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从科研助手到领军人物:贝斯特在肝素发现中独当一面
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1913年,德裔美国外科医生里夏德·勒威森(Richard Lewisohn,1875—1961)在美国芒特西奈医院(Mount Sinai Hospital)发明了一种新的抗凝血方法,他在血中加入柠檬酸物质,使得血液凝结时间延长,从而可以实施体外输血。他用这种方法,把自己的血输给患者,这是历史上第一次体外输血。
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1916年,约翰·霍普金斯(Johns Hopkins)大学的二年级学生杰伊·麦克莱恩(Jay McLean)在教授威廉·亨利·豪厄尔(William Henry Howell,1860—1945)指导下研究抗凝血机制。他从狗的肝脏组织中提取了一种脂溶性的膦脂,而这种膦脂加入血液中,可以延长凝血时间,具有抗凝血效果。1918年,豪厄尔把它称为肝素(heparin,肝脏的希腊文是hepar)。1920年后,麦克莱恩转做外科医生,但仍与豪厄尔合作抗凝剂的研究。豪厄尔又发现了一种水溶性的多糖类物质,也具有抗凝作用,他把这种物质也命名为肝素(heparin)。现在的肝素指多糖类的生物大分子物质。豪厄尔在很长一段时间研究肝素的临床应用,但他的产品因为纯度不够、副作用大,效果不明显。但仍然引起了一些药企和科学工作者的注意。
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1928年,因为与班廷不和,麦克劳德教授伤心地离开加拿大,接任多伦多大学生理系教授的正是查尔斯·赫伯特·贝斯特(Charles Herbert Best)。他当时还兼任了另一个职务:加拿大多伦多大学的康诺特医学研究实验室(Connaught Medical Research Laboratories)副主任。1929年,瑞典科学家埃里克·约尔佩斯(Erik Jorpes,1894—1973,发现胰岛素重结晶后可降低不良反应)拜访了贝斯特,并参观胰岛素生产线。他向贝斯特建议开发肝素。
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在开发过胰岛素后,贝斯特也希望找到一种新的生物活性物质开发成药品。因为肝素有抗凝作用,但其生产工艺尚未建立,难以大生产,所以只能做科研用。同时,相应的动物实验资料不全,临床试验也未开展。贝斯特希望优化肝素生产工艺,得到纯化肝素并进行临床试验,争取能把它作为抗凝血药品推向市场。
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于是他邀请有机化学家阿瑟·F.查尔斯(Arthur F. Charles,1905—1972)、多伦多全科医院外科医师戈登·默里(Gordon Murray,1896—1976)和参加过胰岛素工作的大卫·A.斯科特(David A. Scott)加入自己的肝素研究团队。
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他们首先开发从牛肝中提取肝素的工艺,不过当年食品涨价,牛肝的成本升高,他们又转向尝试从牛肺和牛肠中提取肝素。这一工艺首先让原材料腐败,然后再进行提取,以提高产量。1933年,工艺成功了,他们得到了结晶的肝素,并把它制作成盐溶液,用来做动物实验。又经过两年的优化,于1935年发布了肝素钠盐的工艺标准。同年,临床试验开始,证明了它的安全有效[6]。1937年,肝素正式上市。
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而埃里克·约尔佩斯也一直关注着肝素的生产情况。1936年,约尔佩斯在研究了肝素的结构后,发表了相应的结果,随后还发现肝素在肝脏、肺脏、肥大细胞中都存在。1937年,瑞典维切姆制药公司(Vitrum AB)也把肝素推向市场,静脉注射使用。直到现在,肝素都在临床大量使用,不过,肝素的来源多为半合成。
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非那西丁与扑热息痛(对乙酰氨基酚):从辉煌到低谷的互换
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美国化学家哈蒙·诺思罗普·莫尔斯(Harmon Northrop Morse,1848—1920)最知名的成就是对渗透压的研究,但他留给后世最大的医学贡献是他合成了对乙酰氨基酸。1877年,他使对-硝基酚和冰醋酸在锡催化下反应合成了对乙酰氨基酚(paracetamol,也称acetaminophen)。1878年,他又用对乙酰氨基酚与乙基碘以碳酸钾为催化剂进行,得到苯胺衍生物非那西丁(phenacetin)。
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19世纪80年代,德国拜耳公司的科学家弗里德里希·卡尔·杜伊斯贝格(Friedrich Carl Duisberg)说服公司高层,也开始进军解热镇痛药研究。很快,在他的带领下,1887年,非那西丁被研发出来,成为一种畅销的解热镇痛药。这是第一个非阿片类的镇痛剂。
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发现胰腺对血糖的作用后,临床药理学家约瑟夫·梅灵(Joseph Mering)将对乙酰氨基酚与非那西丁的临床效果做了比较,他于1893年发布一份报告,认为对乙酰氨基酚有产生高铁血红蛋白血症的倾向。于是非那西丁就迅速热卖,而对乙酰氨基酚则慢慢被遗忘。
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澳大利亚医生哈利·约翰·克莱顿(Harry John Clayton,1887—1928)把阿司匹林、非那西丁和咖啡因组合在一起,并于1918年推向市场,即APC(aspirin-phenacetin-caffeine)。当时多家药企生产非那西丁。此药曾在我国民间应用广泛,并且还有这样一句话,“感冒发烧,APC一包”。
