诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学,有哪些信息值得关注?******
相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷,今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。
你或身边人正在用的某些药物,很有可能就来自他们的贡献。
2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯(第5位两次获得诺贝尔奖的科学家)。
一、夏普莱斯:两次获得诺贝尔化学奖
2001年,巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖,对药物合成(以及香料等领域)做出了巨大贡献。
今年,他第二次获奖的「点击化学」,同样与药物合成有关。
1998年,已经是手性催化领军人物的夏普莱斯,发现了传统生物药物合成的一个弊端。
过去200年,人们主要在自然界植物、动物,以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分,然后尽可能地人工构建相同分子,以用作药物。
虽然相关药物的工业化,让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂,人工构建的难度也在指数级地上升。
虽然有的化学家,的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子,但要实现工业化几乎不可能。
有机催化是一个复杂的过程,涉及到诸多的步骤。
任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中,必须不断耗费成本去去除这些副产品。
不仅成本高,这还是一个极其费时的过程,甚至最后可能还得不到理想的产物。
为了解决这些问题,夏普莱斯凭借过人智慧,提出了「点击化学(Click chemistry)」的概念[4]。
点击化学的确定也并非一蹴而就的,经过三年的沉淀,到了2001年,获得诺奖的这一年,夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。
点击化学又被称为“链接化学”,实质上是通过链接各种小分子,来合成复杂的大分子。
夏普莱斯之所以有这样的构想,其实也是来自大自然的启发。
大自然就像一个有着神奇能力的化学家,它通过少数的单体小构件,合成丰富多样的复杂化合物。
大自然创造分子的多样性是远远超过人类的,她总是会用一些精巧的催化剂,利用复杂的反应完成合成过程,人类的技术比起来,实在是太粗糙简单了。
大自然的一些催化过程,人类几乎是不可能完成的。
一些药物研发,到了最后却破产了,恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。
夏普莱斯不禁在想,既然大自然创造的难度,人类无法逾越,为什么不还给大自然,我们跳过这个步骤呢?
大自然有的是不需要从头构建C-C键,以及不需要重组起始材料和中间体。
在对大型化合物做加法时,这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的,找到一个办法把它们拼接起来,同样可以构建复杂的化合物。
其实这种方法,就像搭积木或搭乐高一样,先组装好固定的模块(甚至点击化学可能不需要自己组装模块,直接用大自然现成的),然后再想一个方法把模块拼接起来。
诺贝尔平台给三位化学家的配图,可谓是形象生动[5] [6]:
夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发,构想出了碳-杂原子键(C-X-C)为基础的合成方法。
他的最终目标,是开发一套能不断扩展的模块,这些模块具有高选择性,在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。
「点击化学」的工作,建立在严格的实验标准上:
反应必须是模块化,应用范围广泛
具有非常高的产量
仅生成无害的副产品
反应有很强的立体选择性
反应条件简单(理想情况下,应该对氧气和水不敏感)
原料和试剂易于获得
不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水),且容易移除
可简单分离,或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法,且产物在生理条件下稳定
反应需高热力学驱动力(>84kJ/mol)
符合原子经济
夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子,并在2002年的一篇论文[7]中指出,叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应,化学家可以利用这个反应,轻松地连接不同的分子。
他认为这个反应的潜力是巨大的,可在医药领域发挥巨大作用。
二、梅尔达尔:筛选可用药物
夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐,在他发表这篇论文的这一年,另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。
他就是莫滕·梅尔达尔。
梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前,其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上,走得很深的一位科学家。
为了寻找潜在药物及相关方法,他构建了巨大的分子库,囊括了数十万种不同的化合物。
他日积月累地不断筛选,意图筛选出可用的药物。
在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时,发生了意外,炔与酰基卤化物分子的错误端(叠氮)发生了反应,成了一个环状结构——三唑。
三唑是各类药品、染料,以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发,生产三唑的过程中,总是会产生大量的副产品。而这个意外过程,在铜离子的控制下,竟然没有副产品产生。
2002年,梅尔达尔发表了相关论文。
夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇,并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应(Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition),成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。
三、贝尔托齐西:把点击化学运用在人体内
不过,把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。
虽然诺奖三人平分,但不难发现,卡罗琳·贝尔托西排在首位,在“点击化学”构图中,她也在C位。
诺贝尔化学奖颁奖时,也提到,她把点击化学带到了一个新的维度。
她解决了一个十分关键的问题,把“点击化学”运用到人体之内,这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。
这便是所谓的生物正交反应,即活细胞化学修饰,在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。
卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门,其实最开始也和“点击化学”无关。
20世纪90年代,随着分子生物学的爆发式发展,基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。
然而位于蛋白质和细胞表面,发挥着重要作用的聚糖,在当时却没有工具用来分析。
当时,卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱,但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。
后来,受到一位德国科学家的启发,她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。
由于要在人体中反应且不影响人体,所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感,不与细胞内的任何其他物质发生反应。
经过翻阅大量文献,卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。
巧合是,这个最佳化学手柄,正是一种叠氮化物,点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来,便可以很好地分析聚糖的结构。
虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的,但她依旧不满意,因为叠氮化物的反应速度很不够理想。
就在这时,她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。
她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度,但铜离子对生物体却有很大毒性,她必须想到一个没有铜离子参与,还能加快反应速度的方式。
大量翻阅文献后,贝尔托西惊讶地发现,早在1961年,就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后,与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。
2004年,她正式确立无铜点击化学反应(又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成),由此成为点击化学的重大里程碑事件。
贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱,更是运用到了肿瘤领域。
在肿瘤的表面会形成聚糖,从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应,发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后,会靶向破坏肿瘤聚糖,从而激活人体免疫保护。
目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。
不难发现,虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译,看起来很晦涩难懂,但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接,一个是可以直接在人体内的运用。
「 点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域,或许对人类未来还有更加深远的影响。(宋云江)
参考
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/
Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116.
Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387.
Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021.
https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf
https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf
Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613.
国家药监局公布第四批药品安全专项整治典型案例******
中新网1月16日电 据国家药监局官网16日消息,2022年年初以来,国家药监局以严查违法、严控风险为主线,在全国范围内组织开展药品安全专项整治行动。各地药品监管部门持续加大监管执法力度,严厉打击危害药品安全违法行为,查处了一批违法违规案件,切实维护人民群众身体健康和用药安全。现公布第四批药品安全专项整治典型案例。
一、铁岭经济开发区程浩氧气厂从事药品生产活动未遵守药品生产质量管理规范案
【案情简介】2022年3月,辽宁省药品监督管理局在日常监督检查中发现,铁岭经济开发区程浩氧气厂存在严重违反《药品生产质量管理规范》的行为。经查,该公司质量管理体系不健全,存在未按照规程生产、检查、检验、复核等行为,且企业负责人、生产管理负责人、质量受权人未能履行相应管理职责。该公司上述行为违反了《药品管理法》第四十三条第一款、《药品生产监督管理办法》第六十九条第六项规定。2022年8月,辽宁省药品监督管理局依据《药品管理法》第一百二十六条以及《辽宁省药监局行政处罚裁量权适用规定》第四条、第六条和第九条规定,对该公司处以责令停产停业整顿,罚款10万元的行政处罚,并对该公司法定代表人、生产管理负责人和质量受权人分别处以没收违法行为发生期间自本单位所获收入、罚款的行政处罚。
【典型意义】氧气是人体进行新陈代谢的关键物质,医用氧在临床上主要用于缺氧的病人吸氧,尤其是在急救状态下,高纯氧可以用来挽救患者生命。我国对医用氧的生产管理、质量控制、贮存、放行有严格要求。本案中,企业关键人员未能履行相应管理职责,企业未遵守《药品生产质量管理规范》组织生产,产品质量难以保证,对公众用药安全有效带来潜在隐患。药品监管部门认真落实“双罚制”要求,在对企业依法查处的同时,对企业相关责任人员依法作出相应行政处罚,对督促企业落实主体责任和压实相关从业人员岗位责任具有重要意义。
二、魏某涛非法收购药品案
【案情简介】2021年12月,北京市丰台区市场监督管理局与北京市公安局丰台分局联合检查,发现魏某涛未取得《药品经营许可证》,通过现金交易、当场结算的形式在丰台区周边从个人处收购尿毒清颗粒、阿卡波糖片等药品。魏某涛上述行为违反了《药品流通监督管理办法》第二十二条规定。2022年8月,北京市丰台区市场监督管理局依据《药品管理法》第一百一十五条、《北京市药监局行政处罚裁量权适用规定(试行)》第十七条第一项、第四项以及《北京市药品监管行政处罚裁量基准(试行)》第一百五十二条第三款规定,对当事人处以没收涉案药品、罚款160万元的行政处罚。
【典型意义】我国对药品经营活动实行严格的许可制度,且禁止非法收购药品。本案中,不法分子利用收购的医保药品与正常销售药品间的差价,拟从中获得高额利润,不仅严重扰乱了药品经营秩序,而且非法收购的药品脱离正规管理,药品储存条件无法保障,相关药品再流通到患者手中,对公众用药安全带来极大隐患。药品监管部门依法严厉查处,对有效遏制相关违法活动具有积极的示范作用,有利于规范药品流通秩序,切实保障人民群众用药安全。
