转化医学理念下“药物设计与筛选前沿技术与方法”教学改革设想.pdf
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1、本文引文格式:蒋利和.转化医学理念下“药物设计与筛选前沿技术与方法”教学改革设想J.右江民族医学院学报,2 0 2 3,4 5(4):6 7 5-6 7 9.【医学教育】转化医学理念下“药物设计与筛选前沿技术与方法”教学改革设想蒋利和1,2(1.右江民族医学院基础学院,广西 百色 5 3 3 0 0 0;2.广西大学医学院,广西 南宁 5 3 3 0 0 0)摘 要:“药物设计与筛选前沿技术与方法”是基础研究成果与临床医学密切结合的课程,具有转化医学的特征。在转化医学理念的指导下,调整“药物设计与筛选前沿技术与方法”的教学内容,优化知识结构,注重专业素质和能力的培养,体现工程设计的思维理念,并
2、且开展对应的教学改革。让该课程成为药学、化学、检验学、临床医学、基础医学、与生命科学等多学科相互转化的桥梁课程。关键词:转化医学;药物设计与筛选前沿技术与方法;教学改革中图分类号:G 6 4 2.0 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-5 8 1 7(2 0 2 3)0 4-0 6 7 5-0 5d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-5 8 1 7.2 0 2 3.0 4.0 2 3 转化医学(t r a n s l a t i o n a lm e d i c i n e)出现于2 0世纪9 0年代,随后得到了巨大的发展。转化医学是一个新兴的领域,包括
3、从基础科学到医学应用的多学科研究,这需要临床医生和基础科学家之间的密切合作1-2。转化医学的核心就是在基础研究和临床应用间建立有效的互动联系,通过跨学科协同,多机构合作,加速由“发现”到“实现”的转变,缩短基础研究与临床应用的距离,强调基础研究与临床应用双向循环3-5。1 转化医学与“药物设计与筛选前沿技术与方法”密不可分药物研发内容包括靶点发现、药物设计、药物的合成、作用机制研究、药效学研究、药动学研究、安全性评价、临床研究等阶段,是基础医学学科和临床医学学科的重要桥梁。“药物设计与筛选前沿技术与方法”是促进医学学生从基础医学研究走向临床治疗,又从临床治疗反馈到基础研究的重要课程之一。该课程
4、包括新药开发中的知识和技术,能帮助学生理解早期药物靶点的发现和确认、药物分子的设计和合成、药效学筛选和药理研究之间的关系,理解安全性评价等新药临床前研究与转化医学之间天然的联系。“药物设计与筛选前沿技术与方法”具有转化医学的核心特征。而转化医学能促进药物研发各个环节、各模块之间的配合6-7。转化医学是基础研究和临床诊疗的桥梁,是药物研发从基础研究、临床前研究、临床研究到临床应用之间的重要桥梁。2“药物设计与筛选前沿技术与方法”教学现状2.1 药物设计与筛选在美国的教学现状 在美国,药物设计与筛选方面的教学是医学和药学专业的核心基础课程。“药物设计与筛选前沿技术与方法”的教学侧重工程思维的培训。
5、无论是药物设计还是药物筛选都强调方法的创新,其中对传统药物筛选方法的改造基于现代分子生物学和生物物理的知识体系飞速发展,特别是人工智能、机器学习的应用。随着人们对各种疾病机制有了更为深入的了解,研究者对新药发现逐步由早期的“神农尝百草”发展为“理性药物设计”和“整合药物化学”。这与目前国内药物筛选还依赖“让实验动 物 告 诉 实 验 结 果”的 思 维 方 式 有 较 大 的 区别8-1 0。因此,这对教师们的教学工作也提出了新要求。2.2 国内西部两所高校“药物设计与筛选”教学现状 作者先后在广西的“2 1 1”高校和另外一所医学类高校开设了“药物设计与筛选前沿技术与方法”课程,使用的教材是
6、 药物筛选:方法与实践(2 0 0 7年化学工业出版社出版的图书,作者是司书毅,张月琴),授课对象是制药工程、生物制药以及药学专业的本科生,课时为3 64 0个课时。课程内容包括受体与新药研究筛选、酶抑制剂筛选方法、离子通道开放剂与阻滞剂筛选技术、基因表达调控筛选方法,微生物样品、植物样品、海洋生物等的筛选;天然产物的组合生物合成研究、宏基因组学方576第4 5卷 第4期 右江民族医学院学报 V o l.4 5N o.42 0 2 3年8月 J o u r n a l o fY o u j i a n gM e d i c a lU n i v e r s i t yf o rN a t i
