基于復合型人才培養的藥物設計教學研究

許磊

【摘 要】伴隨著互聯網發展帶來的信息量的飛速增加，藥物設計已經逐漸經成為包含生物化學、分子生物學、藥物化學、基因組學及信息化學等多種學科的復雜體系。結合當前大數據的時代背景，為了培養復合型藥物設計方面的人才，從教學內容、教學模式和教學手段三個方面對藥物設計學課程進行探索和實踐。

【關鍵詞】信息技術 藥物設計 復合型人才 教學研究

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）33-0032-02

互聯網又稱為因特網（Internet），是通過公用語言交互通信的計算機連接而成的全球網絡，伴隨著廣播、電視、衛星通信等技術手段構成的現代通信和傳播技術的發展，使得信息從采集的數量、傳播的速度和規模方面都迅猛增加。正如全球知名咨詢公司麥肯錫指出的：“數據，已經滲透到當今每一個行業和業務職能領域，成為重要的生產因素。人們對于海量數據的挖掘和運用，預示著新一波生產率增長和消費者盈余浪潮的到來”，我們已經進入了“大數據”時代。此外，在生物醫學領域，2000年6月26日，號稱“生命登月計劃”的人類基因組計劃取得了突破性進展，美、英、日、法、德、中6個國家16個研究中心聯合繪制的人類基因組草圖畫好了，這注定是生命科學一個重要的里程碑，從此人類從基因組時代進入后基因組時代。后基因組時代將采用一系列前沿技術，主要研究功能基因組，從而使生物工程技術在醫藥和農業等相關領域廣泛運用，造福全人類。2015年1月20日，美國總統奧巴馬在國情咨文中提出“精準醫學計劃（Precision medicine）”，精準醫學計劃是以個體化醫療為基礎，伴隨著基因組測序計劃迅猛發展及生物信息與大數據科學交叉應用而發展起來的新型醫學概念和醫療模式。在這種時代背景下，社會更加迫切需要熟練掌握生物醫藥、計算機技術和數據處理等方面的復合型人才。

藥物設計學是近年發展起來的與藥物化學緊密相關的新興學科，它將生命科學和計算機科學領域的最新技術融入到創新藥物的研制過程中，改變了傳統盲目的藥物研究歷史。這門交叉學科是以化學生物學為主線，內容涵蓋了生命科學、化學、醫學和計算機科學的最新研究成果。在當前時代背景下，重點從教學內容、教學實踐和教學方法上對藥物設計課程進行改革，力爭進一步提升新藥研發的復合型人才的培養。

一 教學內容的改革

經典的藥物設計內容是基于“一個基因、一種藥物、一種疾病”的傳統藥物發現模式，它是以追求高活性和高選擇性配體為目標，主要由先導化合物的發現和優化兩個部分組成。合理藥物設計取得重大突破的重要原因之一就是計算機輔助藥物設計方法的發展，因此在以前的講學過程中將計算機輔助藥物設計從先導化合物發現中單獨出來進行了專門講述，獲得了較好的講課效果。

基于靶點的藥物設計，是采用分子生物學，尤其是基因組學和蛋白質組學為藥物研究提供新的靶標，雖然目前基因組及蛋白質組的研究提供藥物靶標的數目不多，但伴隨著基因組和蛋白質組的發展，藥物靶標的數目將會顯著增加，合理藥物靶標的選取直接決定了藥物開發的成敗。基于結構的藥物設計，包括基于靶點結構的藥物設計、基于配體結構的藥物設計和結構與活性構效關系研究，它是合理藥物設計的主要內容。藥物研發是一個多學科交叉、長周期、高投入的系統工程，伴隨著多種新方法的出現和計算機技術的快速發展，計算機輔助藥物設計已經廣泛應用到藥物研發的多個階段中，它可以有效縮短藥物開發的周期，提高藥物開發的效率。系統藥物設計，是通過整合藥物化學、生物信息學和計

算機科學等多種學科技術，利用實驗數據建立計算機模型，識別藥物分子在有機體中的復雜行為和作用網絡，力爭發現高效、低毒的藥物分子。統計數據顯示候選藥物中有1/3到1/2因為藥代動力學特性或安全因素被淘汰，這是由生物系統和藥物體內行為及作用模式的復雜性決定的，藥物在體內行為包括吸收、分布、代謝、清除和毒性等，稱為ADMET性質和藥物—靶標相互作用譜，需要基于系統的方法論，建立藥物—靶標相互作用預測網絡，推動系統藥物設計的發展和應用。