三、济宁市世安堂医药连锁有限公司康健店销售假药案
【案情简介】2021年,山东省济宁市市场监督管理局与曲阜市市场监督管理局联合对曲阜市辖区内的济宁市世安堂医药连锁有限公司康健店进行检查并抽样检验,发现该店销售的标称为“特效筋骨痛”“痛除根”等药品中含有双氯芬酸钠等成份,认定为假药。曲阜市市场监督管理局将该案件移送曲阜市公安局立案侦查。2022年6月,山东省曲阜市人民法院判决该店负责人犯销售假药罪,判处拘役并处罚金。2022年10月,济宁市市场监督管理局依据《药品管理法》第一百一十六条、第一百一十八条等规定,对该店处以吊销《药品经营许可证》的行政处罚,对该店负责人处以终身禁止从事药品生产经营活动的行政处罚。
【典型意义】药品作为治病救人的特殊商品,质量安全直接关系公众身体健康和生命安全,必须严防严管严控药品安全风险,坚决防范杜绝假劣药对人民群众生命健康造成损害。本案当事人销售假药,社会危害极大。司法机关依法对有关责任人员判处拘役并处罚金,药品监管部门依法对当事人作出吊销许可、对相关责任人作出禁业的行政处罚,体现了坚决落实药品安全“四个最严”要求的决心。本案系药品监管部门与公安司法部门行刑联动的典型案例,体现了行政部门与公安司法部门信息互通、密切协作的良好工作机制,体现了行刑衔接的高效执法合力,对各级药品监管部门、公安司法部门信息共享、联合打击违法违规行为,具有借鉴意义。
四、广州达美康医疗器械有限公司未履行注册代理人义务案
【案情简介】根据国家药监局交办的案件线索,2022年6月,广东省药品监督管理局对广州达美康医疗器械有限公司涉嫌未履行境外医疗器械注册代理人义务的有关情况予以立案调查。经查,当事人作为医疗器械的进口注册代理人,在协助注册人向国家药监局办理进口医疗器械注册申请过程中,未履行告知注册人需补充提交生产地址变更的ISO证书、产品标签和真实性声明等文件的公证函的义务,当事人的注册专员尹某某擅自通过图片编辑软件伪造虚假公证函提交国家药监局作为注册补正材料。2021年11月,当事人已协助注册人申请撤回涉案医疗器械注册申请。
当事人的上述行为,违反《医疗器械监督管理条例》(国务院令第739号)第十四条第四款、第二十条第一款第五项、第二款规定。2022年8月,广东省药品监督管理局依据《医疗器械监督管理条例》(国务院令第739号)第九十八条第一款规定,责令当事人改正上述违法行为,对当事人处以罚款12万元的行政处罚,对其责任人尹某某处以5年内禁止从事医疗器械生产经营活动的行政处罚。
【典型意义】医疗器械注册申请人应当确保提交的资料合法、真实、准确、完整和可追溯。境外申请人应当指定中国境内的企业法人作为代理人,办理相关医疗器械注册事项。代理人应当依法协助注册人履行法定义务,并协助境外注册人落实相应法律责任。药品安全专项整治行动开展以来,各级药品监管部门严厉打击医疗器械注册备案造假行为,本案为成功查处的首起涉及医疗器械代理人的医疗器械注册资料造假案件。广东省药品监督管理局给予当事人罚款、责任人员5年内禁止从事医疗器械生产经营活动的行政处罚,依法追究当事人法律责任,严格落实违法行为处罚到人要求,形成强有力震慑,有利于规范医疗器械注册行为,保障医疗器械安全、有效。
五、宁波精博康复辅具有限公司未经许可生产未依法注册的第二类医疗器械案
【案情简介】2022年3月4日,浙江省宁波市市场监督管理局对宁波精博康复辅具有限公司进行检查。经查,当事人涉嫌未经许可生产未依法注册的脊柱侧弯矫形器,涉案货值金额26.4万元,违法所得26.4万元。当事人未经许可生产未依法注册的第二类医疗器械的行为,违反了《医疗器械监督管理条例》(国务院令第739号)第十六条第一款、第三十二条第一款规定。2022年8月3日,宁波市市场监督管理局依据《医疗器械监督管理条例》(国务院令第739号)第八十一条第一款第一项、第二项和《关于规范市场监督管理行政处罚裁量权的指导意见》(国市监法〔2019〕244号)规定,决定给予当事人减轻处罚,处以没收违法所得26.4万元,罚款132万元的行政处罚。
【典型意义】随着经济社会的发展,康复治疗成为医疗领域新的增长点。青少年特发性脊柱侧弯多发高发,其治疗过程、所使用医疗器械的合法性也成为人民群众关注的热点。监管部门在案件查办期间深入了解脊柱侧弯的成因、诊断要点、治疗方法、影像学特征,并利用技术方法从PACS系统中提取患者的放射影像电子数据,找准案件办理的突破方向,从而揭开医疗康复领域无证生产未依法注册医疗器械并侵害患者权益的潜规则。该案的办理彰显了药品监管部门针对新的医疗器械违法行为进行重点突破和攻坚克难的决心,维护了医疗器械生产、使用秩序,有力保障了公众用械安全。
六、苏州威视健医疗仪器设备进出口有限公司经营未经注册的第三类医疗器械及无中文说明书、标签医疗器械案
【案情简介】2022年6月,江苏省苏州市姑苏区市场监督管理局执法人员根据协查线索,对苏州威视健医疗仪器设备进出口有限公司进行检查。经查,当事人涉嫌经营未经注册的进口眼内照明探头等医疗器械及无中文说明书、标签的超乳波切一体机,涉案货值金额20988.73元。当事人经营未经注册的第三类医疗器械及无中文说明书、标签医疗器械的行为违反了《医疗器械监督管理条例》(国务院令第739号)第三十九条第一款、第二款第三项和第五十五条的规定。2022年9月,苏州市姑苏区市场监督管理局依据《医疗器械监督管理条例》(国务院令第739号)第八十八条第二项、第八十一条第一款第一项和《苏州市市场监督管理行政处罚裁量权适用规定(试行)》第十三条第一项规定,决定对当事人从轻处罚,处以没收违法所得、没收无证的医疗器械104件、罚款358819.68元的行政处罚。
