药物工程化学科交叉平台项目化实验教学与思考

董 振

（江苏师范大学生命科学学院，江苏 徐州 221000）

1 制药行业现状与专门人才需求

医药健康产业为国家战略性新兴产业，随着中国经济的快速发展，人口增长与人口老龄化的日趋严重，使得全民健康支出增加。在国家的大力支持建设下，医药化工产业迅猛发展，占工业经济的比重也逐年增加[1]。据统计，我国现有医药化工企业达3600家，化学原料药与化学药品制剂的品种与产量居于世界前列，在大量需求的促使下，制药人才缺失的弊端也日益显露出来，尤以中小型企业一线综合人才严重缺乏[2]。

目前多数中小型药企在人员配置上已不能满足现实需求，表现为一线人员学历结构偏低、年龄结构老化，缺乏必要的药理知识与生产技术，专业技能上的欠缺导致难以保证药品质量，降低了药企生产效益[3]。此外，工厂的流水线生产，使得技术人员朝着模块扁平化方向发展，仅仅熟悉所负责的某一模块，而不是系统的综合型人才。企业的发展壮大要求大量既有专业知识又能解决实际问题的技能型人才来从事药品的生产、质量控制、工艺管理、制药设备维护等工作[2]。因此，如何培养制药工程化的一线综合人才是高校工程中心思考并亟待解决的重要问题。

2 药物工程化学科交叉平台的研究方向与教学内容

以江苏师范大学的江苏省内皮细胞靶向性工程中心为例，该中心作为省级研究中心，可分为三个平台，包括药物开发平台、内皮细胞的药物机制研究平台和药物制剂平台。在三个平台的基础上开展制药相关的实验教学，以解决实际应用为目标，培养制药相关专业技能。

2.1 药物开发平台可分为三种研究方向：天然产物、化学药物和生物活性肽

2.1.1 天然产物

天然产物是从植物、动物和微生物等有机整体上分离提取的内源性化学成分，其成分比较复杂，包括生物碱、黄酮类、皂苷类、强心苷、蒽醌类、挥发油、有机酸、香豆素、木脂素类等。由于天然产物含量低，结构复杂，稳定性差等特点，在分离提取上具有一定困难。常用的分离提取方法有溶剂法、吸附法、分馏法、膜分离法、升华法、超临界流体萃取法、超声波提取法、微波辅助提取技术等[4-7]。在教学上可设计两个经典有效的实验方案，如利用超滤方法提取紫苏中的花青素；实验中可将10%柠檬酸溶液对紫苏进行处理，在增大跨膜压力或者增加进料浓度的条件下，采用超滤方法回收萃取物中的花青素[5]。如利用微波辅助提取技术从银杏叶中提取黄酮类物质；实验中利用微波方法替代传统的水煮方法处理银杏叶，再用乙醇水溶液提取黄酮类物质[8]。

2.1.2 化学药物

为提高药物的治疗效果，降低毒副作用，适应制剂要求，可将化学药物的构型改造修饰。常用的计算机模拟改构方法是基于文本序列的分子生成，也就是用SMILES格式来表征分子结构。SMILES语言按照特定的语法规则来对其中的字符、数字和符号进行排列，生成分子图的过程通常有两种：（1）顺序生成分子图──逐一添加节点（原子）和边（键）的方式进行构建；（2）一步生成完整的分子图[9]。在实验教学中，可设置一些计算机模拟改构或者构型研究设计实验，争取学生在掌握基本理论知识的同时，学会一般药物的化学改构。

2.1.3 生物活性肽

生物活性肽是指对生物活性有益或具有生理作用的肽类化合物，具有多种人体代谢与生理调节功能，广泛应用于药物筛选、疫苗制备等医药领域[10]。生物肽的一般来源主要有海洋生物肽（包括鱼类、藻类等海洋产品）和陆地生物肽（动植物源生物肽）。本平台可通过筛选各种生物肽用于抗癌肽、降压肽和抗糖尿病肽等的研究，开发出有价值的药物先导化合物。

