, « nous ne travaillons pas toute la nuit, pour l’instant, mais les journées commencent à 9 h et se terminent très souvent à 23 h. »
La méthode initiale de production de l’extrait pancréatique consiste à appliquer la technique de purification en laboratoire de Collip sur de plus forts volumes. À partir de pancréas de bœuf fraîchement émincé, on produit l’extrait en suivant une série d’étapes. Premièrement, l’ajout d’alcool, ensuite, la filtration, la concentration et la centrifugation (mouvement circulaire à grande vitesse visant à séparer les composantes de la solution). Collip avait découvert que le principe actif (c’est-à-dire, les sécrétions internes) se retrouvait entièrement dans l’alcool, qui formait la couche supérieure observée dans l’éprouvette de la centrifugeuse. Cette solution d’alcool était alors retirée de l’éprouvette et versée dans plusieurs volumes d’alcool à 95 % ou absolu, mais le principe actif était pratiquement insoluble dans cette concentration d’alcool. Le précipité alors obtenu était extrait par filtration, ensuite dissous dans de l’eau distillée et concentré afin de retirer toute trace d’alcool et d’obtenir la concentration souhaitée de l’ingrédient actif.
Sous la direction de Collip, cette méthode, appliquée à une production à petite échelle, fonctionne bien pendant les premières semaines. Cependant, à partir de la mi‑février, lorsque Collip procède à des expériences à plus grande échelle, c’est l’échec. Et comble de frustration, il devient alors impossible pour Collip de reproduire ses premiers résultats, même à petite échelle. Il ne parvient plus à produire d’extrait pour les premiers patients diabétiques, incluant Leonard Thompson, qui est renvoyé chez lui et doit reprendre son régime alimentaire strict. En effet, malgré les efforts titanesques de Collip et de son équipe, il y aura une pénurie d’extrait pancréatique pendant environ deux mois.
Banting croit, à tort, que cette situation est attribuable à la volonté de Collip de garder le secret sur son processus et, par conséquent, à son incapacité à tenir soigneusement ses dossiers à jour. Mais pour Collip, cette crise se révèle très éprouvante : il passe de l’euphorie de la découverte à la mi-janvier au plus sombre désespoir, un mois plus tard. En outre, la suspension soudaine de la production entraîne une rupture dans ses relations avec Banting. Il passe de longues heures dans son laboratoire pour tenter de recréer le processus de production de l’extrait. Pour ajouter à ses malheurs, sa famille contracte l’influenza. Collip n’est certainement pas le premier biochimiste à connaître ce type d’échec en tentant d’extraire une substance inconnue avec des équipements aussi rudimentaires et peu fiables. Mais Banting est convaincu que les méthodes de tenue de dossiers de Collip sont moins rigoureuses que les siennes et se montre moins compréhensif face à la détresse de son collègue.
Alors que la pénurie se prolonge pendant tout le mois de mars, Banting combat ses propres sentiments de désespoir, de frustration et d’isolement, non seulement par rapport à Collip, mais également à Macleod et Best, qui s’attachent tous à régler le problème de production. Banting a l’impression de jouer un rôle mineur dans cette crise, et ne peut pas non plus traiter de patients diabétiques – il est encore interdit de pratique à la clinique du diabète de l’hôpital général de Toronto – avec les quelques rares extraits sur lesquels il peut mettre la main, d’une efficacité d’ailleurs douteuse. En fait, ces extraits entraîneront la mort d’une jeune fille, qui est une amie de Best. Elle avait sombré dans le coma, pour ensuite en ressortir, mais est finalement décédée après l’interruption des injections en raison de la pénurie.
Cependant, Best parvient à redonner espoir à Banting. Le 31 mars, il rend visite
à Banting dans la pension où il habite et le trouve déprimé et en état d’ébriété. Pendant tout le mois de mars, Banting doit s’abrutir d’alcool pour trouver le sommeil et oublier ses problèmes. Frustré et impatient devant l’attitude de Banting, Best lui dit sa façon de penser. Il rappelle également à Banting la situation au laboratoire et la possibilité pour les deux collègues de travailler à nouveau ensemble afin de produire un extrait efficace. Mais Banting n’est pas intéressé. Il est indifférent aux propositions de Best et lui fait part de son intention de terminer son mandat d’enseignement, de quitter Toronto et de trouver une bonne pension.