7、o n a l i t i e s A u g.2 0 2 3基金项目:广西教育科学专项课题(2 0 2 1 Z J Y 1 5 3 6);右江民族医学院教育教学改革常规项目(J 2 0 2 1-2 3)作者简介:蒋利和(1 9 7 6-),男,博士/博士后,研究员,博士、硕士研究生导师,研究方向:肿瘤药学、肿瘤生物学,E-m a i l:j i a n g-l i h e y m u n.e d u.c n法、高通量与高内涵筛选方法、计算机辅助药物设计与虚拟筛选;抗细菌、抗结核、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤、抗炎、抗动脉粥样硬化、抗骨质疏松、抗糖尿病、抗心脑血管、老年性痴呆等药物筛选内容。其教学内
8、容广泛繁杂,未能体现学科设计的工程性,未能体现转化医学理念,缺乏协同创新的概念。教学过程中容易出现科普性教学、被动性学习的局面;教学模式主要采用讲授式教学,强调基础知识的讲授,忽视与临床实际问题的有机结合,无法引导学生利用所学理论知识去分析和解决临床实际问题,不利于学生原始创新能力的培养和工程思维的养成1 0,也不能应对“从仿创药向首创药”的时代发展潮流。特别是在医学类高校开设该课程时,发现其内容与药学专业的诸多课程,如药物化学、天然药物化学、药理学等学科有重叠部分。因此很有必要在转化医学理念下“药物设计与筛选前沿技术与方法”开展教学改革。3 转化医学理念下“药物设计与筛选前沿技术与方法”教学
9、改革3.1 教学改革的必要性 转化科学旨在了解转化研究过程中每一步背后的科学和操作原理,以此克服疾病研究中普遍且长期存在的挑战。虽然转化过程不是线性的,但几个不同研究阶段通常是可操作的,例如基础、临床前、临床、临床实施和公共卫生研究,每个阶段之间转移知识需要关键的转化工作1 1-1 4。目前,创新药物研发已经纳入“健康中国2 0 3 0”等国家药品安全战略规划,创新型药学人才培养势在必行。在医学类高校开展“药物设计与筛选前沿技术与方法”课程的教学,既要防止课程内容重叠,又要体现药物筛选技术的前沿性,侧重药物从“海选”到“精选”、“仿创药”向“首创药”的变化要求1 5。“药物设计与筛选前沿技术与
10、方法”发展自工程技术,课程内容涉及到大量药物设计、计算机、生物物理学、化学、生物医学工程等工程方面的专业知识,而工程学科知识体系更新快。因此教学课程内容的更新至关重要,并且要结合临床反馈,侧重药物创新链的全过程1 5-1 6。总的来说,为了适应前沿医药科技迅猛发展对新世纪创新研究型医学人才的需求,“药物设计与筛选前沿技术与方法”需要在转化医学理念指导下,调整教学内容,优化知识结构,体现工程思维,因此将转化医学理念融入“药物设计与筛选前沿技术与方法”,使其成为桥梁课程,具有现实意义1 7。“药物设计与筛选前沿技术与方法”课程主要针对药学及制药工程的本科生,此类学生在校接受系统性的医学类学科讲授,
11、拥有基础的医药理论知识储备,具有深入了解医药科学研究与实际应用的现实要求。但受传统本科课程设计局限,药学类本科生缺乏工程设计思维与创新实践训练,对现代分子生物学的迅猛发展和交叉融合缺乏认识,对生物、物理、化学等日新月异的工程知识体系缺乏了解。如何在转化医学理念的指导下,进行药物筛选技术前沿的学习与探索,构建学科理论、工程生产与前沿创新之间的桥梁,对贯通学生知识体系、启发学生创新思维、引导学生未来发展,具有极为重要的意义。3.2 转化医学理念下“药物设计与筛选前沿技术与方法”教学改革内容3.2.1 在转化医学理念指导下,修订和完善教学大纲 课程教学内容是保障学生培养质量的必备环节,在学生成长成才
12、中具有全面、综合和基础性作用。为了促进医学学生从基础医学拓展到临床治疗思维认知,本研究组织相关领域的研究人员或具有相关学科背景的人才,从转化医学理念入手,参考 药物设计学(全国普通高等医学院校药学类专业“十三五”规划教材)(作者:姜凤超,主编出版社:中国医药科技出版社出版时间:2 0 1 6年7月)以及最新的前沿技术,重新开展了“药物设计与筛选前沿技术与方法”教案设计。采用新教学内容形成五大模块。见表1、表2。表1 药物设计与筛选前沿技术与方法 新旧对比序号章名(旧)章名(新)第一章概论概论,药物靶点理论第二章受体与新药筛选研究传统药物筛选模型第三章酶抑制剂概念与一般筛选方法先导化合物优化第四
13、章离子通道开放剂与阻滞剂及一般筛选方法化合物片段的分子筛查技术第五章基因表达调空与一般筛选方法基于结构的分子药物设计技术第六章微生物药物样品的筛选D NA编码化合物库筛选和适配体技术第七章植物样品的筛选人工智能虚拟药物设计第八章海洋生物的筛选临床大数据与药物设计第九章天然产物的组合生物合成研究组学、高通量与高内涵筛选方法第十章宏基因组学方法干细胞、类器官与药物筛选第十一章高通量与高内涵筛选方法基因编辑技术与药物筛选6762 0 2 3年 右江民族医学院学报 第4期表1(续)药物设计与筛选前沿技术与方法 新旧对比序号章名(旧)章名(新)第十二章计算机辅助药物设计与虚拟筛选抗体药物的设计第十三章抗