藥物研究已經進入了自主創新的時代，因此在藥物設計課程內容的學習中，一方面要將新藥研究的創新思維、研究方法及成功案例貫穿于教學過程中，通過科研成果與教學內容有機結合，著重培養從事藥物研發的復合型人才；另一方面將傳統藥物設計理論與當代藥物研究最新進展相結合，學生可以更好地掌握藥物設計的整體流程，深入理解藥物靶點發現、先到化合物優化和改造策略，為以后從事醫藥相關領域的工作打下堅實的基礎。

二 教學模式的改革

藥物設計課程基于生物化學、藥物化學、化學信息學、基因組學、蛋白質組學和計算化學等學科的研究成果，針對與疾病相關的藥物靶點，參考其他類源性配體或天然產物底物的化學結構特征，并充分考慮生物系統和藥物體內行為及作用模式的復雜性，設計出合理的藥物分子。在教學過程中，為了加深對藥物設計學基本理論和基本知識的理解，在教學過程中引入國際制藥業巨頭最新的藥物設計案例并且制訂了計算機藥物設計的實驗課程，力爭在培養學生操作技能的同時，提高在實際工作中獨立分析問題和解決問題的能力。傳統的藥物設計課程，是教師基于教材內容在課堂上單純地進行講述，這種教學模式是以教師為中心、以傳授知識為目的，形成了教師單向灌輸、學生被動接受的局面，忽略了對學生創新能力的培養，側重于對學生知識的記憶存儲，而沒有重視學生綜合素質和創新能力的培養。此外，由于課本內容多不具有時效性，使得學生感覺課本內容不能很好地與當今醫藥發展前沿相一致，從而降低了對所學知識的興趣，因此在講述教材的同時，通過對外文文獻的廣泛閱讀，追蹤當今國際醫藥行業巨頭，如輝瑞、禮來、默克、拜耳等最新的藥物研發進程，這樣一方面可以提高學生對所學知識的興趣，深入理解所學教材與現代醫藥發展的密切關系，另一方面可以了解當今醫藥的最新進展，為日后投入到醫藥相關行業打下基礎。此外，根據藥物設計課程的特點和存在的問題，從強化學生基本操作的角度出發，設計了計算機輔助藥物設計實驗課程，這樣有助于加深學生對教材中所學知識的理解和掌握。傳統的實驗教學是以驗證性實驗為主，這樣可以提高學生的實驗操作技能，但缺乏激勵學生創新的能力，因此在實驗課中除了介紹基本的藥物設計操作，還通過開設綜合性、設計性實驗，對有關實驗課程內容進行優化，將過去的驗證實驗改為創新實驗，鼓勵學生通過自主學習去解決實驗設計中遇到的問題，強化科研成果反哺教學，努力將科學研究和人才培養進行有機結合。

三 教學手段的改革

教學手段是師生相互傳遞教學信息的工具、媒體或設備。教學手段主要經歷了口頭語言、文字和書籍、印刷教材、電子試聽設備和多媒體網絡技術等五個使用手段。現代化的多媒體教學手段，可以將聲音、圖像、視頻和文字等媒體融為一體，更加形象、直觀地展示教學內容。因此，在實際教學過程中，根據教學目的和要求，積極開展多媒體教學課件的制作，例如采用計算機輔助藥物設計軟件，將蛋白與蛋白之間及蛋白與藥物分子之間三維空間結構的動態變化制作成動畫，參考最新藥物研發的進展；將FDA新批準藥物實體的立體化學結構及其與靶標蛋白的相互作用制作成三維圖像；將藥物在體內的代謝途徑及藥物—靶標之間作用網絡制作成圖像。通過這些圖像的介紹，可以引起學生學習的興趣，集中學生的注意力，更加生動、形象、直觀地向學生展示教學內容，提高教學效率。除了單純地講授內容，還引入討論法，根據教學要求向學生提出問題，通過這種方法激發學生的思維，調動學生的積極性，引導學生鞏固學到的知識。此外為了讓學生養成良好的自主學習的習慣，在教學過程中，一方面指導學生閱讀藥物設計、藥物化學相關的教科書、參考書，這樣有助于學生自己去領會、消化所學知識并且擴大知識面；另一方面指定課本中一部分內容，分給學生講述，這樣能夠督促學生自主學習，進一步鞏固所學習的內容。

在大數據的時代背景下，不同學科之間的交叉、融合越來越頻繁，學校教學質量的高低和教學改革的成功與否，很大程度上取決于教師隊伍的素質和積極性的發揮。藥物設計課程作為藥學教育的重要課程，從新藥設計的基本理論和基本方法入手，系統介紹近年來藥物發現的新技術和新領域，因此教師應該積極改革陳舊的教學內容、教學體系和教學方法，力爭培養符合新世紀要求的新藥研發復合型人才。

參考文獻

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〔責任編輯：林勁、李婷婷〕