Comme se rappellera Banting plus tard, [TRADUCTION] « Best a alors probablement dit la seule chose qui pouvait me faire changer d’avis. »
« Et alors, qu’advient-il de moi maintenant? », lui demande Best.
Banting répond, « Ton ami Macleod s’occupera de toi. »
« Si toi tu pars, je pars aussi », lui répond Best.
Après un moment de silence, comme le racontera plus tard Banting, [TRADUCTION] « J’ai repensé à l’euphorie des premières expériences que nous avons réalisées ensemble. Voilà ce qu’on appelle la loyauté. J’ai vidé mon verre et me suis engagé à ne plus toucher une goutte d’alcool tant que l’insuline ne circulerait pas dans les veines des diabétiques. « Et maintenant, serrons-nous la main pour sceller cette entente Charley. Nous commençons demain matin à neuf heures, là où nous avions interrompu nos travaux ». Best était radieux. Nous nous sommes alors installés pour planifier nos prochaines expériences, comme nous l’avions fait des centaines de fois auparavant. »
Selon Banting, le retour au laboratoire, pendant les quelques mois suivants, fut éprouvant. Les deux collègues travaillent jour et nuit dans la salle d’extraction pancréatique de Connaught. [TRADUCTION] « L’horaire, les repas, le sommeil, c’étaient là des considérations bien secondaires. Nous devions produire une insuline suffisamment pure pour poursuivre le traitement des malades. Mais cette fois-ci, l’atmosphère était différente. Nous étions heureux. Je dois accorder tout le mérite de cette phase du développement à Best. C’est lui, plus que tout autre, qui a réussi à combler l’écart entre l’éprouvette, le bécher et une production à plus grande échelle. »
Un personnage clé se joint à l’équipe des laboratoires Connaught pour s’attaquer au problème de la production d’extrait pancréatique. Il s’agit du chimiste David A. Scott. « Scotty », comme on l’appelle affectueusement, est un homme discret, modeste et sympathique, essentiellement à l’aise dans son laboratoire et en compagnie d’autres scientifiques. Il manifeste une aptitude marquée pour les mathématiques et les sciences dès son jeune âge et, à partir de 1914, il décide de poursuivre sa passion à l’Université de Toronto, où il se spécialise en chimie et en minéralogie. La Première Guerre mondiale interrompt ses études en 1917, mais il utilise ses compétences pour produire de l’acétone dans une usine d’explosifs. Après l’obtention de son diplôme en 1920, Scott travaille comme chimiste dans une usine de papier et s’inscrit ensuite à l’Université Queen pour poursuivre ses recherches pour l’industrie du papier. Au printemps de 1922, Scott reçoit une lettre du directeur de Connaught, le Dr J.G. FitzGerald, l’invitant à venir travailler dans leurs laboratoires. Les compétences et l’expérience de Scott, surtout en lien avec l’acétone, paraissent idéales pour trouver une méthode de production de l’insuline à grande échelle. Il travaillera étroitement avec Best.
En avril et au début de mai, Banting, Best, Macleod et Collip travaillent de longues heures ensemble, et bénéficient d’une aide considérable de Scott, pour restaurer l’approvisionnement. Rapidement, ils se rendent compte que le problème réside dans les variables de chauffage et de pression d’eau auxquelles l’extrait est exposé pendant le processus d’évaporation de l’alcool. On constate également des écarts importants liés à la pression de l’eau injectée dans les pompes à vide. Par conséquent, l’augmentation de la chaleur semble neutraliser certaines des protéines de la solution, produisant ainsi un extrait moins efficace et concentré. La meilleure stratégie pour restaurer la production, comme le propose Macleod, serait de réutiliser un courant d’air chaud pour évaporer l’alcool, plutôt qu’une pompe à vide et, suivant la suggestion de Scott, d’utiliser de l’acétone comme solution plutôt que de l’alcool pendant la majeure partie du processus d’extraction.
