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这样,百浪多息作为人类征服链球菌引起的各类感染性疾病的第一个抗生素,使得现代医学进入化学药物医疗的新时代。1939年,多马克被授予诺贝尔生理学或医学奖,不过因为受到纳粹阻挠(当年的和平奖被授予了一位正关在纳粹集中营的犯人,激怒了纳粹党人),直到“二战”结束后他才接受该奖[8]。
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一方面,拜耳公司对这个药物的市场前景充满了希望;另一方面,百浪多息的神奇,吸引了数百支科学家队伍参与到磺胺类药物的研究当中,不久,巴斯德研究所的雅克·特福(Jacques Tréfouël)和特蕾莎·特福(Thérèse Tréfouël)夫妇,及其同事丹尼尔·博韦(Daniel Bovet,1907—1992年,1956年诺贝尔生理学或医学奖获得者)等人揭开了百浪多息的作用原理,即百浪多息在体内能分解出磺胺——对氨基苯磺酰胺。磺胺与细菌生长所需要的对氨基甲酸在化学结构上十分相似,被细菌吸收而又不起养料作用,细菌就会死去,并且这种物质是无色的。
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虽然百浪多息有专利,但磺胺的结构在1909年由杰尔莫公开过,所以大家纷纷开发相关的衍生化合物。众多第二代的磺胺类药物迅速被开发出来并推向市场。而随后青霉素这种比磺胺药物更有效、有更小副作用的药物被开发出来后,磺胺类药物的市场就小了。
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有人认为德国拜耳公司,包括多马克等人,当时已经知道了对氨基苯磺酰胺的抗菌作用,但因为其专利已经在1908年被申报而转向合成新的、能够申报专利的百浪多息。不过,丹尼尔·博韦却对此持不同看法,他于1988年发表文章,称如果没有自己与巴斯德研究所同事们的研究,多马克等人是不了解对氨基苯磺酰胺的抗菌作用的。
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1937年,美国制药商S. E.麦森吉尔(S. E. Massengill)公司在制造磺胺制剂使用二甘醇作为溶剂,二甘醇的毒性已经为当时知道,但药剂师哈罗德·瓦特金斯(Harold Watkins)并不知情。公司也未做任何动物实验。这种称为“磺胺酏剂”的药物于当年9月份被推向市场。导致了100多人的死亡。但由于无法可循,该公司仅受到了很小的处罚,不过化学工作者瓦特金斯因内疚而自杀。鉴于公众对此事件的强烈反应,美国于1938年通过了《食品、药品与化妆品法》。
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1943年,新开发出来的磺胺吡啶治愈了英国战时首相丘吉尔的疾病,但因为磺胺类药物是由德国科学家最先发现,所以英国报纸把这一功劳给了英国的发现:青霉素。
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从溶菌酶到青霉素:新药发现需要有准备的头脑
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1909年,拉斯切斯可夫(Laschtschenko)首次描述了鸡蛋清有一定的抗菌作用,其他科学家还发现在人的唾液里也有抗菌物。但直到1922年,才由英国细菌学家亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming,1881—1955)对溶菌酶进行了系统研究,并正式命名为lysozyme。
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弗莱明有着坎坷的少年时代,他于20岁时才在做医生的兄长鼓励下学习医学。后来,虽然他取得了外科医师及独立开办诊所的资格,但在他参加的来福枪会朋友的说服下,转而从事细菌、免疫学工作,并在短时间内赢得了声誉。除了免疫接种、梅毒治疗方面的成绩,弗莱明还在“一战”中积极参加前线的求助工作,改正了以往伤口感染的处理方法。1922年,弗莱明用一个重感冒患者的鼻黏液处理一个细菌培养基,结果发现溶菌酶的抗细菌作用。虽然他后来从鸡蛋清中提出大量溶菌酶,但只对一部分致病性不强的细菌有效果,所以缺乏临床应用价值[9]。
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1928年7月底,弗莱明计划与家人一起外出度假,他在出发前把所有葡萄球菌培养基放到了实验室的一个架子上。当弗莱明于9月3日回到实验室后,他注意到一个培养基上被污染了真菌,并且真菌周边的葡萄球菌被杀灭了。他立即兴奋地把这一结果展示给同事默林·普赖斯(Merlin Price)看,后者提醒他:“这和你发现溶菌酶抗菌类似。”(后来弗莱明把这个培养皿,捐献给大英博物馆收藏。)
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于是弗莱明在一个干净的培养基上接种上这种真菌,随后他发现,不仅这种青霉菌具有强烈的杀菌作用,而且就连黄色的培养汤也有较好的杀菌能力。于是他推论,真正的杀菌物质一定是青霉菌生长过程中分泌的代谢物,他称之为青霉素(penicillin)。并且,即使这种物质被稀释1000倍,也能保持原来的杀菌力。
