80后为主,平均年龄不足40岁,20余位化学材料学科专家教授组成的一支“抗疫突击队”,春节至今始终奋战在科研攻关第一线,谱写了一曲化学“抗疫之歌”。中国科大化学与材料科学学院(以下简称“化材学院”)的这支突击队,在实验室中夜以继日、争分夺秒,为打赢新冠肺炎疫情阻击战贡献着科大力量。
另辟蹊径 量产“利剑”成可能
据研究显示,新型冠状病毒属于RNA病毒, 复制传播速度快,故阻断病毒RNA的复制成为抗病毒的重要策略。典型的“核苷类似物”能够被RNA依赖性RNA聚合酶用以合成RNA链,从而阻断病毒RNA复制,在抗病毒治疗方面极具潜力。中国科大化材学院研究团队敏锐地意识到,“核苷类似物”抗病毒药物的高效规模量产,在疫情阻击战中将具有十分重要的意义。
目前抗击新冠肺炎试用的多种抗病毒药物,都离不开核苷类似物这一类关键物质。然而,核苷类似物前药在实际合成中存在合成步骤复杂、总产率低、多个药物中间体提纯需要使用柱色谱分离等问题,极大地限制了其规模级制备。目前已知的全球核苷类似物原料药库存量十分有限,一旦新冠病毒全球大规模爆发,势必造成对核苷类似物原料药的紧急需求,而目前已知的生产工艺均无法实现核苷类似物原料药的低成本高效量产。
如果把抗击新冠病毒的核苷类似物药物比作“利剑”,那么化材学院的这支突击队的贡献是,为实现低价高效量产“利剑”做足工艺上的准备。经过刻苦攻关,科研团队另辟蹊径,成功实现了高纯度核苷类似物原料药的核心步骤无柱层析合成工艺开发和公斤级规模的实验室合成;部分工艺技术已转移给相关药企,并用以进一步的工艺放大。团队发展的三嗪碘化物中间体的简便合成工艺,已提交发明专利申请,疫情期间将免费授权给相关企业。攻关团队已为近十个兄弟院校和科研机构无偿提供了核苷类似物样品供抗病毒相关基础研究。
迎难而上 应急之需敢亮剑
面向国家需求,化材学院不忘初心,牢记使命,快速响应、主动作为。学院教师积极报名参加攻关团队,管理岗队伍提供完备的后勤保障,化学科学实验中心提前做好仪器测试准备工作。化材学院全体教职工团结协作,快速组织了合成化学方向相关的攻关团队,由顾振华、杜平武、王细胜、康彦彪四位年轻教授带领四个攻坚小组,分别围绕核苷类似物合成的四个分解任务,以实现系列抗病毒核苷类似物药物的高效合成与规模级制备为主体目标,重点攻关系列抗病毒核苷类似物原料药的规模化合成工艺与制剂研制。
疫情期间开展相关科研工作,面临着一系列以前从未有过的窘境。在实验进行的关键阶段,实验室的原料断供!原本合作的供货商,由于交通管制,无法及时送货,团队就几番周折联系专车,办理各种手续,来回奔袭近2000公里往返河北厂家取货。团队成员顾振华教授打趣地说,“中间各种经历,简直可以拍一部‘科研囧途’电影”。杜平武教授说,“更为窘迫的情况是,有些中间体实验原料,你有钱也根本买不到”。由于厂家未复工,货源紧缺价格昂贵,团队成员就早中晚连着干,自己动手合成原料。
最终创新出新的制备工艺也非一帆风顺。攻关小组起初根据文献报道进行试验,每个组负责不同药物分子中间体的合成。然而,之前报道的合成方法,核心步骤产率低而且需要柱层析步骤。问题在于:柱层析环节会限制合成规模;对于这个关键难题,攻关小组克服困难,反复试验,终于另辟蹊径,通过优化后处理工艺,规避了柱层析操作;在若干关键步骤上,实现了收率和反应规模上的工艺突破。目前,攻关团队已实现了系列抗病毒类似物前药的实验室合成;针对极具临床治疗前景的核苷类似物前药,已能实现公斤级规模的实验室制备,工艺路线适合进一步放大以进行工业化生产。
十年磨剑 崭露霜刃助抗疫
疫情当前,化材学院科技攻关取得快速进展并非偶然。多年来,化材学院在合成化学、化学生物学和生物材料等领域深耕基础研究。目前,学院学科领域涵盖化学、材料科学与工程两个一级学科以及环境工程二级学科,根据ESI数据的统计分析,学院化学学科、材料科学学科已进入国际前1‰,尤其在单分子化学物理、纳米材料科学等交叉学科前沿领域取得了一系列重大原创性成果,在国际学术界产生了重要影响。
厚积方能薄发。国内外的科研实践经验表明,有着雄厚基础研究实力的科研团队,往往能够很快实现科研方向转型并取得突破。在这次阻击疫情的战役中,化材学院的这支科研突击队之所以能够在短时间内快速地对制造关键药物的制备工艺进行创新,也得益于整个中国科大常年坚守基础研究的积累。
“基础宽厚实”是熟悉中国科大的人对这所学校学术底蕴的印象。中国科大在办学实践中特别注重以重大科学问题为导向开展基础前沿研究,推动跨学科、多领域交叉,使科学探索向宏观拓展、向微观深入,不断催生原始创新成果。同时,中国科大强调把基础研究优势转化为育人优势,充分发挥基础研究的育人功能。通过鼓励自由探索和组织科研攻关相结合的科研管理模式,为人才营造肥沃的创新土壤,最大限度释放人才队伍的创新能量。
红专并进,科教报国。中国科大从创办之初,就已把“科教报国、追求卓越”的初心使命融入自己的血脉。中国科大化学物理系首任系主任郭永怀,放射化学和辐射化学系首任系主任杨承宗……一代代科大人,瞄准国家需求、深耕基础研究、执着攻关创新。国之需,民之急,面对新冠肺炎来势汹汹的疫情,中国科大人正在用实际行动践行着“把论文写在祖国大地上”的朴素情怀。
信息来源:中国科学技术大学化学与材料科学学院
文字:杨凡、刘爱华
摄影:代蕊
编辑:黄熠