La nouvelle méthode combine des éléments de la méthode originale de Banting et Best, avec l’apport de Collip, mais elle commence toujours par du pancréas de bœuf émincé auquel on ajoute un volume égal d’acétone à 95 %, ainsi qu’une petite quantité d’acide formique ou acétique à 0,1 %. Le mélange pancréas-acétone repose plusieurs heures et est ensuite filtré. Le filtrat qui en résulte est versé dans une série de plateaux émaillés de 500 cc, qui sont ensuite disposés dans une enceinte tubulaire où l’on fait circuler de l’air chaud. Après une heure d’évaporation, il ne reste plus que 50 cc des 500 cc du départ, et la température du liquide ne dépasse jamais 35°C. Le résidu est retiré de chaque plateau, refroidi à une température de 0°C et ensuite filtré à nouveau. Cette étape permet d’enlever toute matière grasse du mélange. Le filtrat ainsi obtenu est traité avec de l’alcool éthylique à 95 %, jusqu’à ce que l’on atteigne une concentration de 80 %. Ce mélange est ensuite filtré et le filtrat est ajouté à au moins 5 volumes d’alcool à 95 % (un alcool à 5 % dans une solution d’eau). On attend que le précipité se dépose au fond de la solution d’alcool, sur une période de 24 à 48 heures. L’alcool est alors décanté, le précipité est dissous dans de l’eau distillée et toute trace restante d’alcool est éliminée par distillation à vide. Les sécrétions internes se trouvent en fait dans ce précipité. Ce dernier, en suspension dans la solution d’eau distillée, est prêt à être testé et utilisé.
Même si des progrès considérables ont été réalisés pour restaurer la production, essentiellement par Best, le 10 mai, l’esprit d’équipe du groupe semble s’essouffler, du moins en ce qui concerne Collip. Comme le souligne Best ce jour-là dans une lettre à son père : [TRADUCTION] « J’aurai une foule de choses à te raconter sur notre travail lorsque je te verrai. Nous avons connu beaucoup de problèmes, des disputes, etc. mais il faut continuer. Collip ne joue pas fair-play. Il était responsable de produire l’extrait. Banting et moi nous occupions des aspects cliniques et physiologiques, respectivement. Collip a été mis à la porte hier et je suis maintenant responsable de fabriquer l’extrait. C’est énormément de travail, de longues heures, etc. mais j’espère que l’on parviendra à normaliser le processus avant le mois de juillet. »
On ne sait pas exactement ce qui s’est passé pour que l’équipe demande à Collip de partir. Il savait que son congé sabbatique à l’Université de Toronto prenait fin à la fin de mai et prévoyait retourner à Edmonton pour occuper le poste de chef du département de physiologie à l’Université de l’Alberta. Peut-être que les tensions avec Banting se sont intensifiées, et de toute façon, Collip était plus à l’aise seul dans son laboratoire.
À partir du 10 mai, Best doit s’occuper de tous les aspects du développement, de la purification et de la production d’insuline chez Connaught. Best obtient le soutien indéfectible de FitzGerald et du directeur adjoint de Connaught, le Dr Robert D. Defries. En plus de Scott, Best peut également compter sur les techniciens Jessie Ridout et Arthur Wall, et sur l’expertise scientifique additionnelle de deux chimistes, Donald Fraser et Peter J. Moloney. À partir de ce moment, le groupe commence à utiliser le terme « insuline », à la suggestion de Macleod, qui s’inspire de la racine latine du mot « île ».
Moloney est le premier chercheur chimiste de Connaught, recruté à l’origine par FitzGerald en 1919 pour améliorer le processus de purification de l’antitoxine diphtérique. Avant que les testeurs pH ne soient inventés (le premier sera créé en 1934), Moloney utilisait une électrode d’hydrogène à action rapide de son invention (appelée « l’électrode Moloney ») conçue pour mesurer de manière plus exacte et rapide l’acidité des cultures bactériennes utilisées dans la production d’antitoxines et de vaccins. L’électrode Moloney s’est également révélée efficace pour mesurer les niveaux de pH (mesures de l’acidité ou de l’alcalinité d’une substance) lors des processus de production et de purification de l’insuline.