【典型意义】根据《医疗器械监督管理条例》(国务院令第739号)第五十五条规定,医疗器械经营企业、使用单位不得经营、使用未依法注册或者备案、无合格证明文件以及过期、失效、淘汰的医疗器械。目前,眼科手术技术发展迅速,市场竞争激烈,部分医疗器械经营单位主体责任意识淡薄,为获得竞争优势,擅自将尚未注册的医疗器械(大多数为耗材配件)投入市场使用,造成无证经营、使用医疗器械情况出现。本案的查处,使医疗器械经营企业及使用单位明白合法经营的重要性,对保护消费者权益、净化市场环境起到了积极促进作用。
七、广州恒澜生物科技有限公司使用化妆品禁用原料生产化妆品案
【案情简介】2022年3月,广东省药品监督管理局综合分析研判掌握的案件线索,联合公安机关对广州恒澜生物科技有限公司进行突击检查,并抽检部分化妆品。经查,该公司2021年11月至2022年3月期间生产的婴贝萱婴肤霜、婴康益生元身体乳,被检出含有化妆品禁用原料氯倍他索丙酸酯、卤倍他索丙酸酯、赛庚啶,货值金额为212667元。广东省药品监督管理局依法将案件移送公安机关,公安机关已依法立案侦查。同时,鉴于涉案产品属于儿童化妆品,违法行为情节严重,2022年10月,广东省药品监督管理局对该公司使用禁用原料生产化妆品的行为,依据《化妆品监督管理条例》第五十九条第三项规定,作出吊销其化妆品生产许可证、取消其化妆品产品备案、10年内不予办理其提出的化妆品备案和受理其提出的化妆品行政许可申请的行政处罚,对该公司法定代表人吴某某、生产负责人莫某某作出终身禁止其从事化妆品生产经营活动的行政处罚。
【典型意义】使用化妆品禁用原料生产儿童化妆品或者在儿童化妆品中非法添加可能危害人体健康的物质,属于《化妆品生产经营监督管理办法》第六十一条规定的情节严重情形,对此类违法行为,应当依法从重从严处罚。本案中,药品监督管理部门主动出击深挖案源线索,畅通涉案产品检验绿色通道,深化案件行刑衔接,联合公安机关有力打击了儿童化妆品非法添加违法犯罪行为。药品监督管理部门依法给予涉案企业吊销化妆品生产许可证、取消其产品备案等处罚,给予涉案企业法定代表人终身禁业处罚,并首次给予涉案企业生产负责人终身禁业的顶格处罚,对不法分子形成有力震慑,体现了监管部门坚决守护儿童用妆安全的坚定决心。
八、“5·7”江苏扬州生产销售假冒化妆品案
【案情简介】2022年9月15日,江苏省扬州市广陵区人民法院以假冒商标罪等罪名判处张某某等8名生产销售假冒化妆品的犯罪分子三年至一年不等的有期徒刑,并加处罚金。此案的发现源于江苏省药品监督管理局扬州检查分局在化妆品安全风险监测工作中摸排的违法线索。扬州检查分局发现上述假冒化妆品违法线索后,立即与扬州市公安局食药环侦支队成立联合专案组,坚持追根溯源、循线深挖,最终捣毁假冒化妆品生产窝点1处、胶管供货商2家,抓获张某某等多名犯罪嫌疑人。经查,自2020年3月张某某等人购买膏体、仿制包材、商标及防伪标识等组件,自行加工、组装生产假冒化妆品,并通过网络进行销售。
【典型意义】近年来,不法分子瞄准品牌化妆品进行制假售假,凭借他人优质品牌效应谋取非法利益。本案中,药品监督管理部门高度重视从化妆品安全风险监测中发现的违法线索,发挥专业技术优势,与公安机关协同作战,在“打假保名牌”工作机制框架下,由行政执法部门、公安机关、司法机关和权利人企业共同发力,将制假售假链条一网打尽,切实保护公众用妆安全,维护公平竞争市场秩序,营造良好的营商环境。
九、“6·12”福建漳州销售假冒化妆品案
【案情简介】2021年9月,福建省漳州市市场监督管理局陆续收到多起投诉举报,反映注册地址在漳州市诏安县的多家淘宝网店销售假冒品牌化妆品。漳州市市场监督管理局立即组织开展调查,经综合研判,诏安县市场监督管理局将线索移送公安机关,同时漳州市、县两级市场监管和公安部门成立联合专案组,共同侦办案件。2022年6月,联合专案组派出执法人员100余人,分赴广东深圳、辽宁大连、河北邯郸及福建漳州等地同时开展收网行动,一举捣毁化妆品售假窝点6处,现场抓获涉案人员73人,查扣大量假冒化妆品。截至目前,诏安县人民检察院已对本案3名主要犯罪嫌疑人批准逮捕,移送审查起诉3人,另有21名犯罪嫌疑人取保候审。该案正在进一步侦办中。
【典型意义】近几年来,随着对化妆品违法犯罪行为打击力度不断加大,化妆品制假窝点进一步向农村、城乡接合部等偏远地区转移。本案中,不法分子形成团伙作案,分散在福建、广东等地的农村等偏远地区分工作案,且反侦查意识很强,在多个电商平台开设多家网店,跨省生产销售违法化妆品。药品监督管理部门通过细致排查违法线索,不放过任何蛛丝马迹,并与公安机关密切配合,摸清了全案违法行为脉络,最终成功打掉黑窝点,维护了公众用妆安全。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)