2.2 内皮细胞的药物机制研究平台

内皮细胞的药物机制研究平台，基于内皮细胞在动脉粥样硬化、血栓、冠心病、脑卒中、高血压、心力衰竭等心血管常见病的关键地位，以膜片钳技术为核心进行应用研究。在平台研究中，基础的实验包括细胞培养、动物培养、石蜡切片、包埋、HE染色、Masson染色和Western blot等。以EAhy-926内皮细胞培养为例，在细胞传代、冻存过程中，加入胰酶溶液进行消化，根据显微镜下观察细胞变圆、脱落的情况再做后续实验；动物培养主要是小鼠和大鼠的培养，包括各种注射方式、灌胃、解剖、模型构建等一系列动物实验；目标组织在石蜡切片后，HE染色和Masson染色可将给药后的病理结果表现出来；Westernblot通过特异性抗体对凝胶电泳处理过的细胞或生物组织样品进行着色，通过分析着色的位置和着色深度获得特定蛋白质在所分析的细胞或组织中表达情况的信息。本平台在一系列基础实验的支持下，可系统的研究内皮细胞的药物机制，为后续药物制剂平台做铺垫。

2.3 药物制剂平台

药物制剂平台，研究如何将原料药按照一定形式制成适于医疗应用的剂型药品，包括中药、化学药和生物制品等，生产过程包括冷冻干燥、药品整粒、颗粒包装、缓释打孔、压片、包衣等一系列实验。此外，在药品生产过程中，单冲压片机、颗粒机、冻干机等仪器设备故障都会发生，所以也需学习掌握一些常规的设备维修技能。通过实验教学使学生熟悉药品生产工艺、设备操作等，提高学生分析与解决制剂工程实际问题的能力，培养具有工程技术和专业药学知识的复合型人才。

3 药物工程化学科交叉平台的人才培养模式

在工程中心的整个实验教学中，不以学科方向为标准，而是以工程化人才培养需求为目标，准确的说是培养靶向性药物工程化人才，使得学生不仅会转化产品加工，也要熟悉初始开发、质量监测、机制分析、药物设计和一些剂型开发。以江苏师范大学为依托，重点针对生物专业本科生和研究生的培养，采用模块化加项目平台化教学，以工程化社会服务和应用型人才为驱动来引导学生实验设计与培养。

3.1 本科生培养

生物专业本科生的培养，在工程中心都有与其专业相对应的落脚点。对生物科学专业本科生开通药物开发平台，制定动物、植物和微生物的天然产物分离提取、生物活性肽的筛选以及化学药物的构型设计与改造实验；对生物技术专业本科生开放的是内皮细胞的药物机制研究平台，开展细胞培养、动物培养、石蜡切片、包埋、HE染色、Masson染色和Westernblot等基础性实验；对生物制药专业本科生开放的是药物制剂平台，涉及药物的冷冻干燥、缓释、释放、打孔等工艺流程，包括相关设备的维修等。

3.2 研究生培养

工程中心在研究生的培养过程中，开展以基础实验加特色实验的平台项目化教学。以生理学方向研究生为例，学生在每一个项目平台至少选取2门基础实验，共计至少6门基础实验；或者主攻某一平台项目，也就是特色实验，如内皮细胞的药物机制研究，然后再从其他两个平台选取4个基础实验进行学习。使得学生经过系统学习后，在补充基本理论知识的同时，也培养了他们的实际操作技能，从而较早胜任一线生产的工作需求，弥补中小型制药企业一线综合人才的缺乏。

4 结语

医药化工企业的迅猛发展，加大了一线综合性制药人才的需求，而高校工程中心基于自身发展同时，也寻求一种高效的学生培养体系，通过学科交叉平台模块化加项目化的教学模式，以工程化社会服务和应用型人才为驱动，针对生物、制药相关专业本科生和研究生的培养，力求培养一批对社会与行业发展具有重要贡献的复合型人才。