Moloney n’a pas pris part aux travaux initiaux de Connaught sur la production d’insuline, mais il en a été témoin. Sa première collaboration directe arrive par accident, lorsqu’il entend une explosion provenant du laboratoire utilisé pour produire les concentrations d’insuline à base d’acétone. Une bouteille d’acide picrique était tombée d’une tablette du laboratoire. Il évoquera plus tard une « formidable explosion ». La déflagration aurait pu être bien plus grave, détruire le laboratoire et déclencher un incendie majeur. Mais heureusement pour Moloney et le laboratoire, l’explosion se limite à une seule une petite parcelle sèche d’acide picrique. Elle était restée coincée entre une bouteille de verre à bouchon de liège et une autre bouteille contenant un demi-kilo de l’acide séché.
Les événements se précipitent sur plusieurs fronts pendant le reste du mois de mai, alors que la production d’insuline chez Connaught reprend et augmente progressivement. Banting peut finalement administrer de l’insuline aux patients diabétiques dans ses nouveaux bureaux, au 160 Bloor Street Ouest, à Toronto, mais également à la nouvelle clinique du diabète dont il est nommé directeur, au Christie Street Military Hospital de Toronto (supervisé par le ministère du Rétablissement civil des soldats du gouvernement canadien). Le Dr Joe Gilchrist, un ami de Banting qui était diabétique et avait reçu une version inactive de l’extrait en décembre 1921, est à la fois médecin à la clinique et patient : en effet, il teste chaque nouveau lot sur lui-même, après les tests effectués sur des lapins.
Une entente, orchestrée par Macleod, Banting et Duncan Graham, de l’hôpital général de Toronto, est ensuite conclue avec Connaught pour la distribution d’insuline à usage clinique. Banting se réserve un tiers des approvisionnements pour sa pratique privée. Un autre tiers est fourni à la clinique de la rue Christie, et le reste sera réparti entre l’hôpital général de Toronto et le Hospital for Sick Children. Macleod, surtout après son excellente présentation du 3 mai au sujet des travaux réalisés à Toronto lors d’une grande conférence à Washington D.C., sert d’intermédiaire entre Banting et les spécialistes américains du diabète qui s’intéressent à l’extrait. Un de ces spécialistes, provenant de Rochester, dans l’État de New York, sera le premier à utiliser l’insuline aux États-Unis pour soigner Jim Havens, le fils de 22 ans du vice-président de la compagnie Eastman Kodak, qui est dans un état grave. Ce médecin appelle Banting, qui demande à Connaught de lui envoyer des doses d’insuline le 21 mai. Le 26 mai, Banting rencontre le médecin de Haven pour lui remettre d’autres doses et discuter du cas du patient.
Cependant, la production d’insuline de Connaught demeure limitée et les efforts déployés par Best et son équipe pour accroître la production entraînent des problèmes techniques inattendus. Ils ont besoin d’aide pour étendre l’usage clinique de l’insuline, surtout aux États-Unis, et pour se préparer à une production commerciale visant à répondre à une demande mondiale.
La présentation du 3 mai de Macleod à Washington est suivie par une réunion avec le Dr George H.A. Clowes, directeur de la recherche chez Eli Lilly & Co. d’Indianapolis. Il avait suivi de près les travaux effectués à Toronto, surtout après la présentation de Banting à New Haven, le 30 décembre 1921. Impressionné, Clowes offre à Banting et Macleod une collaboration entre Eli Lilly et l’Université de Toronto afin de produire l’extrait pancréatique. Macleod apprécie cette offre, mais il hésite à travailler avec une compagnie pharmaceutique. Cependant, la situation sera fort différente en mai. Comme Clowes le note dans une lettre à Macleod datée du 11 mai, sa présentation à Washington a suscité un immense intérêt aux États-Unis et Lilly est impatiente de reproduire les résultats de Connaught. Clowes est invité à Toronto le 22 mai, avec d’autres membres du personnel de Lilly, incluant un chimiste, un avocat spécialiste des brevets et le vice-président de la compagnie, M. Eli Lilly lui-même. Après quelques jours de rencontres, l’Université de Toronto et ses laboratoires Connaught acceptent de former un partenariat binational avec Eli Lilly, facilitant ainsi les prochaines étapes critiques du développement de l’insuline.