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但因为非那西丁的副作用不断被报道,FDA于1983年将其撤市。非那西丁从辉煌迅速走向谷底。罗氏(Roche)公司推出的原本含有非那西丁的散利痛(Saridon),也在1981年替换了相应成分,替换非那西丁的,居然是对乙酰氨基酚。从而这两个由莫尔斯合成的解热镇痛药新药,完成了从辉煌到低谷的互换。
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与非那西丁同时用于临床的还有乙酰苯胺(即退热冰)。乙酰苯胺是第一个被发现具有镇痛和解热性质的苯胺衍生物,并迅速以商品名Antifebrin于1886年左右推向市场。随后有几位德国科学家研究,退热冰其实会在人体内代谢为对乙酰氨基酚,但未能引起人们的注意。后来因为乙酰苯胺的副作用而于20世纪40年代被撤市,但随后关于对乙酰氨基酚的研究得到了关注,使对乙酰氨基酚取得了巨大的成功。
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几十年后,人们注意到阿司匹林的消化道副作用,如引起胃溃疡、胃肠出血等,有不少专家呼吁控制阿司匹林的使用。美国消化医学专家詹姆斯·罗斯(James Roth)博士就在全美巡回演讲,警告阿司匹林的副作用。再加上药物发现技术的增多,医药工业的发展,医药学界重新开始对解热镇痛类药物的研究有了兴趣。
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1946年美国止痛与镇静剂研究所(the Institute for the Study of Analgesic and Sedative Drugs)拨款给纽约市卫生局(New York City Department of Health)研究止痛剂的问题。伯纳德·布罗迪(Bernard Brodie,1907—1989)被分配研究非阿司匹林类退热剂为何产生高铁血红蛋白症(一种非致命的血液疾病)这一副作用。布罗迪和他的实验技师、同事兼学生朱利叶斯·阿克塞尔罗德(Julius Axelrod,1912—2004,1970年诺贝尔生理学或医学奖获得者)等人合作,发现对乙酰氨基酚的解热镇痛作用,而非那西丁与退热冰能够在人体内代谢为对乙酰氨基酚[7],相关结果于1948年发表。
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1950年,美国上市的一个镇痛剂Triagesic(商品名),即包含乙酰氨基酚、阿司匹林和咖啡因,但个别患者中出现粒细胞缺乏症,随即被撤市。美国另一家制药企业,麦克尼尔(McNeil)制药公司对对乙酰氨基酚产生了兴趣,并在实验中确证了相关的研究结果。于是他们聘请了詹姆斯·罗斯(James Roth)博士作为公司顾问,开始这一药物的研发。1953年,麦克尼尔制药公司把仲丁比妥钠(sodium butabarbital)与对乙酰氨基酚的复方酏剂推向市场;1955年春天,该公司又把对乙酰氨基酚的酏剂以商品名泰诺(Tylenol)推向市场。泰诺随即在美国取得了成功,成为最为畅销的解热镇痛药。1959年,强生公司(Johnson & Johnson)收购了这家公司。
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该药在英国也取得了成功,以必理痛(Panadol)为商品名,后来本品收归葛兰素史克公司。
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第一个磺胺类抗生素:百浪多息
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1909年,维也纳大学一个叫保罗·杰尔莫(Paul Gelmo)的化学系学生合成了对氨基苯磺酰胺(sulfanilamide),他申报了专利并把研究结果写入了他的博士论文,但杰尔莫只是把它作为一种染料中间体来研究。
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1932年,拜耳公司的病理学和细菌学研究所研究主任杰拉德·约翰内斯·保罗·多马克(Gerhard Johannes Paul Domagk,1895—1964),以保罗·埃尔利希(Paul Ehrlich)发现洒尔佛散(606)的原理为基础,对染料化合物进行筛选,希望发现具有杀死细菌的化合物,即潜在的抗生素。
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他的同事约瑟夫·克拉雷(Josef Klarer)和弗里茨·米奇(Fritz Mietzsch)合成了2,4-二氨基偶氮苯-4-磺酰胺(sulfonamidochrysoidine)等数千种染料化合物。多马克当时已经使用从患者身上得到的细菌,建立了小白鼠的疾病模型。他首先通过细菌培养试验来验证这些化合物的抗菌性,结果效果不佳。但当他把2,4-二氨基偶氮苯-4-磺酰胺应用到动物模型后,发现对感染链球菌的小白鼠疗效极佳。接着,多马克(Domagk)又研究了2,4-二氨基偶氮苯-4-磺酰胺的毒性,发现小白鼠和兔子的耐受量为500mg/kg体重,更大的剂量也只能引起呕吐,说明其毒性很小,使用相当安全。由于“一战”后,拜耳公司合并入德国法本(IG Farben)公司,所以1932年,法本公司申报了本品的专利。
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正在这时,多马克的女儿因为手指被刺破,感染上了链球菌,病情危急。无可奈何之下,多马克以自己的女儿作为人体实验对象,用自己新发现的这种抗细菌药物挽救了爱女的生命。随后,经过几年的临床试验研究,1933年,该药物以“Streptozon”为名推向市场。在缺乏抗生素的当时,它最初几年的表现相当神奇。1935年,本品更名为百浪多息(Prontosil),迅速普及到全世界,挽救了美国总统富兰克林的儿子。
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