[上海教育新闻网]上海交大科研新技术实现青蒿素大规模生产

本网讯 上世纪70年代,当中国科学家首先发现“青蒿素”能治疗疟疾时,令全球医学界欢欣鼓舞。但高兴之余,人们发现如何进行青蒿素的高效人工合成,形成规模化生产却成为了世界性的难题。几十年过去了,各国科学家都努力破解难题却见效甚微。  

近日从上海交通大学传来消息,该校张万斌教授领衔的科研团队,历时七年,经过无数次实验,终于研发出一种常规的化学合成方法,首次实现了抗疟药物青蒿素的高效人工合成,使青蒿素可以实现大规模工业化生产,每年有望把近百万人从死亡线上救出,造福数亿患者,为世界医学和人类健康做出贡献。  

顽“疟”,让世界科学家头痛

每年夏秋季节,正是蚊虫肆虐的时候。每到这个时候,蚊虫都会出来“横行霸道”到处叮人。要是被蚊虫叮咬,感染疟原虫引起疟疾,更是一件让百姓烦心、头痛的事儿。疟疾在我国古代称为瘴气,又名打摆子,是通过疟蚊传播的全球性急性寄生虫传染病。临床以周期性寒战、发热、头痛、出汗和贫血、脾肿大为特征。儿童发病率高,大多于夏秋季节流行。  

每当世界上要爆发大规模疟疾时,人们第一个想到是赶快用“青蒿素”药物控制。由于天然植物中青蒿素含量很低,使得该药生产成本很高,药价昂贵。根据世界卫生组织统计,全球每年感染疟疾患者多达3-5亿人,将近100万人因缺乏有效药物救治而死亡。  

事实上,疟疾一直以来是一种全球性疾病,也是世界科学家很头痛的一种疾病。  

人们对1965年爆发的越南战争并不陌生。当年美国和越南军队都遭遇了和战争一样残酷的“战争”,那就是疟疾。高达50%美军官兵感染疟疾,传统的特效药奎宁等由于抗药性,几近失效,仅1967—1970年,美军因疟疾减员远超80万人。相比之下,越南军队连一点抗疟疾药物也没有,疟疾成为和战争一样摧毁这个国家经济的东西。  

1967年5月23日,时任周恩来总理对越方的求援做出批示,要求调动全国力量,打一场研发抗疟新药的战役。1972年,屠呦呦科研小组分离出青蒿素,并发现该化合物有非常好的治疗疟疾的效果。之后,我国科学家又合成了多种青蒿素衍生物,如双氢青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯等。2004年青蒿素类药物已被WTO作为世界范围内治疗疟疾的首选药物。  

按说药物研发出来了,科学家们应该不用为此再头痛了,但是问题并没有得到根本解决。目前,疟疾仍广泛流行于世界各地,尤其是非洲和东南亚。全世界大约23.7亿人面临感染疟疾的危险,占全球人口的35%。  

疟疾这种全球性的疾病,其原料几乎全来源于中国。三十多年来,青蒿素作为一种重要的战略物资,其高效人工合成一直是世界科技界和产业界极具挑战的重大课题。  

“贵族药”,老百姓只能“望药兴叹”

为什么青蒿素被称为“贵族药”?  

张万斌教授介绍,目前青蒿素的来源全部从中药材黄花蒿的提取。在全球范围内,只有中国部分地区生长的青蒿才具有工业提取价值。然而,从自然植物黄花蒿中提取青蒿素,原料来源比较稀缺,全球有80%的原料青蒿来自中国重庆酉阳,而且青蒿的产量受环境及天气的影响较大。同时,种植黄花蒿需要大片的种植面积,消耗大量的有机溶剂,产生大量的废弃物,从而造成严重的土地和材料资源的浪费。  

能不能用化学合成方法来大量制造青蒿素?国内外科学家也作了大量尝试,但至今未见工业化生产报道。  

自从上世纪80年代初周维善院士和瑞士诺华公司的研究人员分别用化学方法合成青蒿素以来,国内外许多著名化学家进行了长达30多年的化学合成研究,但收率低,难以产业化。加州大学伯克利分校投入1,200万美元研发经费开发青蒿酸取得成功,但仍没有获得将青蒿酸到青蒿素高效合成工艺。最近德国化学家Seeberger采用光化学装置每天生产0.8公斤(Science, 2012, 336, 798)。由于光合成及光化学反应装置自身的原因,该方法还难以实现大规模的工业化生产。  

张万斌教授给记者列了一串数字:1吨的黄花蒿,可以提取约6—8公斤的青蒿素,每公斤青蒿素达4000—6000元。不仅如此,每吨黄花蒿,要产生大量废料,既浪费原料,又严重污染环境。因此,青蒿素作为重要战略物资,其工业化生产一直是国际医药产业界所面临的挑战。  

因为不能大规模工业化生产和高昂的提取成本,使得青蒿素的价格不菲,尤其对非洲发展中国家青蒿素成为了“天价药”、“贵族药”。每年,虽然世界卫生组织会发放一部分青蒿素药物到疟疾多发区,但大多数老百姓却只能“望药兴叹”,任凭疟疾吞噬自己的生命。  

冲击世界难题,给人类带来福音

为了破解这个世界难题,张万斌教授领衔的手性合成与催化团队,从2005年就开始着手开展这方面的研究工作。经过七年的探索和努力,终于在近期取得了重大进展。张万斌团队使用他们所发现的一种特定催化剂,将青蒿酸还原后所得到的二氢青蒿素经过一个无需光照的常规合成途径,即可方便高效地得到过氧化二氢青蒿酸。然后,经氧化重排可高收率地得到青蒿素。该方法合成路线短,收率高。因为无需光照等特殊化学反应条件,适合于大规模的工业化生产。  

张万斌教授成果的重大突破之点在于:原料可由提取青蒿素的废料或单糖生物发酵所得,采用关键的催化剂得以实现常规化学合成,便于规模化、工业化生产。同时,以接近60%的高收率得到青蒿素,合成效率高。该项成果有望解决困扰世界医药产业界三十多年的青蒿素高效人工合成重大难题,使青蒿素类药物更加便宜、易得。  

2011年9月23日,中国中医科学院终身研究员屠呦呦,获得在美国纽约举行的有诺贝尔奖“风向标”之称的国际医学大奖美国拉斯克奖,以表彰她“发现了青蒿素一种治疗疟疾的药物,在全球挽救了数百万人的生命”。这是中国科学家首次获得拉斯克奖,也是迄今为止中国生物医学界获得的世界级最高大奖。  

如今,张万斌团队又在青蒿素的高效人工合成领域取得了重大进展,有可能将青蒿素的规模化生产变成现实。关于未来的产业化、工业化推广,张万斌教授介绍,目前,该成果已完成专利布局,准备申请国际专利。团队成员将尽快增加实验场地,扩大研发人员队伍,策划中试放大及产业化方案,加速推进产业化进程。“我们希望与科学界同仁共同努力,让科学技术为全球数亿患者带来福音,为人类的健康事业做出贡献”,张万斌教授说。