14、细菌药物的筛选纳米药物第十四章抗结核药物的筛选新药临床试验第十五章抗炎、抗动脉粥样硬化药物的筛选医院制剂第十六章抗骨质疏松、抗糖尿病药物筛选循证药学与老药新用筛选策略第十七章抗心脑血管药物筛选医院实践表2“药物设计与筛选前沿技术与方法”的教学内容重构序号章名主要教学内容第一章概论,药物靶点理论药物设计与筛选的发展历史第二章传统药物筛选模型传统药物发现模型,开展t r a c k课程教学第三章先导化合物优化介绍结合模式预测、骨架跃迁、结合亲和力优化、构象稳定性评估第四章化合物片段的分子筛查技术建立高质量片段库,筛选和识别与靶蛋白弱结合的活性片段,构建虚拟片段库;利用计算机方法对片段分子进行结构优
15、化。开展“专题文献阅读+科研小课题”第五章基于结构的分子药物设计技术P y m o l软件、同源建模、C h e mD r a w软件、小分子数据库、分子对接软件、3 D-Q S A R模型构建、分子动力学模拟。开展“专题文献阅读+科研小课题”第六章D NA编码化合物库筛选和适配体技术D NA编码化合物库和核酸适配体技术作为筛选小分子药物的新技术的进展和流程。开展t r a c k课程教学 第七章人工智能虚拟药物设计深度学习、机器学习和图像识别等计算机辅助药物设计,虚拟高通量筛选技术A l p h a g o的应用。药物筛选中常见软件和数据库 第八章临床大数据与药物设计临床数据库、信息学,药物
16、筛选的数据库以及相关的软件。开展“专题文献阅读+科研小课题”第九章组学、高通量与高内涵筛选方法高通量筛选,高内涵筛选原理和最新的应用。包括药物作用机制、代谢途径和潜在毒性等。第十章干细胞、类器官与药物筛选干细胞的特性,干细胞来对药物进行筛选的研究进展和案例,类器官的发展、优缺点,以及在药物筛选中的应用。开展t r a c k课程教学 第十一章基因编辑技术与药物筛选基因治疗概念及策略,基因药物的研发、第三代C R I S P R/C a s 9技术在药物研发中的应用第十二章纳米药物纳米靶向药物,纳米材料的选择策略等内容第十三章抗体药物的设计以恩美曲妥珠单抗为例子,介绍临床抗体药物的使用特别是肿瘤
17、免疫治疗。介绍抗体药物设计方法和思路 第十四章循证药学与老药新用筛选策略循证药学与老药新用筛选策略第十五章医院制剂介绍医院在临床实践下,自主研发制剂的实践第十六章新药临床试验临床伦理、生物安全、新药临床试验方案设计等课程和内容,帮助学生了解到新药研发是如何根据临床实际需求和临床前研究数据 第十七章医院实践到医院药房、药物研究平台开展调研实践 注:第一教学模块:体现传统化学药物设计,侧重工程思维训练,包括第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章;第二教学模块:体现临床医学生物信息学、人工智能与药物研发的融合侧重原始创新思维训练,包括第七章,第八章,第九章;第三教学模块:体现医学生物技术与药
18、物筛选的融合,反映最新进展,包括第十章,第十一章,第十二章;第四教学模块:体现临床转化与药物研发的融合理念,包括第十三章,第十四章,第十五章;第五教学模块:转化医学理念下的医院药物开发实践,包括第十六章,第十七章。新“药物设计与筛选前沿技术与方法”的教学内容编制以体现最新的药物设计和药物筛选方法为根本,充分体现基因组学、蛋白组学、计算化学、分子生物学、结构生物学、生物信息学、临床医学知识和技术。特别包括基因编辑与药物研发,基因诊断与基因药物、纳米药物研发等新技术的应用。还专门设定了循证药学与老药新用筛选策略、医院制剂、新药临床试验、医院实践等教学内容,完全体现了转化医学理念,体现了医学最新技术
19、在药学的应用,实现了从基础教学到临床应用的思维转化,并将转化医学融入其中1 8-2 1。通过介绍基础研究中对疾病的认识和新药的发现,基础知识向新诊断,治疗和预防方法的转移过程,挖掘学生产品7762 0 2 3年 右江民族医学院学报 第4期开发,以及如何形成治疗药物和诊断试剂的原创能力。另外,新的教学内容还将人工智能(深度学习)虚拟药物研发、生物信息技术与药物研发纳入教学,增加与时俱进的技术发展,体现药学的工程思维,整合药物理念2 1-2 2。3.2.2 以转化医学理念提高教师素养 不断学习循证医学、转化医学、精准医学等现代医学发展新模式,学习、理解转化医学的理念。积极思考转化医学与教学内容的关
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