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交大学者青蒿素高效人工合成获世界级突破 有望造福数亿疟疾患者

上海交通大学张万斌教授及其研究团队

图片展示了使用常规化学方法高效人工合成青蒿素的过程

根据世界卫生组织的统计,全世界每年有多达3亿至5亿疟疾患者,近100万人因缺乏有效的药物治疗而死亡。每当世界上爆发大规模疟疾时,人们首先想到的是用“青蒿素”药物迅速控制它。然而,由于天然植物中青蒿素含量低,该药物的生产成本非常高,且价格昂贵。此外,如何进行青蒿素的高效人工合成并形成大规模生产已经成为一个世界性的问题。

全球有23.7亿人面临感染疟疾的风险

疟疾一直是一种全球性疾病,也是全世界科学家头疼的问题。

人们对1965年爆发的越南战争并不陌生。在那些日子里,美国和越南军队都经历了一场和战争一样残酷的“战争”,那就是疟疾。高达50%的美军感染了疟疾,传统的特效药奎宁由于耐药性几乎无效。仅在1967-1970年间,美国军队就因疟疾损失了80多万人。相比之下,越南军队甚至没有任何抗疟疾药物。疟疾已经成为像战争一样摧毁国家经济的东西。

1967年5月23日,当时的周恩来总理指示越南寻求帮助,要求动员全国开展开发新抗疟药物的运动。1972年,涂有友的一个科研小组分离出青蒿素,发现该化合物对疟疾治疗有很好的效果。从那时起,中国科学家已经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。自2004年以来,青蒿素一直是世界贸易组织治疗疟疾的首选药物。

据说,这种药物已经开发出来,所以科学家们不应该再头痛了,但是这个问题还没有从根本上解决。目前,疟疾仍然在世界各地蔓延,特别是在非洲和东南亚。全世界约有23.7亿人面临感染疟疾的风险,占全球人口的35%。

疟疾是一种全球性疾病,几乎完全来自中国。三十多年来,青蒿素作为一种重要的战略原料,其高效人工合成一直是世界科技界和工业界面临的重大挑战。

“贵金属”面临高效人工合成

为什么青蒿素被称为“贵金属”?

张万斌教授说青蒿素的来源目前是从黄花蒿中提取的。在世界范围内,只有生长在中国部分地区的黄花蒿具有工业提取价值。然而,从天然植物黄花蒿中提取的青蒿素原料来源相对稀缺,世界上80%的黄花蒿原料来自中国重庆酉阳,黄花蒿产量受环境和天气影响很大。同时,种植黄花蒿需要很大的种植面积,消耗大量有机溶剂,产生大量废弃物,造成土地和物质资源的严重浪费。

青蒿素可以通过化学合成大量生产吗?国内外的科学家也做了很多尝试,但是到目前为止还没有工业生产的报道。自20世纪80年代初周维善院士和瑞士诺华公司的研究人员通过化学方法合成青蒿素以来,国内外许多着名化学家进行了30多年的化学合成研究,但产量低,难以产业化。加州大学伯克利分校已投资1200万美元研发成功青蒿素酸,但尚未获得青蒿素酸高效合成工艺。最近,德国化学家塞伯格使用光化学装置每天产生0.8千克(科学,2012,3

由于无法实现大规模工业化生产和高提取成本,青蒿素价格昂贵,特别是对非洲发展中国家而言,青蒿素已成为“天价药物”和“高贵药物”。每年,尽管世界卫生组织将向疟疾易发地区分发一些青蒿素类药物,但大多数人只能“对这些药物叹息”,让疟疾吞噬他们的生命。

七年探索的重大突破

为了解决这个世界问题,张万斌教授领导的手性合成与催化团队从2005年开始开展这项研究工作。经过七年的探索和努力,近期终于取得了重大进展。张万斌的团队使用他们发现的特定催化剂将青蒿素还原为二氢青蒿素,这是通过常规合成路线在没有光照的情况下获得的,从而方便有效地获得过氧化二氢青蒿素。然后通过氧化重排可以高产率获得青蒿素。该方法合成路线短,产率高。由于不需要光照等特殊的化学反应条件,适合大规模工业化生产。

张万斌教授的主要突破在于原料可以从青蒿素提取或单糖生物发酵的废料中获得,常规的化学合成可以使用关键催化剂实现,便于大规模工业化生产。同时,青蒿素收率接近60%,合成效率高。这一成就有望解决困扰世界制药业30多年的青蒿素高效人工合成的主要问题,使青蒿素药物更便宜、更容易获得。

2011年9月23日,中国中医研究院终身研究员涂有友获得了在美国纽约举行的美国拉斯克奖(American Lasker Award),这是一项被称为诺贝尔奖“风向标”的国际医学奖项,以表彰她“发现青蒿素一种治疗疟疾的药物,它拯救了全世界数百万人的生命”。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最高奖项。

现在,张万斌的团队在青蒿素的高效人工合成领域取得了重大进展,这有可能将青蒿素的大规模生产变成现实。关于未来的工业化和工业化推广,张万斌教授表示,目前该成果已经获得专利,并准备申请国际专利。团队成员将尽快增加实验场地,扩大研发人员,规划中试规模和产业化项目,加快产业化进程。张万斌教授说:“我们希望与科学界的同事共同努力,使科学技术能够给全世界数亿患者带来好消息,并为人类健康做出贡献。”。

记者谷伟民,曹杰记者刘晓庆