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1929年2月13日,弗莱明向伦敦医学院俱乐部提交了一份关于青霉素的论文[10]。在这篇文章中,他阐明了青霉素的强大抑菌作用、安全性和应用前景。但在当时的技术条件下,即使对于专门的生化学家来说,提取青霉素也是一个重大的难题。因为当时提取的青霉素杂质较多,性质不稳定,疗效不太显著。另外一个原因是,弗莱明并未在疾病动物模型上进行药效试验,他只是在健康动物身上验证了一下毒性,然后就开始用细菌培养的方式筛选青霉素对哪些细菌有效,所以未能充分认识到青霉素的医学价值。这些因素都延缓了青霉素的开发。在1930年就开始有医生把它尝试着应用到临床治疗感染,虽然有几例取得成功,但因为提取的青霉素不纯等原因,也出现几例失败。而后青霉素的研究就沉寂下来。
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1938年,在牛津大学威廉·邓恩爵士病理学院(Sir William Dunn School of Pathology)工作的澳大利亚裔学者厄恩斯特·鲍里斯·钱恩(Ernst Boris Chain,1906—1979)计划研究溶菌酶的效能,他在研究中再次发现了真菌分泌物的抗菌作用。幸运的是,他的同事那里刚好有弗莱明研究青霉素用的真菌,于是他开始接手青霉素的提取和药理作用研究。而学院的院长,是同样来自澳大利亚的病理学教授霍华德·弗洛里(Howard Florey,1898—1968)。弗洛里在1932年就对青霉素有过一定的了解,于是他建议钱恩调整研究计划,重点关注青霉素这一抗菌物质。
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到了1939年年底,弗洛里等人通过改进提取方法,终于成功地分离出像玉米淀粉似的黄色青霉素粉末,并把它提纯为药剂。实验结果证明,这些黄色粉剂稀释3000万倍仍然有效。它的抗菌作用比最厉害的磺胺类药物还大9倍,比弗莱明当初提纯的青霉素粉末的有效率还高1000倍,而且没有明显的毒性。有了初步的结果,英国医学研究委员会为研究提供每年300英镑的资助,美国洛克菲勒基金会也为研究提供每年5000美元的资助。
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1940年8月,钱恩和弗洛里等人把对青霉素的重新研究的全部成果都刊登在《柳叶刀》杂志上[11]。弗莱明看到了钱恩和弗洛里的报告,立刻动身会见这两个人。并把自己培养了多年的青霉素产生菌送给了弗洛里。三人着手进一步把青霉素开发成药物,但他们四处寻求支持,都反响不佳。当时的欧洲,第二次世界大战已经打响,他们只得到美国的研究资助。
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1941年12月,美国军方宣布把青霉素列为优先制造的军需品。随后人们发现了一种来源广泛又非常便宜的营养液。又在皮奥里亚的一家杂货店里腐烂的罗马甜瓜中,找到了一种青霉菌。利用这个菌种,科学家们培养出一种产量更高的真菌突变种。当时为了大规模培养真菌,还发明了一种有两层楼高的巨大的容罐,里面装上25 000加仑营养汤,用巨大的搅棒在罐中不停地搅拌,使纯净的空气源源不断地通过容器内的营养汤。这样,真菌就不仅仅生长在营养汤的表面,而且也可以在全部营养汤内部生长。有了这三个方面的突破,青霉素的产量一下子提高了。
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早期的青霉素生产设备
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引自:http://www.mhs.ox.ac.uk/wp-content/uploads/science_penicillin1.jpg
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有11家美国药厂参与了青霉素的开发工作,其中就包括辉瑞、礼来、美国默克(已经与德国默克分开)等公司。由于这项工作对拯救士兵的生命如此重要,所以它由战时生产部直接领导。而生产工艺改进措施对于青霉素生产率的提高是极为明显的,1943年的青霉素价格还是20美元一剂,到了1946年,其价格已经跌至0.55美元一剂。第二次世界大战后,美国成为世界制药工业的领导,到20世纪40年代末,美国几乎生产世界一半的药品,在药品国际贸易中占1/3多。
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改进后的青霉素生产工厂图中英文:青霉素生物从实验室制备开始,已经形成了一个巨大的工业,像这样一个生产车间约需要2000万美元
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引自:https://www.nlm.nih.gov/news/plant.jpg
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